土力學(xué)第五章土的抗剪強(qiáng)度

1、15.1 概述概述5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度5.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)5.4 砂土和粘土的靜剪切特性砂土和粘土的靜剪切特性5.5 砂土的動剪切特性砂土的動剪切特性5.6 粘土的時(shí)間效應(yīng)特性粘土的時(shí)間效應(yīng)特性5.7 原位剪切特性原位剪切特性25.1 概述概述土的抗剪強(qiáng)度：土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的最大能力土體抵抗剪切破壞的最大能力主應(yīng)力線最大剪應(yīng)力線3附加應(yīng)力等值線附加應(yīng)力等值線5.1 概述概述4土體破壞抗剪強(qiáng)度剪應(yīng)力f1、地基承載力問題2、邊坡穩(wěn)定問題3、擋土墻穩(wěn)定問題5.1 概述概述5三軸壓縮試驗(yàn)中砂土的剪切破壞狀況5.1 概述概述6鋼材與粒狀體材料剪切破壞的比較5.1 概

2、述概述7三軸壓縮試驗(yàn)中砂土的剪切破壞狀況剪切破壞面最大剪應(yīng)力比摩擦法則N推力S摩擦力剪應(yīng)力滑動破壞5.1 概述概述8抗剪強(qiáng)度與正應(yīng)力相關(guān) 不同深度的土，不同深度的土，抗剪強(qiáng)度不同抗剪強(qiáng)度不同 地面的砂石可以隨地面的砂石可以隨風(fēng)移動，深埋于地下的風(fēng)移動，深埋于地下的砂層可以作為樁的持力砂層可以作為樁的持力層。層。5.1 概述概述95.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度一、直接剪切試驗(yàn)一、直接剪切試驗(yàn)活動下盒活動下盒土樣土樣透水石透水石加壓板加壓板NS固定上盒固定上盒直剪試驗(yàn)示意圖直剪試驗(yàn)示意圖1、試驗(yàn)、試驗(yàn)加設(shè)計(jì)荷載加設(shè)計(jì)荷載N分級加水平推力分級加水平推力S剪切破壞剪切破壞2、繪制、繪制D關(guān)系圖關(guān)系圖

3、（水平位移）密砂、堅(jiān)硬粘土松砂、軟粘土做三組以上試驗(yàn)做三組以上試驗(yàn)剪切破壞面剪切破壞面10 土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角(度）度）3、繪制、繪制 關(guān)系圖關(guān)系圖01002003004004、庫侖公式、庫侖公式tanf砂土粘性土c粘性土粘性土C 土的內(nèi)聚力（土的內(nèi)聚力（kPa)tanfc砂土砂土 剪切滑動面上的法向剪切滑動面上的法向 總應(yīng)力（總應(yīng)力（kPa) 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度(kPa)破壞線破壞線5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度一、直接剪切試驗(yàn)一、直接剪切試驗(yàn)f11 土的有效內(nèi)摩擦角土的有效內(nèi)摩擦角(度）度）5、用有效應(yīng)力表示的庫侖公式、用有效應(yīng)力表示的庫侖公式tanf粘性土粘性土 土的有效內(nèi)

4、聚力（土的有效內(nèi)聚力（kPa)tanfc砂土砂土 剪切滑動面上的法向有效剪切滑動面上的法向有效 應(yīng)力（應(yīng)力（kPa) 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度(kPa)說明：總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法二者的計(jì)算結(jié)果稍有不同，總應(yīng)力法 方便適用，而若能準(zhǔn)確地求出有效應(yīng)力，從道理上更合理。5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度一、直接剪切試驗(yàn)一、直接剪切試驗(yàn)f12三軸儀簡圖三軸儀簡圖試樣試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓桿有機(jī)玻璃罩橡皮膜透水石5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn)131、試驗(yàn)、試驗(yàn)2、繪制破壞時(shí)的摩爾應(yīng)力圓、繪制破壞時(shí)的摩爾應(yīng)力圓破壞面破壞面3、繪制抗剪強(qiáng)度包線、繪制抗剪強(qiáng)度包線

