土力學第五章土的抗剪強度

土力學第五章土的抗剪強度第一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二概述土的庫侖定律土的莫爾－庫侖強度理論土的抗剪強度指標的測定主要內(nèi)容第二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二本章要點牢固掌握庫侖公式和莫爾－庫侖強度理論；掌握土的抗剪強度指標的測定方法；明確不同固結和排水條件下的抗剪強度指標的意義及其應用。第三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二概述土的破壞主要是由于剪切引起的，剪切破壞是土體破壞的重要特點。工程時間中與土的抗剪強度有關的工程主要有以下3類(1)土質(zhì)土壩的穩(wěn)定(2)土壓力(3)地基的承載力問題第四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二工程實例－土坡穩(wěn)定第五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二工程實例－土壓力第六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二工程實例－地基承載力問題第十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二工程實例－地基承載力問題加拿大特朗斯康谷倉第十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二概述抗剪強度：土體抵抗剪切破壞的極限能力。破壞準則：土體達到破壞狀態(tài)時的應力組合稱為破壞準則。第十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二思考固體之間的摩擦力與土的抗剪強度是否會有一定聯(lián)系？？？？第十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的庫侖定律固體間的摩擦力直接取決于接觸面上的法向力和接觸材料的摩擦角第十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗第十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二庫侖定律f砂土f粘性土c第十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二c',

-------有效抗剪強度指標c,

--------總應力抗剪強度指標第十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的抗剪強度來源摩擦強度粘聚強度CABCAB剪切面----+第十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二摩擦強度影響因素密度粒徑級配顆粒形狀礦物成分地質(zhì)歷史粘土顆粒礦物成分密度離子價與離子濃度粘聚強度影響因素第二十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二思考剪切破壞面的位置？剪切破壞面上滿足什么應力條件？第二十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第二十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二τ<τf

彈性平衡狀態(tài)τ=τf

極限平衡狀態(tài)τ>τf

破壞狀態(tài)莫爾強度理論第二十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二莫爾應力圓第二十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二莫爾應力圓(1-3)/2o(1+3)/2？第二十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二τ<τf

穩(wěn)定狀態(tài)τ=τf

極限狀態(tài)τ>τf

破壞狀態(tài)土的莫爾－庫侖強度理論第二十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的莫爾－庫侖強度理論ABDO

=

f極限平衡狀態(tài)極限應力圓破壞應力圓第二十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的極限平衡條件土體處于極限平衡狀態(tài)時的應力組合及強度指標之間的數(shù)學表達式稱為極限平衡條件。莫爾－庫侖破壞準則第二十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的極限平衡條件第二十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的極限平衡條件第三十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的極限平衡條件第三十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二【例題】已知某土體單元的大主應力σ1＝200kPa，小主應力σ3＝50kPa。通過試驗測得土的抗剪強度指標φ＝30°，問該單元土體處于什么狀態(tài)？

（方法1:方法2:方法3:）第三十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二拓展思考莫爾－庫侖強度理論存在的問題第三十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第三十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二5.4土的抗剪強度指標的測定直接剪切試驗三軸壓縮試驗無側限抗壓強度試驗十字板剪切試驗第三十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗第三十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗第三十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗第三十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗第三十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗第四十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗第四十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗第四十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗第四十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗在直剪試驗過程中，不能量測孔隙水應力，也不能控制排水，所以只能以總應力法來表示土的抗剪強度。但是為了考慮固結程度和排水條件對抗剪強度的影響，根據(jù)加荷速率的快慢可將之間試驗劃分為快剪固結快剪慢剪第四十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗慢剪快剪固結快剪第四十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗的優(yōu)缺點直剪試驗的缺點剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面；試驗中試驗的排水程度靠試驗速度的快慢控制；由于上下土盒的錯動，剪切過程中試樣的有效面積減小，使試樣中的應力分布不均勻，主應力方向發(fā)生變化，當剪切變形較大時這一缺陷表現(xiàn)更為突出。第四十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗直接量測的是試樣在不同恒定周圍壓力下的抗壓強度，然后利用莫爾－庫侖破壞理論間接推求土的抗剪強度。第四十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗第四十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗第四十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗第五十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第五十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗三軸試驗根據(jù)試樣的固結和排水條件不同，可分為不固結不排水剪（UU）、固結不排水剪（CU）、固結排水剪（CD）。分別對應于直剪試驗的快剪、固結快剪、和慢剪試驗。第五十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二將總應力圓在水平軸上左移uf得到相應的有效應力圓，按有效應力圓強度包線可確定c￠、j

