工程地質(zhì)與土力學(xué)03教案下載-樣章doc

1、 課件教案下載教案首頁(yè)授 課 學(xué) 時(shí)2授課班級(jí)課 題 名 稱(chēng)9.1 土的抗剪強(qiáng)度與直接剪切試驗(yàn)教學(xué)目的要求：掌握土的抗剪強(qiáng)度定律，莫爾摩爾庫(kù)侖準(zhǔn)則，土的極限平衡理論，土的直接剪切和三軸剪切實(shí)驗(yàn)原理、步驟、方法及要求。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)：莫爾應(yīng)力圓，土的直接剪切和三軸剪切實(shí)驗(yàn)原理、步驟、方法及要求。難點(diǎn)：土的極限平衡理論教學(xué)程序設(shè)計(jì)次序內(nèi)容計(jì)劃時(shí)間土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力第9章第9章 土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力9.1 土的抗剪強(qiáng)度與直接剪切試驗(yàn)9 土的抗剪強(qiáng)度的基本定律9 直接剪切試驗(yàn)的三種方法作業(yè)及思考題：1.為什么直接剪切試驗(yàn)要分慢剪、快剪、固結(jié)快剪？如何選用合理的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)以滿足工程設(shè)計(jì)

2、需要？ 2.土的抗剪強(qiáng)度的基本定律？3什么情況下采用慢剪試驗(yàn)？9.1 土的抗剪強(qiáng)度與直接剪切試驗(yàn) 土的抗剪強(qiáng)度：指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力，是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一。與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的工程問(wèn)題，主要有以下三類(lèi)：（1）土質(zhì)邊坡；（2）土壓力問(wèn)題；（3）建筑物地基的承載力問(wèn)題。9 土的抗剪強(qiáng)度的基本定律抗剪強(qiáng)度線的表達(dá)式為砂土 粘性土 c、稱(chēng)為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)或抗剪強(qiáng)度參數(shù)，砂土的抗剪強(qiáng)度是由內(nèi)摩阻力構(gòu)成，而粘性土的抗剪強(qiáng)度則由內(nèi)摩阻力和粘聚力兩個(gè)部分所構(gòu)成。9 直接剪切試驗(yàn)的三種方法考慮到固結(jié)程度和排水條件對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的影響，使室內(nèi)試驗(yàn)條件更符合土體的實(shí)際受力情況，一般將直剪試驗(yàn)

3、分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種。適用于滲透系數(shù)小于10-6cm/s的細(xì)粒土。該實(shí)驗(yàn)所的強(qiáng)度指標(biāo)為快剪強(qiáng)度指標(biāo)。當(dāng)?shù)鼗镣杆暂^差、排水不良，工程施工進(jìn)度又快，土體未固結(jié)時(shí)承受荷載，可采用此法。適用于滲透系數(shù)小于10-6cm/s的細(xì)粒土。該實(shí)驗(yàn)所的強(qiáng)度指標(biāo)為固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)。當(dāng)建筑物在施工期間后以后，地基已充分固結(jié)，但完工后可能突然增加荷載作用時(shí)，可采用此法。該實(shí)驗(yàn)所得的強(qiáng)度指標(biāo)稱(chēng)為慢剪強(qiáng)度指標(biāo)。當(dāng)?shù)鼗僚潘畻l件較好，地基已在較短時(shí)間內(nèi)固結(jié)，且施工進(jìn)度慢，可采用此法。山東水利職業(yè)學(xué)院教案首頁(yè)授 課 學(xué) 時(shí)2授課班級(jí)課 題 名 稱(chēng)9.2 土的極限平衡條件與三軸壓縮試驗(yàn)教學(xué)目的要求：掌握土的抗剪強(qiáng)度定

4、律，莫爾摩爾庫(kù)侖準(zhǔn)則，土的極限平衡理論，土的直接剪切和三軸剪切實(shí)驗(yàn)原理、步驟、方法及要求。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)：莫爾應(yīng)力圓，土的直接剪切和三軸剪切實(shí)驗(yàn)原理、步驟、方法及要求。難點(diǎn)：土的極限平衡理論教學(xué)程序設(shè)計(jì)次序內(nèi)容計(jì)劃時(shí)間土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力第9章9.2 土的極限平衡條件與三軸壓縮試驗(yàn)9 土的極限平衡條件1. 地基中任意平面上mn的應(yīng)力狀態(tài)2. 抗剪強(qiáng)度包線與摩爾應(yīng)力圓的關(guān)系9 三軸壓縮試驗(yàn)1. 三軸壓縮試驗(yàn)的基本原理和試驗(yàn)裝置 2. 三軸壓縮試驗(yàn)步驟作業(yè)及思考題：1.某土樣c0，30°如果該土受到最小主應(yīng)力3150kPa,最大主應(yīng)力1=200 kPa，問(wèn)該土樣是否破壞？2.一

