岩土工程师土力学重点内容总结Word文件下载.docx
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【例题1】当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，该点便发生剪切破坏，此时土产生相对滑动的方向为（ ）。
答案：
A
【例题2】土的强度问题实质上是指土的（ ）问题。
A. 抗压强度
B. 抗拉强度
C. 抗剪强度
D. 抗疲劳强度
C
一、土的强度理论与强度指标
（一）抗剪强度的库仑定律
1776年，法国学者库仑（C。
A。
Coulomb）提出了土的抗剪强度表达形式：
【例题3】抗剪强度的库仑公式为（ ）。
B
（二）土的强度理论与极限平衡条件
1.土中一点的应力状态
2. 摩尔—库仑强度理论
在一定的压力范围内，土的抗剪强度可用库仑公式表示，当土体中某点的任一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就认为该点已发生剪切破坏，该点也即处于极限平衡状态。
土的这种强度理论称为摩尔—库仑强度理论。
【例题5】当土体中某点的任一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，该点处于极限平衡状态，此强度理论称为（ ）。
A. 摩尔强度理论
B. 库仑强度理论
C. 摩尔—库仑强度理论
D. 太沙基理论
3.
土中应力与土的平衡状态
将抗剪强度包线与摩尔应力图画在同一张坐标图上，观察应力圆与抗剪强度包线之间
的位置变化，如图15-7-2所示。
随着土中应力状态的改变，应力圆与强度包线之间的位置关系将发生三种变化情况，土中也将出现相应的三种平衡状态：
1）当整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方时（圆I），表明通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，此时该点处于稳定平衡状态，不会发生剪切破坏；
2）当摩尔应力圆与抗剪强度包线相切时（圆II），表明在相切点所代表的平面上，剪应力正好等于土的抗剪强度，此时该点处于极限平衡状态，相应的应力圆称为极限应力圆。
3）当摩尔应力圆与抗剪强度包线相割时（圆III），表明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，此时该点已发生剪切破坏（由于此时地基应力将发生重分布，事实上该应力圆所代表的应力状态并不存在）；
【例题6】根据图15-7-2进行分析，当整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方时（圆I）时，表明土中的某应力点处于（ ）。
A. 稳定平衡状态
B. 极限平衡状态
C. 剪切破坏
【例题7】随着土中应力状态的改变，土中将出现三种平衡状态，其中不包括（ ）。
A．稳定平衡状态
B．极限平衡状态
C．剪切破坏
D．劈裂破坏
D
4. 土的极限平衡条件
根据极限应力圆与抗剪强度包线之间的几何关系，可以建立土中主应力表示的土的极限平衡条件。
设土体中某点剪切破坏时的破裂面与大主应力的作用面成a角，该点处于极限平衡状态时的摩尔圆与抗剪强度包线相切于A点，如图15-7-3所示。
将抗剪强度线延长与轴相交于B点，由直角三角形ABO1可知：
5.土的极限平衡条件的应用
采用应力圆与抗剪强度包络线相互位置关系来评判的图解法也可以得到相同的结果。
二、土的抗剪强度指标的试验方法
1. 直接剪切试验
直剪试验所使用的仪器称为直剪仪，按加荷方式的不同，直剪仪可分为应变控制式和应力控制式两种。
前者是以等速水平推动试样产生位移并测定相应的剪应力；
后者则是对试样分级施加水平剪应力，同时测定相应的位移。
我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪，该仪器的主要部件由固定的上盒和活动的下盒组成，试样放在盒内上下两块透水石之间。
试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试样施加某一法向应力，然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪直至破坏，剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环测定。
试验时对同一种土取3～4个试样，分别在不同的法向应力不剪切破坏，可将试验结果绘制成抗剪强度f与法向应力之间的关系。
大量的试验结果表明，对于砂性土，抗剪强度与法向应力之间的关系是一条通过原点的直线，该直线与横轴的夹角为内摩擦角；
对于粘性土，抗剪强度与法向应力之间也基本成直线关系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角，在纵轴上的截距为粘聚力c，直线方程可用库仑公式（15-7-1）表示。
（2）直剪试验方法
大量的试验和工程实践都表明，土的抗剪强度是与土受力后的排水固结状况有关，故测定强度指标的试验方法应与现场的施工加荷条件一致。
直剪试验由于其仪器构造的局限无法做到任意控制试样的排水条件，为了在直剪试验中能尽量考虑实际工程中存在的不同固结排水条件，通常采用不同加荷速率的试验方法来近似模拟土体在受剪时的不同排水条件，由此产生了三种不同的直剪试验方法，即快剪、固结快剪和慢剪。
1）快剪。
快剪试验是在对试样施加竖向压力后，立即以0.8mm／min的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。
一般从加荷到土样剪坏只用3～5分钟。
由于剪切速率较快，可认为对于渗透系数小于10-6cm/s的粘性土在剪切过程中试样没有排水固结，近似模拟了“不排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用
表示。
2）固结快剪。
