powerpoint下載-青島理工大學(xué)土力學(xué)原理精品課程

1、第六章土的抗剪強(qiáng)度6.1概概述6.2土土的抗剪剪強(qiáng)度理理論6.3土土的抗剪剪強(qiáng)度測測定試驗(yàn)驗(yàn)6.4飽和粘性性土的抗抗剪強(qiáng)度度6.5無粘性土土的抗剪剪強(qiáng)度本章主要要內(nèi)容：土工結(jié)構(gòu)構(gòu)物或地地基土滲透問題變形問題題強(qiáng)度問題滲透特性變形特性性強(qiáng)度特性6.1概述1.碎散性：強(qiáng)度不是是顆粒礦礦物本身身的強(qiáng)度度，而是是顆粒間間相互作作用主要是是抗剪強(qiáng)強(qiáng)度與剪剪切破壞壞，顆粒粒間粘聚聚力與摩摩擦力；2.三相相體系：三相承受受與傳遞遞荷載有效效應(yīng)力原原理；3.自然然變異性性：土的強(qiáng)度度的結(jié)構(gòu)構(gòu)性與復(fù)復(fù)雜性。一、土的的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度二、土的的強(qiáng)度特特點(diǎn)：基坑支護(hù)護(hù)1.擋土土結(jié)構(gòu)物物的破壞壞三、工程程中土體體的破壞壞類

2、型擋土墻滑裂面平移滑動(dòng)動(dòng)2.各種種類型的的滑坡崩塌旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)動(dòng)流滑地基p3.地基基的破壞壞土壓力邊坡穩(wěn)定定地基承載載力擋土結(jié)構(gòu)構(gòu)物破壞壞各種類型型的滑坡坡地基的破破壞一、直剪剪試驗(yàn)和和庫侖公公式二、土的的強(qiáng)度機(jī)機(jī)理三、摩爾爾-庫侖侖強(qiáng)度理理論6.2 土的的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度理論論本節(jié)主要要內(nèi)容：一、直剪剪試驗(yàn)和和庫侖公公式直剪試驗(yàn)驗(yàn)庫侖（1776）施加（=P/A）量測（=T/A）上盒下盒PSTA試驗(yàn)原理理Occ粘聚力內(nèi)摩擦角角 = 100KPaS = 200KPa = 300KPa庫侖公式式：f：土的抗剪剪強(qiáng)度tg：摩擦強(qiáng)度度-正比比于壓力力c：粘聚強(qiáng)度度-與所所受壓力力無關(guān)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)NT= NT二、土

3、的的強(qiáng)度的的機(jī)理1.摩擦擦強(qiáng)度tg（1）滑滑動(dòng)摩擦擦（2）咬合摩擦擦引起的的剪脹（3）顆顆粒的破破碎與重重排列NT滑動(dòng)摩擦顆粒破碎與重排列咬合摩擦引起的剪脹密度（e,粒徑級配配（Cu, Cc）顆粒的礦礦物成分分：對于：砂土粘性土土；高嶺石伊里石石蒙特特石粒徑的形形狀（顆顆粒的棱棱角與長長寬比）在其他條條件相同同時(shí)：對于砂土土，顆粒粒的棱角角提高了了內(nèi)摩擦擦角對于碎石石土，顆顆粒的棱棱角可能能降低其其內(nèi)摩擦擦角影響土的的摩擦強(qiáng)強(qiáng)度的主主要因素素：粘聚強(qiáng)度度機(jī)理粘聚強(qiáng)度度影響因因素2.凝聚聚強(qiáng)度靜電引力力（庫侖侖力）范德華力力顆粒間膠膠結(jié)假粘聚力力（毛細(xì)細(xì)力等）地質(zhì)歷史史粘土顆粒粒礦物成成分密度離

