土的抗剪强度 土质学与土力学.ppt
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1、第六章,土的抗剪强度,土工结构物或地基,土,渗透问题变形问题强度问题,渗透特性变形特性强度特性,6.1 概述6.2 土的强度理论与强度指标6.3 土的抗剪强度指标的测定试验方法及其应用6.4 土的天然强度及其在荷载作用下的强度增长6.5 关于土的抗剪强度影响因素的讨论6.6 土的动强度与砂土的振动液化(补充),6 土的抗剪强度,一、土的抗剪强度概念二、工程中土体的破坏类型,6 土的抗剪强度,6.1 概述,一、土的抗剪强度概念:定义:土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。特点:强度不是颗粒矿物本身的强度,而是颗粒间相互作用是抵抗剪剪切破坏的能力,颗粒间粘聚力与摩擦力;,6 土的抗剪强度,6
2、.1 概述,大阪的港口码头档土墙由于液化前倾,6 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,1.挡土结构物的破坏,6.1 概述,1.挡土结构物的破坏,6 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,广州京光广场基坑塌方,使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌,死3人,伤17人。,6.1 概述,挡土墙,滑裂面,基坑支护,1.挡土结构物的破坏,6 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,6.1 概述,平移滑动,2.各种类型的滑坡,6 土的抗剪强度,崩塌,旋转滑动,流滑,二、工程中土体的破坏类型,6.1 概述,1994年4月30日崩塌体积400万方10万方进入乌江死4人,伤6人,失踪12人击沉拖轮、驳轮各一艘
3、,渔船2只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡崩塌体巨大石块滚入江内,无法通航滑坡体崩入乌江近百万方;江水位差数米。,乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌,6 土的抗剪强度,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,6.1 概述,龙观嘴,黄崖沟,乌江,2000年西藏易贡巨型滑坡,6 土的抗剪强度,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,6.1 概述,高程(m),滑距(m),5530,2200,4000,扎 木 弄 沟,滑坡堆积体,0,8000,4000,2000,6000,立面示意图,坡高 3330 m堆积体宽 约2500m总方量 约3亿方,6 土的抗剪强度,2.各种类型的滑坡,二、工程
4、中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,6.1 概述,易贡滑坡堰塞湖,滑 坡 堆 积 区,扎木弄沟,2264m,2210m,2166m,2340m,平面示意图,5520m,滑坡堆积体,6 土的抗剪强度,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,6.1 概述,天然坝 坝高290 m滑坡堰塞湖 库容16亿方,湖水每天上涨50cm?,6 土的抗剪强度,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,6.1 概述,边坡,6 土的抗剪强度,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,6.1 概述,粘土地基上的某谷仓地基破坏,3.地基的破坏
5、,6 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,6.1 概述,日本新泻1964年地震引起大面积液化,3.地基的破坏,6 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,6.1 概述,地基,3.地基的破坏,6 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,6.1 概述,土压力边坡稳定地基承载力,挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏,6 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,6.1 概述,一、土的抗剪强度的库仑定律二、土的强度的机理三、摩尔-库仑强度理论,6 土的抗剪强度,6.2土的强度理论与强度指标,6 土的抗剪强度,6.2 土的强度理论与强度指标,直剪试验库仑(1776)试验原理,施加(=P/A),S量测
6、(=T/A),=100KPa,S,A,一、抗剪强度的库仑定律,直剪试验库仑(1776)试验原理试验结果,=100KPa,S,=200KPa,=300KPa,6 土的抗剪强度,一、抗剪强度的库仑定律,6.2 土的强度理论与强度指标,c 粘聚力 内摩擦角,直剪试验库仑(1776)试验原理试验结果,6 土的抗剪强度,库仑公式:,f:土的抗剪强度tg:摩擦强度-正比于压力c:粘聚强度-与所受压力无关,一、抗剪强度的库仑定律,6.2 土的强度理论与强度指标,滑动摩擦,二、土的强度的机理,6 土的抗剪强度,1.摩擦强度 tg,(1)滑动摩擦,6.2 土的强度理论与强度指标,(2)咬合摩擦引起的剪胀,滑动摩
