2.2 土的强度含义

源于土的碎散性、多相性和在长期地质历史中造成的多变性，土的强度也呈现其特殊性。

首先，由于土是碎散颗粒的集合，它们之间的相互联系是相对薄弱的。所以土的强度主要是由颗粒间的相互作用力决定的，而不是由颗粒矿物的强度本身直接决定的。土的破坏主要是剪切破坏，其强度主要表现为黏聚力和摩擦力，亦即其抗剪强度主要由粒间的黏聚力和摩擦力组成。而土是三相组成的，固体颗粒与液、气相间的相互作用对于土的强度有很大影响，所以引入了孔隙水压力、吸力等土力学所特有的影响土强度的因素。土的地

质历史造成土强度的多变性、结构性和各向异性。土强度的这些特点体现在它受内部和外部、微观和宏观众多因素的影响，成为一个十分复杂的课题。

材料的强度是指材料破坏时的应力状态。定义破坏的方法是破坏准则。基于应力状态的复杂性，破坏准则常常是应力状态的组合。强度理论是揭示土破坏的机理的理论，它也以一定的应力状态的组合来表示。因而强度理论与破坏准则的表达式是一致的。这样，强度理论的一般表达式为

f（σ_ij，k_i）=0

（2.3）

其中应力张量σ_ij为二阶张量，有6个独立变量，严格地讲，它们对土的强度都有影响，k_i为强度参数。如果用主应力表示，则除了3个主应力的大小外，还与主应力方向有关。对于各向同性的材料，式（2.3）可以表示为

f（I₁，I₂，I₃，k_i）=0

（2.4）

或者

f（p，q，θ，k_i）=0

（2.5）

与可以独立变化6个应力变量的室内土工仪器还没有被实现一样，“完全”的强度理论也还从未实现。

在实际问题中，人们总是探求和选择使材料破坏的主要因素，忽略次要的因素，建立适用的破坏准则，并根据材料在简单应力状态下的试验确定材料强度参数和指标。

不同的土试样（它一般是代表一个受力均匀的土单元）在不同条件下的加载试验，可得到不同的应力—应变关系。一般可表示为图2.1中的几种情况。对于不同的应力—应变关系，其破坏的确定也是不同的。

图2.1 几种土的应力—应变关系曲线

（a）应变硬化；（b）应变软化；（c）断裂破坏

图2.1（a）表示的是应变硬化情况，亦即随着应变增加，其应力也不断增加。由于土变形的弹塑性特点，在用塑性理论描述时就是随着应变增加，在应力空间中的屈服面不断扩大。图2.1中，①表示松砂和正常固结黏土在固结排水试验中的曲线；②一般表示饱和密砂和中密砂在不排水试验中的曲线。在这种情况下，通常以应变达到一定限度（通常为15%）来定义试样的破坏。图2.1（b）表示的是应变软化。它一般表现为在应变达到一定值时，应力（或应力差）达到一个峰值点，随后应变再增加则应力减小，一般存在一个残余强度。在塑性理论中的“软化”阶段，其应力空间中的屈服面是随应变而逐渐收缩的。其中，①表示密砂或超固结土在排水试验中的应力—应变曲线；②常表示松砂在固结不排水试验中的应力—应变曲线，这时通常以达到峰值应力定义为土的破坏。图2.1（c）

表示的是断裂破坏，即在很小的应变下，试样突然断裂，比如对硬黏土的无侧限压缩试验、黏土的拉伸试验等。这时由断裂应力确定土的强度，其破坏状态比较容易确定。

从上述情况可见，土试样在一定的应力状态及其他条件下，失去稳定或者发生过大的应变就是发生了破坏。土的强度是指其在一定条件下破坏时的应力状态。有时，土的强度的定义与土表观的“破坏”并不一致，如土的残余强度、松砂不排水情况下的流滑等。同时，土的破坏和强度的确定存在一定的人为因素。

对于一个试样，其应力状态达到其强度时，它将发生很大变形（完全塑性与应变硬化情况）或者不能稳定（应变软化和断裂情况），这时即意味着试样破坏。对于刚塑性及完全塑性模型，一个边值问题的土体（如地基）中部分土体达到其强度（或发生屈服），只能说这部分土体达到了极限平衡条件（或称塑性区），整个土体或者与其相邻的结构不一定破坏。