土力学课程讲解第7章.ppt
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1、第7章 土的抗剪强度,土力学,厦门大学 土木系,第7章 土的抗剪强度,7.1 概述7.2 土的极限平衡条件7.3 土的抗剪强度指标的确定7.4 饱和粘性土的抗剪强度7.5 无粘性土的抗剪强度7.6 影响土的抗剪强度指标的因素,土力学,厦门大学 土木系,7.1 概述,土的抗剪强度土体抵抗剪切破坏极限能力。土的强度问题在工程上主要有以下三个方面:1 地基承载力与地基稳定性2 土坡稳定性3 挡土墙及地下结构上的土压力本章主要介绍了库伦公式、莫尔库伦强度理论、抗剪强度的测定方法、饱和粘性土的抗剪强度、无粘性土的抗剪强度等内容。,土力学,厦门大学 土木系,7.1 概述,7-1,土力学,厦门大学 土木系,
2、第7章 土的抗剪强度,7.1 概述7.2 土的极限平衡条件7.3 土的抗剪强度指标的确定7.4 饱和粘性土的抗剪强度7.5 无粘性土的抗剪强度7.6 影响土的抗剪强度指标的因素,土力学,厦门大学 土木系,7.2 土的极限平衡条件,一、土体中任一点的应力状态1 最大主应力与最小主应力2 任意斜面上的应力3 用莫尔应力圆表示斜面上的应力二、莫尔库仑破坏理论三、土体的极限平衡状态,土力学,厦门大学 土木系,7.2 土的极限平衡条件,土的强度破坏通常是指剪切破坏。极限平衡状态当土体的剪应力等于土的抗剪强度时的临界状态称为极限平衡状态。土的极限平衡条件指土体处于极限平衡状态时土的应力状态和土的抗剪强度指
3、标之间的关系式,即1、3与内摩擦角、粘聚力c之间的数学表达式。,土力学,厦门大学 土木系,一、土体中任一点的应力状态,1 最大主应力与最小主应力,没有剪应力的面称为主应力面。作用在主应力面上的力称为主应力。,作用在微元体上的竖向法向应力,即土的自重应力,作用在微元体侧面上的水平向法向应力,土力学,厦门大学 土木系,一、土体中任一点的应力状态,2 任意斜面上的应力,任一截面mn与大主应力面成角,求法向应力和剪应力的计算公式。,据静力平衡条件,水平与竖向合力为零,土力学,厦门大学 土木系,一、土体中任一点的应力状态,3 用莫尔应力圆表示斜面上的应力,莫尔圆可表示土体中一点的应力状态,圆周上各点的坐
4、标表示该点在相应平面上正应力和剪应力。正应力和剪应力,1、3可用莫尔应力圆表示。从DC逆时针转2,a点的横坐标为斜面mn上的正应力,纵坐标为剪应力,土力学,厦门大学 土木系,7.2 土的极限平衡条件,一、土体中任一点的应力状态二、莫尔库仑破坏理论1 库伦公式2 莫尔库仑强度理论三、土体的极限平衡状态,土力学,厦门大学 土木系,二、莫尔库伦破坏理论,1 库伦公式,施加垂直应力(=P/A)施加水平推力 T量测直剪应力(=T/A),砂土的抗剪强度与作用在剪切面上的法向应力成正比,无粘性土,粘性土,土力学,厦门大学 土木系,二、莫尔库伦破坏理论,2 莫尔库仑强度理论莫尔提出材料的破坏是剪切破坏,破坏面
5、上剪应力f是该面上法向应力的函数:f=f(),在f坐标中是条曲线,称莫尔包线。(1)莫尔库仑强度理论用库仑公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔库伦强度理论。(2)极限平衡状态当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时,就发生剪切破坏,该点处于极限平衡状态。,土力学,厦门大学 土木系,三、土的极限平衡条件,莫尔圆与抗剪强度包线在同一图上时,有三种情况:1 整个莫尔圆在强度线的下方,即该点在任何平面上的剪应力土体的抗剪强度,不会发生剪切破坏。2 强度线与莫尔圆相割,实际中是不可能的,因为该点在任何平面上的剪应力都不可能超过土的抗剪强度。3强度线与莫尔圆相切,切点为A,即A点所代表平面上剪
6、应力正好等于抗剪强度,土体处于极限平衡状态。,土力学,厦门大学 土木系,三、土的极限平衡条件,三种状态:破坏状态;极限状态;稳定状态;,土力学,厦门大学 土木系,mn破裂面,与大主应力的作用面成f角。该点处于极限平衡状态,在ARD中用正弦定理,三、土的极限平衡条件,土力学,厦门大学 土木系,第7章 土的抗剪强度,7.1 概述7.2 土的极限平衡条件7.3 土的抗剪强度指标的确定7.4 饱和粘性土的抗剪强度7.5 无粘性土的抗剪强度7.6 影响土的抗剪强度指标的因素,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,土的抗剪强度指标包括内摩擦角与粘聚力c。测定土的抗剪强度的常用方法有:1