4、子價(jià)與與離子濃濃度三、摩爾爾-庫侖侖強(qiáng)度理理論1.庫庫侖公式式2.應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)與摩爾爾圓3.極極限平衡衡應(yīng)力狀狀態(tài)4.摩摩爾-庫庫侖強(qiáng)度度理論5.破破壞判斷斷方法6.滑滑裂面的的位置c粘聚力內(nèi)摩擦角角f：土的抗剪剪強(qiáng)度tg：摩擦強(qiáng)度度-正比比于壓力力c：粘聚強(qiáng)度度-與所所受壓力力無關(guān)1.庫侖侖公式c無粘性土土粘性土抗剪強(qiáng)度度曲線砂土：粘性土：庫侖（Coulomb）公式c:土的粘聚聚力:土的內(nèi)摩摩擦角莫爾庫庫侖強(qiáng)度度理論（1）在在一定的的應(yīng)力范范圍內(nèi)，可以用用線性函函數(shù)近似似f=c+tg（2）某土單元元的任一一個(gè)平面面上=f，該單元就就達(dá)到了了極限平平衡應(yīng)力力狀態(tài)331131dlcosdlsin

5、2、土中中一點(diǎn)的的應(yīng)力狀狀態(tài)Oz+zx-xzx213rR3.應(yīng)應(yīng)力莫爾爾圓圓心：半徑：莫爾圓：代表一一個(gè)土單單元的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)；圓周周上一點(diǎn)點(diǎn)代表一一個(gè)面上上的兩個(gè)個(gè)應(yīng)力與不同狀態(tài)態(tài)時(shí)的摩摩爾圓4.極極限平衡衡應(yīng)力狀狀態(tài)極限平衡衡應(yīng)力狀狀態(tài)：有一面上上的應(yīng)力力狀態(tài)達(dá)達(dá)到=f土的強(qiáng)度度包線：所有達(dá)到到極限平平衡狀態(tài)態(tài)的莫爾爾園的公公切線。ff與破壞包包線相交交：有一些平平面上的的應(yīng)力超超過強(qiáng)度度；不可可能發(fā)生生。強(qiáng)度包線線以內(nèi)：任何一個(gè)個(gè)面上的一對對應(yīng)力與 都沒沒有達(dá)到破壞包包線，不不破壞；與破壞包包線相切切：有一個(gè)面面上的應(yīng)應(yīng)力達(dá)到到破壞；莫爾-庫庫侖強(qiáng)度度理論表表達(dá)式極限平平衡條件件1f3O

6、c11f破壞狀態(tài)態(tài)Oc1f3115.破破壞判斷斷方法3= 常數(shù)數(shù)：判別對象象：土體體微小單單元（一一點(diǎn)）根據(jù)應(yīng)力力狀態(tài)計(jì)計(jì)算出大大小主應(yīng)應(yīng)力1、3，由3計(jì)算1f，比較1與1f33f彈性平衡衡狀態(tài)3=3f極限平衡衡狀態(tài)3安全狀態(tài)=極限平衡衡狀態(tài)不可能狀態(tài)Oc(1+ 3)/2= 常數(shù)數(shù)：圓心心保持不不變根據(jù)應(yīng)力力狀態(tài)計(jì)計(jì)算出大大小主應(yīng)應(yīng)力13，由1、3計(jì)算，與比較31f45/2Oc1f3226.滑滑裂面的的位置與大主應(yīng)應(yīng)力面夾夾角：=45 +/2圖中虛線線所指位置為滑滑裂面一、室內(nèi)內(nèi)試驗(yàn)二、野外外試驗(yàn)6.3 抗剪剪強(qiáng)度測測定試驗(yàn)驗(yàn)直剪試驗(yàn)驗(yàn)、三軸軸試驗(yàn)等等制樣（重重塑土）或現(xiàn)場場取樣缺點(diǎn)：擾擾動(dòng)優(yōu)

7、點(diǎn)：應(yīng)應(yīng)力條件件清楚，易重復(fù)復(fù)十字板扭扭剪試驗(yàn)驗(yàn)、旁壓壓試驗(yàn)等等原位試驗(yàn)驗(yàn)缺點(diǎn)：應(yīng)應(yīng)力條件件不易掌掌握優(yōu)點(diǎn)：原原狀土的的原位強(qiáng)強(qiáng)度PSTA = 100KPaS = 200KPa = 300KPaOc一、室內(nèi)內(nèi)試驗(yàn)1.直直剪試驗(yàn)驗(yàn)通過控制制剪切速速率來近近似模擬擬排水條條件3.快快剪施加正應(yīng)應(yīng)力后立立即剪切切3-5分鐘內(nèi)內(nèi)剪切破破壞1.固固結(jié)慢剪剪：施加正應(yīng)應(yīng)力-充充分固結(jié)結(jié)慢慢施施加剪應(yīng)應(yīng)力-小小于0.02mm/分，以保保證無超超靜孔壓壓2.固固結(jié)快剪剪施加正應(yīng)應(yīng)力-充充分固結(jié)結(jié)在3-5分鐘鐘內(nèi)剪切切破壞設(shè)備簡單單，操作作方便結(jié)果便于于整理測試時(shí)間間短試樣應(yīng)力力狀態(tài)復(fù)復(fù)雜應(yīng)變不均均勻不能控制制

