1、工程实践中土体抗剪强度的确定 摘要：关于土的强度理论与概念，随着上的应力一应变关系和强度发挥度等新概念的提出，不少人认为，强度实质应该按强度与变形的统一理论来重新定义；目前强度取得的方法有多种，含义不明，互不联系。本文主要介绍了土的抗剪强度及其影响因素，分析了土的抗剪强度指标的测定和选用方法。 关键词：应力应变关系，变形，抗剪强度 1.概述 土的抗剪强度是指一部分土体相对于另一部分土体滑动时的抵抗力，实质上就是土体与土体之间的摩擦力。土的抗剪强度首先取决于土体本身的性质，即土的组成、土的状态和土的结构，这些性质又与土体形成的环境和应力历史等因素有关，其次还决定于土体当前所受的应力状态。 对于工
2、程实践中土体抗剪强度的确定，在十八世纪，库伦公式就被用来确定土体的抗剪强度，从而算出挡墙上的土压力。库伦公式虽然客观地表明土的抗剪强度由凝聚力部分和与法向压力成正比的摩擦力部分所组成，但由于同一土的抗剪强度指标并不是常数，而是随着环境的不同有很大的变化。因此，为正确确定上体的抗剪强度带来很大困难。 2.土体抗剪强度指标的确定 2.1 总应力法与有效应力法 确定土体抗剪强度指标的方法有两种，即有效应力法和总应力法，前者是普遍适用的方法，而后者只适用于确定粘性上体在施工期、地震期或土坝坝前水位降落期的抗剪强度。有效应力法要求确定土的有效强度指标c、和估算孔隙压力，主要通过孔隙压力的变化来反映土体强
3、度的变化。有效应力法概念清楚，可以通过现场孔隙压力观测对估算值进行校核，但是光凭估算的孔隙压力值是很难准确确定土体抗剪强度的。此外，当采用有效应力法时，往往要求用滑动面事先假定的极限平衡法计算土体的抗滑安全系数，例如斜坡的安全系数，但迄今还很少应用于地基承载力和上压力计算中。 总应力法是把孔隙压力的影响包括在总强度指标Cu、u 和Ccu、cu中，前者用不排水（ UU ）试验测得，而后者由固结不排水（CU ）试验测得。饱和软粘上的u= O ，因此它在施工期的强度往往用=0 法确定。总应力法比较简单，但不够严谨，一般偏于保守。但不管是有效应力法还是总应力法的可靠性在很大程度上都取决于工程师的经验。
4、 2.2 测定强度指标的仪器和方法 Cu、u 和Ccu、cu中宜分别用三轴UU 试验和CU 试验测定。如果在UU 试验中测定孔隙压力，从而测得破坏时的有效应力，则同时可得到有效强度指标c和。不过当试样的饱和度大于约80 %时，应该用CU 试验并测孔隙压力，才能测得c、，同时也可求得Ccu、cu值。 利用应力控制式直剪仪进行慢剪试验，同样可测得c、值。但是直接快剪和固结快剪测得总强度指标并不一定可靠，只有当试样的渗透系数小于10-9m / s 时，或试样在剪切过程中出现的孔隙压力小到可以忽略不计时，直剪试验测得的总强度指标才有实用价值。 2.3 抗剪强度指标的选用 按上述原则，选定了确定土体抗剪
5、强度的方法、试验仪器以及试验方法后，并不意味着取得的试验成果已能准确反映土的抗剪强度指标值。因为在常规三轴试验中，试样是在各向等压的条件下固结的，作用在试样上的中主应力等于小主应力；在剪切过程中，作用在试样上的侧向应力保持不变，轴向压力不断增加。试样的这些受力条件与实际情况是不同的，它们之间的各项差异所导致的强度指标值之间的差别，随土类、密度、饱和度的不同而各异。我们必须掌握有关的研究成果，才可大致估计出各项因素的影响值。 天然土层既不均匀一致，又非各向同性，诸土样的强度指标值可能相差较大。因此，如何根据这些成果为土体选取指标值，又是一个难度较大而且十分重要的工作。解决这些难题的可行途径是，先
6、详细了解土层的变化情况；采取的土样的代表性，取样方法以及试验规划的合理性，试验条件与实际情况的差别以及由此引起的强度指标的差异。明确那几层土或几种土对工程是关键的土层，然后，以最有代表性的土样的指标为主体，参考其它土样的试验结果，选择出供设计用的指标值，指标值中应留有一定余地。 在进行上述工作时，还可借助于统计分析方法和概率理论。例如采用小值平均法，算术平均法、最小二乘法以及图解法等。图解法是把所有的抗剪强度试验资料绘在图中舍去其中过大过小的少量点子，选取略小于平均值的强度包线。试验数量愈多，土层愈均匀，土样愈有代表性，则选用值可高一点，相反，则应采用小值平均值或甚至采用更小值。但是过分多的试
7、验，特别是质量不高的试验是不必要的。 3.小结 确定土体抗剪强度的方法，现在比以前有了较大改进，共估算精度相应有了捉高。但是，影响土体抗剪强度的因素太多，例如土样的代表性，土体的均匀性，取样的质量，试验方法和技巧，试样受力和排水条件与现场情况之间的差别，强度指标的选用，孔隙压力的估算等，而且各因素对土体强度的影响值又随土类和工程类别而异。因此，要想根据试验室提供的数据采取符合实际的强度指标和算出土体的抗剪强度，首先须具有坚实的理论基础，掌握诸因素对各类土壤强度的影响大小，此外尚需在上作中不断实践和累积经验，除了总结自己经手的经验外，还要从工程实录的报导中吸取他人的经验。一旦我们具备一定的业务素养和掌握正确的工作方法，就会感觉到机械地运用标准的方法或规范来确定上体的抗剪强度是不值得鼓励的，而且会认识到真正的经验并不等于过去一直沿用的办法。 参考文献： 1 崔托维奇，土力学，吴光轮译，地质出版社，北京，1956 。 2 黄文熙，关于水中填土坝设计、施工和试验方面的几个问题，水利水电建设，1959 年第11 期。 3 卢肇钧，关于软土地基的抗剪强度指标和稳定分析，铁道科学研究报告集，路基土工研究，第一集，1959 。 4 毕肖普和亨克尔，土壤性质的三轴试验测定法，陈愈炯、愈培基译，中国工业出版社，北京，1965。第 5 页 共 5 页