7、室内实验:直接剪切、三轴压缩试验、无侧限抗压2 现场原位测试:十字板剪切、大型直接剪切试验等。应根据各类建筑工程的规模、用途和地基土的情况等,选择相应的仪器和方法进行试验。,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压试验四、十字板剪切试验,土力学,厦门大学 土木系,一、直接剪切试验,一 直接剪切试验1 直剪仪:,74,土力学,厦门大学 土木系,一、直接剪切试验,2 模拟土体在现场受剪排水条件,分快剪、固结快剪、慢剪快剪施加后,立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。固结快剪允许试样在竖向压力下充分排水,待固结稳定后,再快速施加水平剪应
8、力。慢剪试验允许试样在竖向压力下充分排水,待固结稳定后,再缓慢施加水平剪应力。同一种土至少取4个试样,在不同压力下剪切。可取100、200、300、400kpa。,土力学,厦门大学 土木系,一、直接剪切试验,3 优缺点(1)优点:1)仪器构造简单,操作方便,易把松散颗粒土样装入仪器中。2)能用于土样大剪切应变,能测剩余抗剪强度。3)只需把剪切盒尺寸放大,就可用于大尺寸土样。(2)缺点:1)剪切面限定在上下盒之间的平面,而非土样最薄弱面的剪切破坏。2)剪切面上剪应力分布不均匀,给结果带来误差。3)不能严格控制排水。,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,一、直接剪切试验二、三
9、轴压缩试验三、无侧限抗压试验四、十字板剪切试验,土力学,厦门大学 土木系,二、三轴压缩试验,三轴压缩试验是测定土抗剪强度一种较为完善的方法。由压力室、轴向加荷系统、施加围压系统、孔隙水压力量测这几个部分组成。1 试验装置,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,围压系统,轴压,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,土全自动三轴试验系统中科院武汉岩土力学研究所,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,常规三轴压缩试验机,三轴压力腔及加载结构细部图,三轴试验系统照片,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,土工高压三轴试验系
10、统中科院武汉岩土力学研究所,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,2 三轴压缩试验过程(1)制作土样;(2)套膜并置于压力室内;(3)加围压,稳定围压在某个设定值3;(4)逐渐施加轴压1,直至土样产生破坏。(5)计算轴向压力1=3+1。重复上述步骤,设置不同的围压3,测定不同围压下的轴向压力;完成三个以上的有效测试。,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,3 两种加荷方式(1)步骤:先加液压p,并维持液压不变,再加垂直压力v,当v=f时土样被压坏。加压过程中,小主应力3=p是不变的。大主应力1=p+v。故应力圆从p开始逐步向右扩大直至破坏。(2)步骤:液
11、压和垂直压力都加大到一定值,然后压杆v不变,逐步减小液压p,此时应力圆的直径v不变,而位置由右向左移,直到破坏。,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,4 试验结果整理同一土样取3个以上试件,按上述方法分别试验,加载后使得其发生剪切破坏,将结果绘成一组极限莫尔应力圆,求出其公切线即为该土的抗剪强度包线,从而得出其抗剪强度指标c、值。,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,5 考虑固结和排水条件的三轴试验,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,6 三轴试验优缺点(1)优点:1)严
12、格控制排水条件及可量测孔隙水压变化;2)破坏面是最薄弱处;3)误差小。(2)缺点:常规三轴试验是假三轴试验,即围压相等的试验2=3。真三轴试验中围压是不相等的,即23,土力学,厦门大学 土木系,7.3 土的抗剪强度指标的确定,一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压试验四、十字板剪切试验,土力学,厦门大学 土木系,三、无侧限抗压强度试验,1 无侧限压缩试验无侧限抗压强度试验同在三轴仪中进行30的不排水剪切试验一样,不加任何侧向压力的情况下施加垂直压力,直至使试件剪切破坏为止,剪切破坏时试样所承受的最大轴向压力qu无侧限抗压强度。,土力学,厦门大学 土木系,三、无侧限抗压强度试验,7-6,
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