5、土樣經(jīng)三軸剪切試驗(yàn)，結(jié)果1為166.6，264.6，352.8，411.6kPa,3為0，48.0，83.1，122.5kPa，試?yán)L應(yīng)力圓，并求、c值。9.2 土的極限平衡條件與三軸壓縮試驗(yàn)9土的極限平衡條件如圖9-1所示，在直角坐標(biāo)-中，按一定比例尺沿軸截取OB和OC分別表示3和1 ，以D為圓心，以為半徑做一圓，從DC開(kāi)始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使DA與圓交于A點(diǎn)，根據(jù)幾何條件得A點(diǎn)坐標(biāo)： 圖91 摩爾應(yīng)力圓因此可以證明A點(diǎn)的橫坐標(biāo)為斜面上的法向正應(yīng)力，縱坐標(biāo)為剪應(yīng)力。這樣摩爾應(yīng)力圓就可以表示土體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，摩爾圓圓周上各點(diǎn)的坐標(biāo)就表示該點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。 在地基中取任意平面，此平面

6、上作用著總應(yīng)力，此總應(yīng)力可分解為兩個(gè)分力：垂直于面的法向應(yīng)力和平行于面的剪應(yīng)力?，F(xiàn)將作用在平面上的剪應(yīng)力，與地基的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行比較：當(dāng)<f時(shí)，平面為穩(wěn)定狀態(tài)，即彈性平衡狀態(tài)； >f時(shí)，平面發(fā)生剪切破壞；=f時(shí)，平面處于極限平衡狀態(tài)。為了建立土體中一點(diǎn)的極限平衡條件，可將抗剪強(qiáng)度包線和摩爾應(yīng)力圓繪制在同一坐標(biāo)上，如圖9-2所示。它們之間的關(guān)系有以下三中情況：圖9-2 抗剪強(qiáng)度包線與摩爾應(yīng)力圓的關(guān)系（1）整個(gè)摩爾應(yīng)力圓位于抗剪強(qiáng)度包線的下方（圓），說(shuō)明通過(guò)該點(diǎn)的任意平面上的剪應(yīng)力都小于土的抗剪強(qiáng)度，因此該點(diǎn)不會(huì)發(fā)生剪切破壞；（2）摩爾應(yīng)力圓和抗剪強(qiáng)度包線相交（圓），表明該點(diǎn)某些平面上的

7、剪應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)了土的抗剪強(qiáng)度，實(shí)際表明該應(yīng)力圓所代表的應(yīng)力狀態(tài)是不存在的；（3）摩爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線相切（圓），切點(diǎn)為A，說(shuō)明在A點(diǎn)所代表的平面上，剪應(yīng)力剛好等于土的抗剪強(qiáng)度，即該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)，圓稱(chēng)為極限摩爾應(yīng)力圓。 根據(jù)極限摩爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線之間的幾何關(guān)系，就可建立土的極限平衡條件。 9三軸壓縮試驗(yàn)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)有很多種方法，目前室內(nèi)最常用的是直接剪切試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)。三軸壓縮試驗(yàn)也稱(chēng)為三軸剪切試驗(yàn)，是測(cè)定抗剪強(qiáng)度的一種較為完善的方法。1三軸壓縮試驗(yàn)的基本原理和試驗(yàn)裝置 三軸壓縮試驗(yàn)直接量測(cè)的是試樣在不同恒定周?chē)鷫毫ο碌目箟簭?qiáng)度，然后利用摩爾庫(kù)侖準(zhǔn)則間接推求土的抗剪強(qiáng)度。

8、三軸是指一個(gè)豎向和兩個(gè)側(cè)向而言，由于壓力室和試樣均為圓柱形，因此，兩個(gè)側(cè)向（或稱(chēng)周?chē)┑膽?yīng)力相等并為小主應(yīng)力3 ，而豎向（或軸向）的應(yīng)力為大主應(yīng)力1。在增加1時(shí)保持3 不變，這樣條件下的試驗(yàn)稱(chēng)為常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)。三軸壓縮試驗(yàn)所使用的儀器是三軸壓縮儀（也稱(chēng)三軸剪切儀），其主要由三個(gè)部分所組成：主機(jī)、穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)以及量測(cè)系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間用管路和各種閥門(mén)開(kāi)關(guān)連接。主機(jī)部分包括壓力室、軸向加荷系統(tǒng)等。2三軸壓縮試驗(yàn)步驟常規(guī)三軸試驗(yàn)的一般步驟：將土樣切制成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在密閉的壓力室中。然后向壓力室內(nèi)注入氣壓或液壓，使試件在各向均受到周?chē)鷫毫?，并使該周?chē)鷫毫υ谡麄€(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持不變。這時(shí)試件內(nèi)

9、各向的主應(yīng)力都相等，因此在試件內(nèi)不產(chǎn)生任何剪應(yīng)力。然后通過(guò)軸向加荷系統(tǒng)即活塞桿對(duì)試樣加豎向壓力，隨著豎向壓力逐漸增大，試樣最終將因受剪而破壞。設(shè)剪切破壞時(shí)軸向加荷系統(tǒng)加在試樣上的豎向壓應(yīng)力（稱(chēng)為偏應(yīng)力）為 ，則試樣上的大主應(yīng)力為 = + ，而小主應(yīng)力為，據(jù)此可作出一個(gè)極限應(yīng)力圓。用同一種土樣的若干個(gè)試件（一般34個(gè)）分別在不同的周?chē)鷫毫ο逻M(jìn)行試驗(yàn)，可得一組極限應(yīng)力圓。作出這些極限應(yīng)力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線，由此便可求得土樣的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c, 值。 (a)試樣圍壓； (b)破壞時(shí)試樣主應(yīng)力； (c)應(yīng)力圓與強(qiáng)度包線圖9-3 三軸試驗(yàn)基本原理山東水利職業(yè)學(xué)院教案首頁(yè)授 課

