基本介紹
- 中文名：峰值強度
- 外文名：peak strength
- 學科：工程地質學
- 定義：最大剪應力的強度
- 有關術語：殘餘強度
- 特徵：結構破壞，變形加劇
簡介,組成,抗剪強度,內聚力和內摩擦角對峰值強度影響,
簡介
峰值強度是岩石（體）抗剪斷試驗的剪應力—剪位移關係曲線上最大的剪應力值或和岩石試樣應力—應變關係曲線上最高點對應的應力值。峰值強度過後的強度稱為殘餘強度，又稱剩餘強度或最終強度。相應於土或岩石的應力-應變曲線上過峰值後大致穩定的最終強度。峰值強度和殘餘強度都是由三部分組成：粘聚分量、剪脹分量及摩擦分量。粘聚分量的大小與土樣的狀態有關，可理解為顆粒本身具有的粘結與膠結性能；剪下面上剪下阻力的大小主要受剪脹和摩擦的影響，與剪下面上的法向應力成正比。這三個分量還不能通過試驗測定得到，三個分量組合交錯，通過強度參數得以表現出來，但是不同的剪下位移，各分量對抗剪強度的影響是不同的。
組成
粘聚分量
在剪下位移較小的時間段內，起主要作用的是粘聚分量，但是黏聚分量在較小的剪下應變下達到最大值後急劇降低，這說明粘聚分量是土樣的初始結構一個表征量，黏聚分量的急劇減小造成了剪下面的結構破壞。這點與殘餘強度試驗結果一致：隨著剪下位移的增加，抗剪強度最後達到殘餘抗剪強度，其中粘聚力分量一般很小，有的甚至接近零。
剪脹分量
隨著剪下位移的繼續增加，土體的變形呈現剪脹形態，由於土樣上部有儀器的剛性約束，試樣為了維持原態不得不做更多的附加功，這段時間內剪脹分量發揮主要作用，當試樣的應變值達到某一個值之後，試樣的剪脹減弱、體積不再變大，剪脹分量逐漸減弱最後消失。土樣經過較大位移的剪下作用之後，強度值維持在穩定的殘餘強度值，試樣內部的土顆粒也形成定向排列，不存在剪脹現象，所以剪脹分量對殘餘強度沒有貢獻。
摩擦分量
摩擦分量與材料屬性有較大關係，由於剪下過程中產生摩擦的是土體，所以摩擦分量相對而言是穩定的。但在剪下過程中，由於剪脹的影響，試樣體積會略微增大，由於儀器上部是固定的，試樣上部受到的壓力就會增大，而摩擦分量與上部受到的壓力成正比，所以這個階段摩擦分量逐漸增大。但是隨著剪脹作用的消失，摩擦分量就會逐漸減小。隨著剪下位移的增加，最後只有摩擦分量作用，此時的摩擦分量只與上部荷載的大小有關，摩擦分量隨著剪下位移的增加先增加後降低最後達到一個比較穩定的值，所以在剪下的最後階段，抗剪強度較為穩定，這時的抗剪強度為殘餘抗剪強度。
抗剪強度
抗剪強度，又稱剪下強度，材料產生剪斷時的極限強度。反映材料抵抗剪下滑動的能力，在數值上等於剪下面上的切向應力值，即剪下面上形成的剪下力與破壞面積之比。分單剪和雙剪兩種形式，在雙剪的情況下，破壞面積是試件橫截面積的兩倍。土是摩擦型材料，土的抗剪強度是指土抵抗土體顆粒間產生相互滑動的極限能力。土的抗剪強度是土的一個重要的力學性質。土的抗剪強度可分為二部分：一部分與顆粒間的法向應力有關，其本質是摩擦力；另一部分是與法向應力無關，稱為黏聚力。當外部載荷在地基內部產生的剪應力達到土的抗剪強度時，土體就遭到破壞，嚴重時將產生滑坡，建築物地基喪失穩定。
內聚力和內摩擦角對峰值強度影響
自然界中的岩體和岩石由於自然條件或人為因素的影響，內聚力C 和內摩擦角φ均會發生改變，進而影響岩體或岩石的力學特性。內聚力C 和內摩擦角φ 是兩個影響岩石強度的重要力學參數，從試驗結果和理論分析來看，岩石的內聚力和內摩擦角越高，岩石的強度越高，即內聚力和內摩擦角將影響岩石應力應變曲線的峰值強度。
內摩擦角是在以土的抗剪強度為縱坐標、剪下破壞面上的 法向應力為橫坐標的坐標系中，土的抗剪強度包線 對橫坐標軸的傾角。通常以表示，是土的抗剪強度參數之一，其值與土的初始孔隙比、土粒形狀、土的顆粒級配和土粒表面的粗糙度等因素有關。可由土的直接剪下試驗或三軸壓縮試驗測定， 根據不同的試驗方法和分析方法可得出總應力內摩擦角和有效應力內摩擦角。當初始內聚力C值一定時，隨著內摩擦角φ值的降低， 應力－位移曲線峰後略顯平緩，這是因為內摩擦角φ值的降低， 導致岩樣的強度降低，使得模型發生破壞的單元數目增多；另外，可以看出應力－位移曲線上面的峰值強度發生了變化，即隨著內摩擦角φ值的降低，峰值強度有了不同程度的下降。低內摩擦角φ值，則峰值強度肯定會繼續以一定幅度下降，但即使是自然界的岩石，破碎到一定程度，仍會有一定的殘餘強度，同樣也會有對應的峰值強度，即峰值強度隨著內摩擦角 φ 值的降低，最終會達到某一極限值，而不會降低到零。
內聚力是同種物質內部相鄰各部分之間的相互吸引力，內聚力降低，則岩石強度降低。當內聚力 C 降低時，應力 － 位移曲線屈服階段愈加平緩，原因是由於隨著內聚力 C 的降低，岩石的強度降低，模型中的單元破壞數目增多，表現為應力 －位移曲線上即為屈服平台較緩；同時，峰值強度也隨著內聚力 C 值的降低而下降， 內聚力C值由原始值降低到最小值。
