关于土的强度介绍

[拼音]：tu de qiangdu

[外文]：strength of soils

土在外力作用下达到屈服或破坏时的极限应力。由于剪应力对土的破坏起控制作用，所以土的强度通常是指它的抗剪强度。

土的强度一般是由它的应力－应变关系曲线上某些特征应力来确定的，如屈服应力、破坏应力（或峰值应力）等，这些特征应力值与土的种类和物理条件（如加载时间、加载速率和排水条件等）有关。在不考虑加载时间或加载速率对土强度影响的常规试验中，对于不同的土，大体上可获得三种典型的应力-应变关系曲线，一种是当应力随应变增大直至峰值时，土体出现破裂，随着应变进一步增大，应力由峰值逐渐降低，最后达到稳定应力值。对此，人们取峰值应力作为破坏强度，取最后稳定应力值作为破坏后的强度。第二种是当应力达到最大值后，应力虽然不增加，但应变继续增加，对此，也可取最大应力值作为破坏强度。第三种是，在较大应变下，应力仍未达到最大值，而是随应变继续增加，对此，一般取其线性段和非线性段的界限值作为屈服强度。上述的应力－应变曲线均是短期（几十分种或几小时）试验获得的，因此，曲线上的各种特征值均视为短期强度。但因工程寿命为几十年甚或更长时间，所以实际工程需确定长期强度。

通过较简单的应力状态下的试验，确定土的强度，建立土的破坏准则（条件），以便能用于复杂的应力状态。常用的破坏准则有以下两种：

（1）莫尔-库仑破坏准则 实验证明，当材料中某一平面上的剪应力τf等于材料的抗剪强度S时，则材料发生破坏，且沿该面上的S值为同一平面上法向应力σn的函数，即

τf＝S＝f(σn)， (1)

式(1)为一条曲线，称为莫尔强度包络线。古老的库仑理论假定，S是法向应力σn的线性函数，于是，式(1)简化为：

τf＝S＝C+σntgφ， (2)

式(2)称为莫尔-库仑破坏准则，包络线为直线。包络线与纵轴的截距C称为土的凝聚力；包络线的倾角φ称为土的内摩擦角；tgφ称为摩擦系数。

（2）库仑－泰尔扎吉破坏准则 K.泰尔扎吉（又译太沙基）根据有效应力原理提出，土的抗剪强度S或剪应力τf是与破坏面上的有效应力σe=(σ-σw)成线性关系的，因此，式(2)可写为：

S＝τf＝Ce+(σ-σw)tgφe (3)

式中，Ce和φe分别代表土的有效凝聚力和土的有效内摩擦角。

（3）斯肯普顿残余强度准则 英国 A.W.斯肯普顿于1964年提出残余强度的概念，在国际上普遍采用。他从许多硬粘土的滑坡实例中，发现超压密的硬粘土边坡在短期内往往是稳定的，但经过几年甚至几十年后，却发生了滑坡。据他推算的滑坡土体实有强度，远低于常规试验测得的峰值强度，而略大于大剪切变形下的强度。为了安全，他建议采用大剪切变形下的强度，作为土的残余强度值。他曾利用直剪仪进行反复剪切试验求得残余强度值。

（4）长期强度准则 实验证明，加载时间越长，强度越低，经历长时间的强度最低值，即长期强度。

常用直剪仪或普通三轴压缩仪进行强度试验。前者是对于不同试样施加不同的法向应力σn，可得相应的不同强度，由此绘得强度包络线；后者是对不同试样分别施加不同的围压σ3，可得各个试样破坏时对应的轴向应力σ1，由此可绘得一组应力圆，连接诸圆的公切线，即强度包络线。

土的强度是分析计算地基及土工建筑物稳定性所必须的重要力学性质之一。对土的强度估计偏高或偏低，将直接影响工程的经济和安全。

参考书目

1. 黄文熙主编：《土的工程性质》，水利电力出版社，北京，1983。
2. K.太沙基著，徐志英译：《理论土力学》，地质出版社，北京，1960。（K. Terzaghi， Theoretical SoilMechanics，John Wiley & Sons，New York，1943.）

参考文章

• 硬化后混凝土的强度有哪几种?居家/装修