7、擦,咬合摩擦引起的剪胀,二、土的强度的机理,6 土的抗剪强度,1.摩擦强度 tg,6.2 土的强度理论与强度指标,(3)颗粒的破碎与重排列,滑动摩擦,颗粒破碎与重排列,二、土的强度的机理,6 土的抗剪强度,1.摩擦强度 tg,咬合摩擦引起的剪胀,6.2 土的强度理论与强度指标,密度(e,粒径级配:级配良好颗粒间接触多,比均匀咬合作用强;颗粒的矿物成分 对于:砂土(28-40)粘性土(0-30);高岭石伊里石蒙特石一般情况:颗粒形状带棱角比磨圆的咬合作用强。,影响土的摩擦强度的主要因素:,二、土的强度的机理,6 土的抗剪强度,1.摩擦强度 tg,6.2 土的强度理论与强度指标,粘聚强度机理原始粘
8、聚力(表面带负电)固化粘聚力毛细粘聚力,粘聚强度影响因素粘土颗粒矿物成分密度扰动后结构变化,二、土的强度的机理,6 土的抗剪强度,2.凝聚强度,6.2 土的强度理论与强度指标,6 土的抗剪强度,1.库仑公式2.应力状态与摩尔圆3.极限平衡应力状态4.摩尔-库仑强度理论5.破坏判断方法6.滑裂面的位置,6.2 土的强度理论与强度指标,三、摩尔-库仑强度理论,c 粘聚力 内摩擦角,f:土的抗剪强度tg:摩擦强度-正比于压力c:粘聚强度-与所受压力无关,6 土的抗剪强度,三、摩尔-库仑强度理论,固定滑裂面,一般应力状态如何判断是否破坏?,借助于莫尔圆,1.库仑公式,6.2 土的强度理论与强度指标,O
9、,1,3,6 土的抗剪强度,三、摩尔-库仑强度理论,2.应力莫尔圆,大主应力:,小主应力:,圆心:,半径:,z按顺时针方向旋转,x按顺时针方向旋转,莫尔圆:代表一个土单元的应力状态;圆周上一点代表一个面上的两个应力与,6.2 土的强度理论与强度指标,3.极限平衡应力状态,6 土的抗剪强度,三摩尔-库仑强度理论,极限平衡应力状态:有一对面上的应力状态达到=f土的强度包线:所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线。,f,6.2 土的强度理论与强度指标,3.极限平衡应力状态,6 土的抗剪强度,三摩尔-库仑强度理论,f,强度包线以内:下任何一个面上的一对应力与 都没有达到破坏包线,不破坏;与破坏包线相切:
10、有一个面上的应力达到破坏;与破坏包线相交:有一些平面上的应力超过强度;不可能发生。,6.2 土的强度理论与强度指标,4.莫尔库仑强度理论,(1)土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数,f=f()(莫尔:1910年)(2)在一定的应力范围内,可以用线性函数近似f=c+tg(3)某土单元的任一个平面上=f,该单元就达到了极限平衡应力状态,6 土的抗剪强度,三、摩尔-库仑强度理论,6.2 土的强度理论与强度指标,4.莫尔库仑强度理论,6 土的抗剪强度,三、摩尔-库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件,1f,3,6.2 土的强度理论与强度指标,4.莫尔库仑强度理论
11、,6 土的抗剪强度,三、摩尔-库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件,6.2 土的强度理论与强度指标,根据应力状态计算出大小主应力1、3,判断破坏可能性,由3计算1f比较1与1f,11f 破坏状态,5.破坏判断方法,6 土的抗剪强度,三、摩尔-库仑强度理论,判别对象:土体微小单元(一点),3=常数:,6.2 土的强度理论与强度指标,根据应力状态计算出大小主应力1、3,判断破坏可能性,由1计算3f比较3与3f,33f 弹性平衡状态3=3f 极限平衡状态33f 破坏状态,5.破坏判断方法,6 土的抗剪强度,三、摩尔-库仑强度理论,判别对象:土体微小单元(一点),1=常数:,6.2 土的
12、强度理论与强度指标,根据应力状态计算出大小主应力1、3,判断破坏可能性,由1、3计算与比较,安全状态=极限平衡状态 不可能状态,O,c,5.破坏判断方法,6 土的抗剪强度,三、摩尔-库仑强度理论,判别对象:土体微小单元(一点),(1+3)/2=常数:圆心保持不变,6.2 土的强度理论与强度指标,O,c,1f,3,2,2,6.滑裂面的位置,与大主应力面夹角:=45+/2,6 土的抗剪强度,三、摩尔-库仑强度理论,6.2 土的强度理论与强度指标,一、室内试验二、野外试验,6.3土的抗剪强度指标的测定试验方法及其应用,6 土的抗剪强度,直剪试验、三轴试验等 制样(重塑土)或现场取样 缺点:扰动 优点
13、:应力条件清楚,易重复,十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验 缺点:应力条件不易掌握 优点:原状土的原位强度,6.3 抗剪强度测定试验,6 土的抗剪强度,一、室内试验,1.直剪试验,通过控制剪切速率来近似模拟排水条件,1.固结慢剪:施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分,以保证无超静孔压2.固结快剪施加正应力-充分固结在3-5分钟内剪切破坏3.快剪施加正应力后立即剪切3-5分钟内剪切破坏,6.3 抗剪强度测定试验,6 土的抗剪强度,一、室内试验,1.直剪试验,设备简单,操作方便 结果便于整理 测试时间短,优点,应力分布不均匀(剪、压)不能控制排水条件 剪切面固定,缺点,6.3
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