5、（做三個(gè)以上試驗(yàn)）（做三個(gè)以上試驗(yàn)）抗剪強(qiáng)度包線求抗剪強(qiáng)度指標(biāo)求抗剪強(qiáng)度指標(biāo) tanf,C5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn)144、繪制、繪制 關(guān)系曲線關(guān)系曲線最大主應(yīng)力差最大主應(yīng)力差軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變體積應(yīng)變體積應(yīng)變?nèi)S試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)三軸試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)1、可以嚴(yán)格控制排水條件2、應(yīng)力狀態(tài)明確，破壞在最薄但：試驗(yàn)復(fù)雜，試驗(yàn)時(shí)間長弱處，結(jié)果可靠5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn)15三、摩爾圓的意義及用法三、摩爾圓的意義及用法1、土中任意一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)、土中任意一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)Mzmnds由靜力平衡條件由靜力平衡條件3(sin)(sin)(cos)0ds

6、dsds1(cos)(cos)(sin)0dsdsds求得求得131311()()cos222131()sin225.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度162、摩爾應(yīng)力圓、摩爾應(yīng)力圓半徑：半徑：圓心：圓心：摩爾圓上的點(diǎn)摩爾圓上的點(diǎn) A坐標(biāo)坐標(biāo)A131311()()cos222131()sin22摩爾圓上各點(diǎn)的坐標(biāo)表示了該點(diǎn)在相應(yīng)面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力摩爾圓上各點(diǎn)的坐標(biāo)表示了該點(diǎn)在相應(yīng)面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力三、摩爾圓的意義及用法三、摩爾圓的意義及用法5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度17四、土的極限平衡條件四、土的極限平衡條件123A情況情況1：摩爾圓位于抗剪強(qiáng)度線以下：摩爾圓位于抗剪強(qiáng)度線以下情況情況2：

7、摩爾圓與抗剪強(qiáng)度線相切：摩爾圓與抗剪強(qiáng)度線相切極限平衡狀態(tài)情況情況3：摩爾圓與抗剪強(qiáng)度線相割：摩爾圓與抗剪強(qiáng)度線相割不破壞破壞（不存在）極限平衡狀態(tài)AcDR由三角形ARD13131()2sin1()cot2c 5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度18AcDR13131()2sin1()cot2c 化簡得化簡得213tan452 tan 4522c231tan452 tan 4522c極限平衡條件極限平衡條件四、土的極限平衡條件四、土的極限平衡條件5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度19 大主應(yīng)力作用面與破壞面的夾角AcDR無粘性土無粘性土 c=0213tan452231tan452由圖可知由圖可知45

8、2f破壞面f四、土的極限平衡條件四、土的極限平衡條件5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度20(5)若 ，問試樣是否破壞 某干砂試樣進(jìn)行直剪試驗(yàn)，當(dāng) = 300kPa時(shí)， 測得 = 200kPa求：求：(2)破壞時(shí)的大小主應(yīng)力（繪出摩爾圓）(3)大主應(yīng)力作用面與剪切面所成的角度(4)當(dāng) 時(shí)，土樣是否破壞(1)砂土的內(nèi)摩擦角四、土的極限平衡條件四、土的極限平衡條件5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度例例 題題21解：解：(1)因?yàn)槭巧巴?，所以因?yàn)槭巧巴?，所以c=00100200300100200300（一般應(yīng)做3個(gè)試樣）作圖法四、土的極限平衡條件四、土的極限平衡條件5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度例例 題

9、題22解解 (2)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)300200131311()()cos222131()sin22452f131311300()()cos(2 61.85)22=61.850131200()sin(2 61.85 )23193.0kPa1673.8kPa四、土的極限平衡條件四、土的極限平衡條件5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度例例 題題23(3)大主應(yīng)力作用面與剪切面所成的角度為大主應(yīng)力作用面與剪切面所成的角度為(4)0100200300100200300作圖法作圖法點(diǎn) 位于抗剪強(qiáng)度 線下，不破壞計(jì)算法計(jì)算法不破壞四、土的極限平衡條件四、土的極限平衡條件5.2 土的抗剪強(qiáng)度土