固结快剪是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，再0.8mm／min的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。
固结快剪试验近似模拟了“固结不排水剪切”过程，它也只适用于渗透系数小于10-6cm／s的粘性土，得到的抗剪强度指标用表示。
3）慢剪。
慢剪试样是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，以小于0.02mm／min的剪切速率施加水平剪应力直至试样剪切破坏，使试样在受剪过程中一直充分排水和产生体积变形，模拟了“固结排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用表示。
（3）直剪试验的优缺点
直剪试验具有设备简单，土样制备及试验操作方便等优点，因而至今仍为国内一般工程所广泛使用。
但也存在不少缺点，主要有：
1）剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；
2）剪切面上剪应力分布不均匀，且竖向荷载会发生偏转（上下盒的中轴线不重合），主应力的大小及方向都是变化的；
3）在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算；
4）试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力；
5）试验时上下盒之间的缝隙中易嵌入砂粒，使试验结果偏大。
【例题11】下列各种试验方法中，不属于直接剪切试验的是（ ）。
A. 快剪
B. 固结快剪
C. 慢剪
D. 不排水不固结剪
【例题12】直剪试验中的快剪模拟的是（ ）。
A. 不固结不排水剪
B. 固结水排水剪
C. 固结排水剪
【例题13】下列关于直剪试验的优点，不正确的是（ ）。
A.设备简单
B.土样制备方便
C.试验操作方便
D.能量测孔隙水压力
2.三轴压缩试验
（1）三轴压缩试验的原理
三轴压缩试验所使用的仪器是三轴压缩仪（也称三轴剪切仪），它主要由压力室、轴向加荷系统、稳压调压系统以及量测系统等部分所组成。
常规三轴试验一般按如下步骤进行：
将土样切制成圆柱体套在橡胶膜内，放在密闭的压力室中，根据试验排水要求启闭有关的阀门开关。
向压力室内注入气压或液压，使试样承受周围压力作用，并使该周围压力在整个试验过程中保持不变
通过活塞杆对样施加竖向压力，随着竖向压力逐渐增大，试样最终将因受剪而破坏。
根据三轴压缩试验中测得的有关应力数据，可整理计算出土样的强度指标：
设剪切破坏时轴向加荷系统加在试样上的竖向压应力（称为偏应力）为据此可做一个极限应力圆。
用同一种土样的若干个试件（一般3～4个）分别在不同的周围压力下进行试验，可得一组极限应力圆，如图15-7-4中的圆I、圆II和圆III。
做这些极限应力圆的公切线，即为该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标c、值。
（2）三轴试验方法
通过控制土样在周围压力作用下固结条件和剪切时的排水条件，可形成如下三种三轴试验方法：
不固结不排水剪（UU试验）：
试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水，即从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不会消散。
UU试验得到的抗剪强度指标用表示，这种试验方法所对应的实际工程条件相当于饱和软粘土中快速加荷时的应力状况。
固结不排水剪（CU试验）：
在施加周围压力时，将排水阀门打开，允许试样充分排水，待固结稳定后关闭排水阀门，然后再施加偏应力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。
在剪切过程中，试样没有任何体积变形。
若要在受剪过程中量测孔隙水压力，则要打开试样与孔隙水压力量测系统间的管路阀门。
CU试验得到的抗剪强度指标用表示，其适用的实际工程条件为一般正常固结土层在工程竣工或在使用阶段受到大量、快速的活荷载或新增荷载的作用下所对应的受力情况，在实际工程中经常采用这种试验方法。
固结排水剪（CD试验）：
在施加周围压力及随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都将排水阀门打开，并给予充分的时间让试样中的孔隙水压力能够完全消散。
CD试验得到的抗剪强度指标用表示。
【例题14】三轴试验方法中不包括（ ）。
A.不固结不排水剪
B. 固结不排水剪
C. 固结排水剪
D. 固结快剪
【例题15】某三轴试验在施加周围压力时，将排水阀门打开，允许试样充分排水，待固结稳定后关闭排水阀门，然后再施加偏应力，使试样在不排水的条件下剪切破坏，该试验方法为（ ）。
A．不固结不排水剪
B．固结不排水剪
C．固结排水剪
D．固结快剪
【例题16】在饱和软粘土地基上进行快速土建施工，为模拟实际情况，在对土样进行三轴试验时应采用哪种方法（ ）。
【例题17】如在进行三轴试验时需测定孔隙水压力，采用的试验方法为（ ）。
A．不固结不排水剪
B．固结不排水剪
C．固结排水剪
（3）三轴试验的优缺点
三轴试验的突出优点是能够控制排水条件以及可以量测土样中孔隙水压力的变化。
此外，三轴试验中试样的应力状态也比较明确，剪切破坏时的破裂面在试样的最弱处，而不像直剪试验那样限定在上下盒之间。
一般来说，三轴试验的结果还是比较可靠的，因此，三轴压缩仪是土工试验不可缺少的仪器设备，三轴压缩试验的主要缺点是试验操作比较复杂，对试验人员的操作技术要求比较高。
另外，常规三轴试验中的试样所受的力是轴对称的，与工程实际中土体的受力情况不太相符，要满足土样在三向应力条件下进行剪切试验，就必须采用更为复杂的真三轴仪进行试验。
3. 抗剪强度试验方法与指标的选用
在实际工程中，地基条件与加荷情况不一定非常明确，如加荷速度的快慢、土层的厚薄、荷载大小以及加荷过程等都没有定量的界限值，而常规的直剪试验与三轴试验是在理想
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