第5章土的抗剪强度 5.1土的抗剪强度理论的简要回顾 土的抗剪强度理论是土力学的基石,也是边坡稳定分析的理论基础。因此简要回顾土的 抗剪强度理论,对于正确地进行边坡稳定分析是有益的。 土的抗剪强度的硏究可追溯到很远,但作为理论性、基础性的硏究,当推法国工程师库 仑在17世纪中期提出的著名的公式。进入19世纪30年代后,在太沙基,伏斯列夫,罗斯 科等学者的系统研究的基础上,逐渐形成了近代土的抗剪强度的理论(Pary,2000 1.库仑( Coulomb,1776) 773年库仑正式发表了他建议的关于砌石、砖墙和土的强度准则,其原始的表达式为 s=ca+(1/nN (5.1) 式中:s为剪切分量;N为法向力;c和1分别为粘聚力和摩擦系数;a为破坏面的面积 库仑将粘聚力理解为与抗拉强度有关的物理量。他曾对一种称为“白石”的材料进行试 验,发现粘聚力比抗拉强度稍大一些。库仑还对一个砌石柱进行加荷试验,首次发现由于砌 石内无摩擦角,破坏面与轴线夹角为45°。库仑同时也是较早进行土压力研究的学者,他所 假定的土后三角形土体构成的滑动体的分析方法,至今仍为土力学的经典方法(参见第8 2.摩尔(Mohr,1882) 摩尔提出了分析某一结构单元内任意斜面应力状态的图解法,这就是著名的摩尔圆。摩 尔同时提岀极限状态的破坏理论。他使用铸铁材料进行试验,以单轴压缩、拉伸和纯剪三个 点来绘制应力圆,获得了与试验成果接近的破坏准则。 摩尔的应力状态分析方法和库仑的强度理论结合,已经成为分析土体的剪切破坏的基本 手段。 3.太沙基( Terzaghi,1925) 土的强度理论在太沙基提出有效应力理论后,朝着成熟和实用方向迈出了决定性的 步。在1925年出版的专著“土力学”以及以后一系列论文中,他采用了一系列20~40mm的 正方块在不同的含水量情况下进行单轴压缩试验,最终提出了有效应力是总应力减去中性压 力(现在我们称为孔隙水压力)的理论。 4.伏斯列夫( Horsley,1937) 在19世纪30年代,人们逐渐认识到土的固结历史与土的抗剪强度具有直接的关系,这 是土区别于混凝土、金属等材料的一个重要特征。设想两个从同一料场取得的由同样矿物成 分、同样颗粒组成的土样,如果它们具有不同的固结过程,即使在同样起始孔隙比条件下经第5章 土 的 抗 剪 强 度 5. 1 土的抗剪强度理论的简要回顾 土的抗剪强度理论是土力学的基石 也是边坡稳定分析的理论基础 因此简要回顾土的 抗剪强度理论 对于正确地进行边坡稳定分析是有益的 土的抗剪强度的研究可追溯到很远 但作为理论性 基础性的研究 当推法国工程师库 仑在 17 世纪中期提出的著名的公式 进入 19 世纪 30 年代后 在太沙基 伏斯列夫 罗斯 科等学者的系统研究的基础上 逐渐形成了近代土的抗剪强度的理论(Parry, 2000) 1. 库仑(Coulomb, 1776) 1773 年库仑正式发表了他建议的关于砌石 砖墙和土的强度准则 其原始的表达式为 s = ca + (1/ n)N (5.1) 式中 s 为剪切分量 N 为法向力 c 和 1/n 分别为粘聚力和摩擦系数 a 为破坏面的面积 库仑将粘聚力理解为与抗拉强度有关的物理量 他曾对一种称为 白石 的材料进行试 验 发现粘聚力比抗拉强度稍大一些 库仑还对一个砌石柱进行加荷试验 首次发现由于砌 石内无摩擦角 破坏面与轴线夹角为 45° 库仑同时也是较早进行土压力研究的学者 他所 假定的土后三角形土体构成的滑动体的分析方法 至今仍为土力学的经典方法 参见第 8 章 2. 摩尔 (Mohr, 1882) 摩尔提出了分析某一结构单元内任意斜面应力状态的图解法 这就是著名的摩尔圆 摩 尔同时提出极限状态的破坏理论 他使用铸铁材料进行试验 以单轴压缩 拉伸和纯剪三个 点来绘制应力圆 获得了与试验成果接近的破坏准则 摩尔的应力状态分析方法和库仑的强度理论结合 已经成为分析土体的剪切破坏的基本 手段 3. 太沙基 (Terzaghi, 1925) 土的强度理论在太沙基提出有效应力理论后 朝着成熟和实用方向迈出了决定性的一 步 在 1925 年出版的专著 土力学 以及以后一系列论文中 他采用了一系列 20∼40mm 的 正方块在不同的含水量情况下进行单轴压缩试验 最终提出了有效应力是总应力减去中性压 力 现在我们称为孔隙水压力 的理论 4. 伏斯列夫 (Hvorslev, 1937) 在 19 世纪 30 年代 人们逐渐认识到土的固结历史与土的抗剪强度具有直接的关系 这 是土区别于混凝土 金属等材料的一个重要特征 设想两个从同一料场取得的由同样矿物成 分 同样颗粒组成的土样 如果它们具有不同的固结过程 即使在同样起始孔隙比条件下经