10、的抗剪強(qiáng)度例例 題題452f=61.85024解解 (5)作圖法作圖法33.690應(yīng)力圓位于抗剪強(qiáng)度線下，應(yīng)力圓位于抗剪強(qiáng)度線下，不破壞不破壞四、土的極限平衡條件四、土的極限平衡條件5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度例例 題題200500(kPa)100200300(kPa)25解解 (5)計(jì)算法計(jì)算法解法解法1、極限平衡狀態(tài)、極限平衡狀態(tài)不破壞解法解法2、(c=0)不破壞四、土的極限平衡條件四、土的極限平衡條件5.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度例例 題題265.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)o實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)求 2、三軸拉伸試驗(yàn)、三軸拉伸試驗(yàn)一、剪切試驗(yàn)的種類一、剪切試驗(yàn)的種類1、三軸壓縮試驗(yàn)、三軸壓縮

11、試驗(yàn)3、直剪試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)4、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)27實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)求 5、真三軸試驗(yàn)、真三軸試驗(yàn)6、平面應(yīng)變試驗(yàn)、平面應(yīng)變試驗(yàn)天然休止角天然休止角: 砂土堆積起來形成的自然角度砂土堆積起來形成的自然角度砂土天然休止角5.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)一、剪切試驗(yàn)的種類一、剪切試驗(yàn)的種類28MH=100120mmD=5075mm破壞時(shí)的扭矩M與土的抵抗力矩相等側(cè)面?zhèn)让嫔舷碌咨舷碌?側(cè)面土的抗剪強(qiáng)度側(cè)面土的抗剪強(qiáng)度上下底面土的抗剪強(qiáng)度上下底面土的抗剪強(qiáng)度簡化計(jì)算取原位測試原位測試22(/3)fMDHD 由十字板剪切試驗(yàn)求得的土的抗剪強(qiáng)度由十字板剪切試驗(yàn)求得的土的抗剪強(qiáng)度十字板剪切試驗(yàn)

12、十字板剪切試驗(yàn)5.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)一、剪切試驗(yàn)的種類一、剪切試驗(yàn)的種類291、不固結(jié)不排水試驗(yàn)、不固結(jié)不排水試驗(yàn)(UU)直剪試驗(yàn)： （快剪）土樣加上垂直壓力后 立即剪切，使試樣在35分鐘內(nèi) 剪損。三軸試驗(yàn)： 在圍壓（水壓） 作用下不固 結(jié)(關(guān)閉排水閥門），再加垂直壓 力 增量（不排水）直至破壞。5.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)二、固結(jié)剪切中的排水條件二、固結(jié)剪切中的排水條件302、固結(jié)不排水試驗(yàn)、固結(jié)不排水試驗(yàn)(CU)直剪試驗(yàn)： （固結(jié)快剪）土樣垂直壓力下固 結(jié)穩(wěn)定后，再加剪應(yīng)力，使試樣 在35分鐘內(nèi)剪損。 三軸試驗(yàn)： 在圍壓（水壓） 作用下固結(jié) (打開排水閥門），再加垂直壓力 增

13、量 （不排水）直至破壞。 5.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)二、固結(jié)剪切中的排水條件二、固結(jié)剪切中的排水條件315.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)二、固結(jié)剪切中的排水條件二、固結(jié)剪切中的排水條件3、固結(jié)排水試驗(yàn)、固結(jié)排水試驗(yàn)(CD)直剪試驗(yàn)： （慢剪）土樣加上垂直壓力后排 水，分級加剪應(yīng)力，每級變形穩(wěn) 定后加下一級荷載，直至剪損。三軸試驗(yàn)： 在圍壓（水壓） 作用下固結(jié)(打 開排水閥門），再加垂直壓力增 量 （排水）直至破壞。325.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)三、排水條件和抗剪強(qiáng)度的種類三、排水條件和抗剪強(qiáng)度的種類1、不固結(jié)不排水剪強(qiáng)度、不固結(jié)不排水剪強(qiáng)度(UU強(qiáng)度強(qiáng)度)AuuBC0uCu1313

14、11()()22fuC 不排水內(nèi)摩擦角 不排水內(nèi)聚力（1）三軸試驗(yàn)）三軸試驗(yàn)（2）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)Cu12fuuCq總應(yīng)力圓總應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓只有一個(gè)只有一個(gè)33三、排水條件和抗剪強(qiáng)度的種類三、排水條件和抗剪強(qiáng)度的種類2、固結(jié)不排水剪強(qiáng)度、固結(jié)不排水剪強(qiáng)度(CU強(qiáng)度強(qiáng)度)以不同的固結(jié)壓力 做一組試驗(yàn)Ccu總應(yīng)力法得抗剪強(qiáng)度總應(yīng)力法得抗剪強(qiáng)度有效應(yīng)力法得抗剪強(qiáng)度有效應(yīng)力法得抗剪強(qiáng)度uf5.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)343、固結(jié)排水剪強(qiáng)度、固結(jié)排水剪強(qiáng)度(CD強(qiáng)度強(qiáng)度)Cdu=0三、排水條件和抗剪強(qiáng)度的種類三、排水條件和抗剪強(qiáng)度的種類5.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試

