土力学 第6章 土的抗剪强度.ppt

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1、第六章,土的抗剪强度,6.1 土体强度的工程应用6.2 摩尔库仑强度理论6.3 土的极限平衡条件6.4 抗剪强度指标的确定6.5 孔隙压力系数6.6 砂性土的剪切性状6.7 黏性土的剪切性状,主要内容,重点内容,6.1 土体强度的工程应用,大量的工程实践和室内试验表明：建筑物地基和土工建筑物的破坏，绝大多数是属于剪切破坏，即沿着某一滑动面产生破坏。,基坑坑壁滑动破坏,坑壁支护,6.1 土体强度的工程应用,边坡滑坡,6.1 土体强度的工程应用,因此，剪切破坏是土体破坏的主要形式。,土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。,土的重要力学性质指标,6.2 摩尔库仑强度理论,前面我们从太沙基的土有效

2、应力原理已经知道：土体承受的上覆荷载主要由土颗粒的有效应力承担。而有效应力是由土颗粒之间的黏结作用和相互之间的咬合作用组成。黏结作用产生的力称为土的黏聚力（内聚力），咬合作用产生的咬合与摩擦称为土的内摩擦角。,土中一点的应力状态,土体内某一点的应力状态如下：1竖向应力(最大主应力)3侧向应力(最小主应力)剪切面上为法向应力剪应力,一、库仑定律,在一定载荷范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。其中C、被称为土的抗剪强度指标。为剪切破裂面与大主应力的作用面成夹角，其值等于（45+/2）的。,库仑经过试验，得出以下关系式：,砂土：,黏性土：,黏性土,c,C=0,砂土,f,f,库仑定律的总应力

3、表达式,库仑定律的有效应力表达式C称为土的有效黏聚力称为土的有效内摩擦角,饱和土有效应力：,一、库仑定律,二、摩尔库仑强度理论,莫尔认为土中某点达到该点的抗剪强度时，土即发生破坏。,莫尔把f=f（）的曲线，称为摩尔破坏包线。f=f()可用直线（库仑定律）代替，故称为莫尔库仑强度理论。,f,1、安全（弹性平衡状态）,2、临界状态（极限平衡状态）,3、破坏,摩尔库仑强度判断土单元的状态,某一单元土体上的作用力如下右图所示，将作用于ABC的各力分别在水平和垂直方向投影（合力为零），根据静力平衡条件可得：,6.3 土的极限平衡条件,一、摩尔应力圆,水平方向合力,垂直方向合力,A,B,C,由上述两式得：

4、,6.3 土的极限平衡条件,一、摩尔应力圆,解上述联立二元一次方程式得：,法向应力,剪应力,A,O1,6.3 土的极限平衡条件,在-坐标中，以1/2(1+3)，0为圆心、1/2(13)为半径作圆,则A点的坐标（a，a）即为ABC斜面AB上的法向应力和剪应力。,摩尔应力圆,O,A,B,C,c,A,O,O1,6.3 土的极限平衡条件,我们把库仑公式强度线绘制于同一坐标系中，则该强度线为摩尔圆的切线。,B,f,1、安全（弹性平衡状态）,2、临界状态（极限平衡状态）,3、破坏,摩尔库仑强度判断土单元的状态,摩尔库仑强度判断土单元的状态,f时，弹性平衡状态，整个摩尔圆位于抗剪强度线的下方，说明该点在任何

5、平面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏。,二、土的极限平衡应力状态,=f时，极限平衡状态，摩尔圆与抗剪强度线相切于A点，表明通过A点的任意平面上的剪应力都等于抗剪强度，该点就处于极限平衡状态。f时，剪切破坏状态，抗剪强度线是摩尔圆的一条割线，该点的任意平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，实际上这种情况是不可能存在的。,c,A,O,O1,下图是土体处于极限平衡条件（即破坏临界状态）的关系图。,B,三、土的极限平衡条件,由图直角ABO1可知：,整理下面公式：,三、土的极限平衡条件,得出以下三式：,此三式均可用于判断土体是否处于极限平衡状态,教材P114式(6-15)更正,c

6、,A,O,O1,B,三、土的极限平衡条件,由图直角ABO1外角与内角的关系可知：,即：,由此可见：剪切破裂面与大主应力的作用面成（45+/2）的夹角。,四、土的极限平衡条件的应用,根据上述三式，分别计算出极限平衡所能承受的1f与当时所施加的1来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当11f，土体处于稳定平衡状态；,（2）当1=1f，土体处于极限平衡状态；,（3）当11f，土体处于破坏状态；,四、土的极限平衡条件的应用,根据上述三式，分别计算出极限平衡所能承受的3f与当时所施加的3来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当33f，土体处于稳定平衡状态；,（2）当3=3f，土体处于