8、排水條條件剪切面固固定優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)直接剪切切試驗(yàn)土的剪切切試驗(yàn)方方法抗剪強(qiáng)度度曲線試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓壓桿有機(jī)玻璃璃罩橡皮膜透水石頂帽2.三三軸試驗(yàn)驗(yàn)（1）試試樣應(yīng)力力特點(diǎn)與與試驗(yàn)方方法（2）強(qiáng)強(qiáng)度包線線（3）試試驗(yàn)類型型（4）優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)變控制制式三軸軸儀：壓壓力室，加壓系系統(tǒng)，量量測系統(tǒng)統(tǒng)組成應(yīng)力控制制式三軸軸儀試驗(yàn)步驟驟:1.裝樣樣2.施加加周圍壓壓力3.施加加豎向壓壓力 3 3 3 3 3 3三軸剪切切試驗(yàn)方法：首先試樣樣施加靜靜水壓力力室壓壓（圍壓壓）1=2=3；然后通過過活塞桿桿施加的的是應(yīng)力力差1=1-3。（1）試試樣應(yīng)力力特點(diǎn)與與試驗(yàn)方方法：特點(diǎn)：試樣是軸軸對稱應(yīng)應(yīng)力狀

9、態(tài)態(tài)。垂直直應(yīng)力z一般是大大主應(yīng)力力；徑向向與切向向應(yīng)力總總是相等等r=，亦即1=z；2=3=r強(qiáng)度包線(1-)fc (1-)f11- 31=15%分別作圍圍壓為100kPa、200kPa、300kPa的三軸試試驗(yàn)，得得到破壞壞時(shí)相應(yīng)應(yīng)的（1-)f繪制三個(gè)個(gè)破壞狀狀態(tài)的應(yīng)應(yīng)力摩爾爾圓，畫畫出它們們的公切切線強(qiáng)度包包線，得得到強(qiáng)度度指標(biāo)c與（2）強(qiáng)強(qiáng)度包線線固結(jié)排水水試驗(yàn)（CD試驗(yàn)）1 打開開排水閥閥門，施加圍壓壓后充分固固結(jié)，超超靜孔隙隙水壓力力完全消消散；2 打開開排水閥閥門，慢慢慢施加加軸向應(yīng)應(yīng)力差以便充分分排水，避免產(chǎn)產(chǎn)生超靜靜孔壓固結(jié)不排排水試驗(yàn)驗(yàn)（CU試驗(yàn)）1 打開開排水閥閥門，施加

10、圍壓壓后充分固固結(jié)，超超靜孔隙隙水壓力力完全消消散；2關(guān)關(guān)閉排水水閥門，很快剪剪切破壞壞，在施施加軸向向應(yīng)力差差過程中不不排水不固結(jié)不不排水試試驗(yàn)（UU試驗(yàn)）1關(guān)關(guān)閉排水水閥門，圍壓下不固結(jié)結(jié)；2關(guān)關(guān)閉排水水閥門，很快剪剪切破壞壞，在施施加軸向向應(yīng)力差差過程中不不排水cd、dccu、cucu 、u（3）試試驗(yàn)類型型固結(jié)排水水試驗(yàn)（CD試驗(yàn)）ConsolidatedDrainedTriaxialtest(CD)抗剪強(qiáng)度度指標(biāo)：cdd（c）固結(jié)不排排水試驗(yàn)驗(yàn)（CU試驗(yàn)）ConsolidatedUndrainedTriaxialtest(CU)抗剪強(qiáng)度度指標(biāo)：ccucu不固結(jié)不不排水試試驗(yàn)（UU試驗(yàn)