10、 學(xué) 時(shí)2授課班級(jí)課 題 名 稱(chēng)9.3 地基承載力教學(xué)目的要求：了解地基破壞的形式，地基承載力的確定方法；掌握地基整體剪切破壞的三個(gè)變形階段。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)： 地基整體剪切破壞的三個(gè)變形階段和地基承載力的確定方法。教學(xué)程序設(shè)計(jì)次序內(nèi)容計(jì)劃時(shí)間土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力第9章9.3 地基承載力9 地基的變形與破壞形式1. 地基變形的三個(gè)階段2. 地基破壞的模式（1）整體剪切破壞的特征（2）沖切剪切破壞的特征（3）局部剪切破壞的特征9 確定地基承載力的方法作業(yè)及思考題：1.什么叫地基承載力？確定地基承載力的方法有哪些？2. 影響地基承載力的因素有哪些？3.地基剪切破壞的形式有幾種？其主要特征是什么？

11、9.3 地基承載力9地基的變形與破壞形式1.地基變形的三個(gè)階段:（1）直線變形階段（1） （壓密階段） p-s曲線接近于直線，處于彈性平衡狀態(tài)。p-s曲線上的oa段。通常將p-s曲線上相應(yīng)于a點(diǎn)的荷載稱(chēng)為臨塑荷載（比例界限荷載）Pcr。 （2）局部剪切階段（塑性變形階段）p-s曲線已不再保持線性關(guān)系，塑性區(qū)。 b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載稱(chēng)為極限荷載pu（3）破壞階段 當(dāng)荷載超過(guò)極限荷載后，土中形成連續(xù)滑動(dòng)面，土從載荷板四周擠出隆起，地基發(fā)生整體剪切破壞，p-s曲線上的bc段。2.地基破壞的模式 地基在荷載作用下，由于承載能力不足會(huì)引起破壞，而這種破壞通常是由于基礎(chǔ)下持力層土體的剪應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)了土的抗剪強(qiáng)

12、度，出現(xiàn)了剪切破壞所造成的，這種剪切破壞的形式可分為：整體剪切破壞、局部剪切破壞和刺人剪切破壞3種。(b)(a)(c)圖9-1 地基破壞形式(a)整體剪切破壞 (b)局部剪切破壞 (c)刺入剪切破壞（1）整體剪切破壞的特征整體剪切破壞的特征是：當(dāng)基礎(chǔ)荷載較小時(shí)，基底壓力p與基礎(chǔ)沉降s基本上是直線關(guān)系。當(dāng)荷載增加到某一值（臨塑荷載）時(shí)，在基礎(chǔ)邊緣處的土最先產(chǎn)生塑性剪切破壞，隨著基礎(chǔ)荷載的增加，塑性剪切破壞區(qū)域逐步擴(kuò)大，基底壓力p與基礎(chǔ)沉降s不再呈直線關(guān)系，表現(xiàn)為曲線關(guān)系。 （2）沖切剪切破壞的特征刺入剪切破壞常發(fā)生在基礎(chǔ)埋深相對(duì)較大的軟弱地基中，如松砂和軟土地基，其破壞特征是：隨著荷載的增加，基

13、礎(chǔ)下土層發(fā)生壓縮變形，基礎(chǔ)隨之下沉，當(dāng)荷載繼續(xù)增加，基礎(chǔ)之下的軟弱土沿基礎(chǔ)周邊發(fā)生豎向剪切破壞，使基礎(chǔ)刺入土中，就像利器刺入其他物體一樣，表面不僅沒(méi)有隆起現(xiàn)象，還有稍微的凹陷，故稱(chēng)為刺入剪切破壞，又稱(chēng)為沖切破壞。破壞時(shí)，地基中不出現(xiàn)明顯的滑動(dòng)面和較大的建筑物傾斜。（3）局部剪切破壞的特征局部剪切破壞的特征是：隨著荷載的增加，塑性剪切破壞區(qū)首先從基礎(chǔ)邊緣處開(kāi)始，但塑性區(qū)的發(fā)展局限在地基某一范圍內(nèi)，土中滑動(dòng)面沒(méi)有延伸到地面，基礎(chǔ)四周地面微微隆起，建筑物沒(méi)有明顯的傾斜或倒塌，破壞的特征介于整體剪切破壞和刺人剪切破壞之間，基底壓力與基礎(chǔ)沉降關(guān)系曲線p-s從開(kāi)始就呈非線性關(guān)系。 9確定地基承載力的方法地基承載力的確定在淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中是一項(xiàng)非常重要而又十分復(fù)雜的問(wèn)題。影響地基承載力的因素很多，諸如土的物理、力