7、极限平衡状态；,（3）当33f，土体处于破坏状态；,四、土的极限平衡条件的应用,根据上述三式，计算出达到极限平衡所需要的m与当前土体的来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当m，土体处于稳定平衡状态；,（2）当m=，土体处于极限平衡状态；,（3）当m，土体处于破坏状态；,四、土的极限平衡条件的应用,总结，分别比较m、1f、3f，与、1、3，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当m3f，土体处于稳定平衡状态；,（2）当m=、1=1f、3=3f，土体处于极限平衡状态；,（3）当m、11f、33f，土体处于破坏状态；,3，处于稳定状态,实际应用,1、当计算A点时：1=？、3=？,黏土C、

8、,A,2、当计算B点时：1=？、3=？,B,1=h1、3=k01,h1,h2,1=h2、3=0,k0为静止土压力系数，可查47页表4-1确定,3、开挖多深不会失稳？即C点的深度为多大？,当3=0时，认为此处为剪切滑动面的最底端,此时,C,h,测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验,6.4 抗剪强度指标的确定,直剪仪,一、直剪试验,6.4 抗剪强度指标的确定,剪切力计量仪表,剪切盒,一、直剪试验,水平推力,垂直压力p,应力环水平力T,一、直剪试验,水平推力,垂直压力P,6.4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,一、直剪试验,水平推力,6.4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,垂直压力P,一、直

9、剪试验,水平推力,6.4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,垂直压力P,一、直剪试验,水平推力,6.4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,垂直压力P,一、直剪试验,水平推力,6.4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,垂直压力P,一、直剪试验,水平推力,应力环水平力T,垂直压力P,A,一、直剪试验,A土样面积,应力环水平力T,垂直压力P,正应力：,剪应力：,A,一、直剪试验,应力环水平力T,垂直压力P,施加P，量测 T，然后计算,一、直剪试验,三组试样,正应力：,剪应力：,最后画点，连直线，求出抗剪强度指标,直剪三种试验类型,直剪仪的优点:设备简单,价格便宜,操作方便,易于掌握,直剪试验的

10、优缺点,二、三轴压缩（剪切）试验,压力室,加压设备,电脑采集,三轴剪切试验,试验装置,压力室；围压系统；轴压系统；孔隙水压力量测系统；排水系统,主要组成：,压力室,压力水,排水管,阀门,轴向加压杆,有机玻璃罩,橡皮膜,透水石,顶帽,压力室分解,1,Pc,二、三轴剪切试验,3,1,Pc,3,二、三轴剪切试验,1,Pc,3,二、三轴剪切试验,3,1,总应力表示法,有效应力表示法,三组试样,三轴剪切三种试验类型,三轴试验优缺点,优点：试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了解土中有效应力变化情况；试样中的应力分布比较均匀，剪切面在试样的最薄弱处，结果比直剪试验可靠。缺点：试验仪器复杂，操作技

11、术要求高，试样制备较复杂；试验在2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符。,无侧限抗压强度试验，与岩石单轴抗压强度试验类似，是三轴压缩试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度。,三、无侧限抗压试验,无侧限压缩仪,根据试验结果只能作出一个极限应力圆（3=0，1=qu）。因此对一般黏性土，无法作出强度包络线。,qu,cu,u=0,无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软黏土的不排水强度。,u=0,灵敏度,黏性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏

12、的重塑土的无侧限抗压强度的比值：,根据灵敏度将饱和黏性土分类：,低灵敏度土 1St2,中灵敏度土 2 St4,高灵敏度土 St4,适用于现场测定饱和黏性土的不排水强度，尤其适用于均匀的饱和软黏土。,四、十字板剪切试验,M剪切破坏时的扭矩，kNm。,土的抗剪强度：,土的原位测试技术的优点：1可在现场进行，避免取样；2涉及的土体积比室内试验样品大很多；3可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标；4具有快速经济的优点。土的原位测试技术的缺点：1难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件；2测试设备进入土层对土层也有一定扰动；3试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与 实际工程往往不一致；4应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结。,小 结,一、库仑定律,二、土的极限平衡条件（摩尔库仑强度理论）,此三式均可用于判断土体是否处于极限平衡状态,谢 谢！,其它内容自学。,