15、驗(yàn)355.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)四、超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度四、超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度e正常固結(jié)超固結(jié)正常固結(jié)超固結(jié)超固結(jié)土e36正常固結(jié)超固結(jié)總應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓超固結(jié)土u1為負(fù)值正常固結(jié)土u2為正值5.3 土的剪切試驗(yàn)土的剪切試驗(yàn)四、超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度四、超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度375.4 砂土和粘土的靜剪切特性砂土和粘土的靜剪切特性一、松砂和密砂的應(yīng)力應(yīng)變特性一、松砂和密砂的應(yīng)力應(yīng)變特性h密砂松砂1、垂直應(yīng)力增量、垂直應(yīng)力增量垂直應(yīng)變垂直應(yīng)變體積應(yīng)變關(guān)系體積應(yīng)變關(guān)系38體積壓應(yīng)變松砂：剪縮為主剪脹密砂：先剪縮后剪脹1、垂直應(yīng)力增量、垂直應(yīng)力增量垂直應(yīng)變垂直應(yīng)變體積應(yīng)變關(guān)系體積應(yīng)變關(guān)系5.4 砂土和粘

16、土的靜剪切特性砂土和粘土的靜剪切特性一、松砂和密砂的應(yīng)力應(yīng)變特性一、松砂和密砂的應(yīng)力應(yīng)變特性391、垂直應(yīng)力增量、垂直應(yīng)力增量垂直應(yīng)變垂直應(yīng)變體積應(yīng)變關(guān)系體積應(yīng)變關(guān)系體積壓應(yīng)變正常固結(jié)土：剪縮超固結(jié)土：先剪縮后剪脹5.4 砂土和粘土的靜剪切特性砂土和粘土的靜剪切特性二、正常固結(jié)土和超固結(jié)土的應(yīng)力應(yīng)變特性二、正常固結(jié)土和超固結(jié)土的應(yīng)力應(yīng)變特性405.5 砂土的動剪切特性砂土的動剪切特性二、砂土液化現(xiàn)象二、砂土液化現(xiàn)象1995年阪神地震大阪的街道路面液化年阪神地震大阪的街道路面液化415.5 砂土的動剪切特性砂土的動剪切特性二、砂土液化現(xiàn)象二、砂土液化現(xiàn)象19991999年臺灣大地震中臺中縣由于液

17、化引起的樓房倒塌年臺灣大地震中臺中縣由于液化引起的樓房倒塌421、砂土液化、砂土液化 飽和松砂在反復(fù)荷載(如地震力)作用下, 土象液體一樣失去抗剪強(qiáng)度的現(xiàn)象2、臨界孔隙比、臨界孔隙比ecre0: 初始孔隙比在同一壓力下剪切 :破壞時(shí)的體積應(yīng)變ecr若e0ecr, 剪縮 砂土液化若e0ecr, 剪脹 不會砂土液化松砂易砂土液化，密砂不易砂土液化。5.5 砂土的動剪切特性砂土的動剪切特性二、砂土液化現(xiàn)象二、砂土液化現(xiàn)象433、某砂土在不排水條件下循環(huán)單剪試驗(yàn)的有效應(yīng)力路徑、某砂土在不排水條件下循環(huán)單剪試驗(yàn)的有效應(yīng)力路徑循環(huán)73次破壞循環(huán)12次破壞循環(huán)1次破壞循環(huán)次數(shù)與循環(huán)次數(shù)與抗液化強(qiáng)度關(guān)系抗液化強(qiáng)度關(guān)系5.5 砂土的動剪切特性砂土的動剪切特性二、砂土液化現(xiàn)象二、砂土液化現(xiàn)象443、砂土液化的防治、砂土液化的防治（1）增大密度法）增大密度法（2）改良粒度法）改良粒度法（3）固結(jié)法）固結(jié)法（4）降低地下水位法）降低地下水位法（5）孔