11、）UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU)抗剪強(qiáng)度度指標(biāo)：cuu（cuuuu）試驗(yàn)類型型匯總優(yōu)點(diǎn)：1應(yīng)力狀態(tài)態(tài)和應(yīng)力力路徑明明確；2排水條件件清楚，可控制制；3破壞面不不是人為為固定的的；4試驗(yàn)單元元體試驗(yàn)驗(yàn)缺點(diǎn)：設(shè)備相對對復(fù)雜，現(xiàn)場無無法試驗(yàn)驗(yàn)說明：30即即為無側(cè)限抗抗壓強(qiáng)度度試驗(yàn)（4）優(yōu)優(yōu)點(diǎn)和缺缺點(diǎn)二、野外外試驗(yàn)十字板剪剪切試驗(yàn)驗(yàn)一般適用用于測定定軟粘土土的不排排水強(qiáng)度度指標(biāo)；鉆孔到指指定的土土層，插插入十字字形的探探頭；通過施加加的扭矩矩計(jì)算土土的抗剪剪強(qiáng)度時(shí)M1HDM2無側(cè)限抗抗壓強(qiáng)度度試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)：6.4飽和粘性性土的抗抗剪強(qiáng)度度粘聚力c內(nèi)摩擦

12、角角 強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)的分類類：按照分析析方法，可分為為總應(yīng)力力強(qiáng)度指指標(biāo)與有有效應(yīng)力力強(qiáng)度指指標(biāo)；按照試驗(yàn)驗(yàn)方法，可分為為直剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)與三軸軸試驗(yàn)強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)；按照應(yīng)力力應(yīng)變狀狀態(tài)，可可分為峰峰值強(qiáng)度度指標(biāo)與與殘余強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)。一.總總應(yīng)力指指標(biāo)與有有效應(yīng)力力指標(biāo)二.三三軸試驗(yàn)驗(yàn)強(qiáng)度指指標(biāo)三.土土的強(qiáng)度度指標(biāo)的的工程應(yīng)應(yīng)用本節(jié)主要要內(nèi)容：一、總應(yīng)應(yīng)力指標(biāo)標(biāo)與有效效應(yīng)力指指標(biāo)1.兩種強(qiáng)度度指標(biāo)的的比較2.有效應(yīng)力力、總應(yīng)應(yīng)力強(qiáng)度度包線1.兩兩種強(qiáng)度度指標(biāo)的的比較土的抗剪剪強(qiáng)度的的有效應(yīng)力力指標(biāo)c, =c+ tg=-u符合土的的破壞機(jī)機(jī)理，但但有時(shí)孔孔隙水壓壓力u無法確定定土的抗剪剪強(qiáng)度的的總應(yīng)力

13、指指標(biāo)c, =c +tg便于應(yīng)用用,但u不能產(chǎn)生生抗剪強(qiáng)強(qiáng)度，不不符合強(qiáng)強(qiáng)度機(jī)理理強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)抗剪強(qiáng)度度簡單評價(jià)價(jià)二、飽和和粘性土土的抗剪剪強(qiáng)度1、不固固結(jié)不排排水抗剪剪強(qiáng)度2、固結(jié)結(jié)不排水水抗剪強(qiáng)強(qiáng)度3、固結(jié)結(jié)排水抗抗剪強(qiáng)度度凡是可以以確定（測量、計(jì)算）孔隙水水壓力u的情況，都應(yīng)當(dāng)當(dāng)使用有有效應(yīng)力力指標(biāo)c，有效應(yīng)力力指標(biāo)與與總應(yīng)力力指標(biāo)三、土的的強(qiáng)度指指標(biāo)的工工程應(yīng)用用砂土：c,三軸排水水試驗(yàn)指指標(biāo)與直直剪試驗(yàn)驗(yàn)指標(biāo)（直剪試試驗(yàn)得到到的指標(biāo)標(biāo)偏大）粘土：有效應(yīng)力力指標(biāo)：固結(jié)排排水、固固結(jié)不排排水總應(yīng)力指指標(biāo)：三三軸固結(jié)結(jié)不排水水、不排排水;直剪固結(jié)結(jié)快剪、快剪三軸試驗(yàn)驗(yàn)指標(biāo)與與直剪試試驗(yàn)指標(biāo)標(biāo)飽和松砂砂在振動(dòng)動(dòng)情況下下孔壓急急劇升高高在瞬間砂砂土呈液液態(tài)時(shí)間T孔壓U6.5砂土的振振動(dòng)液化化