￠

tsccuc￠

jcuj￠飽和粘性土在三組s3下進行固結不排水剪試驗得到A、B、C三個不同s3作用下破壞時的總應力圓，由總應力圓強度包線確定固結不排水剪總應力強度指標ccu、j

cuABC（1）固結不排水剪（CU）

（2）固結不排水剪的剪切試驗結果不同試驗方法的剪切試驗結果第五十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二有效應力圓總應力圓ju=0BCcustuAAs

3As

1A飽和粘性土在三組s3下的不排水剪試驗得到A、B、C三個不同s3作用下破壞時的總應力圓。試驗表明：三個試樣的周圍壓力s3不同，但破壞時的主應力差相等，三個極限應力圓的直徑相等，因而強度包線是一條水平線。三個試樣只能得到一個有效應力圓。（2）不固結不排水剪（UU）第五十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二在整個排水剪試驗過程中，uf

＝0，總應力全部轉(zhuǎn)化為有效應力，所以總應力圓即是有效應力圓，總應力強度線即是有效應力強度線。強度指標為cd、jdtscdjd總結:對于同一種土，在不同的排水條件下進行試驗，總應力強度指標完全不同。有效應力強度指標不隨試驗方法的改變而不同，抗剪強度與有效應力有唯一的對應關系。（3）固結排水剪（CD）

（3）固結排水剪的剪切試驗結果第五十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的抗剪強度指標隨試驗方法、排水條件的不同而異，對于具體工程問題，應該盡可能根據(jù)現(xiàn)場條件決定采用實驗室的試驗方法，以獲得合適的抗剪強度指標。

試驗方法適用條件UU試驗地基土的透水性差的飽和粘性土或排水不良，且建筑物施工速度較快。常用于施工期的強度與穩(wěn)定驗算。CD試驗地基土的透水性好，排水條件良好，而建筑物施工速度又較慢。CU試驗建筑物竣工后較長時間，突遇荷載增大，如房屋加層、天然土坡上堆載等。第五十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二【解答】已知s1=450kPa，s3=150kPa，c=20kPa，j

=26o

方法1：計算結果表明：s1f接近該單元土體實際大主應力s1，所以，該單元土體處于極限平衡狀態(tài)。

問題①解答：【例1】地基中某一單元土體上的大主應力為450kPa，小主應力為150kPa。通過試驗測得土的抗剪強度指標c=20kPa，j

=26o。試問①該單元土體處于何種狀態(tài)？②單元土體最大剪應力出現(xiàn)在哪個面上，是否會沿剪應力最大的面發(fā)生剪破？例題分析第五十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二計算結果表明：s

3f接近該單元土體實際小主應力s

3，該單元土體處于極限平衡狀態(tài)。在剪切面上

庫侖定律

由于ττf

，所以，該單元土體處于極限平衡狀態(tài)

方法2：第五十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二方法3：作圖法t

s

jcs1s1fs3f實際應力圓極限應力圓最大剪應力與主應力作用面成45o最大剪應力面上的法向應力庫侖定律

最大剪應力面上τ<τf

，所以，不會沿剪應力最大的面發(fā)生破壞。τmax問題②解答：第五十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二周圍壓力s3/kPas1/kPauf/kPa60100150143220313234067【例2】對某種飽和粘性土做固結不排水試驗，三個試樣破壞時的大、小主應力和孔隙水壓力列于表中，試用作圖法確定土的強度指標ccu、j

cu和c￠、j

￠

第六十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二【解答】按比例繪出三個總應力極限應力圓，如圖所示，再繪出總應力強度包線

按由s1′=s1-uf，s3′=s3-uf

，將總應力圓在水平軸上左移相應的uf即得3個有效應力極限莫爾圓，如圖中虛線圓，再繪出有效應力強度包線。

c￠

ccu根據(jù)強度包線得到：ccu=10kPa，

jcu=18o

c￠=6kPa，、j￠=27ojcuj￠t(kPa)100s(kPa)100300200400第六十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二固結排水試驗（CD試驗）1打開排水閥門，施加圍壓后充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散；2打開排水閥門，慢慢施加軸向應力差以便充分排水，避免產(chǎn)生超靜孔壓固結不排水試驗（CU試驗）1打開排水閥門，施加圍壓后充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散；2關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差過程中不排水不固結不排水試驗（UU試驗）1關閉排水閥門，圍壓下不固結；2關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差過程中不排水cd、d

ccu、cu

cu、u

試驗類型第六十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二v=’f=f1.固結排水試驗第六十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二u軸向應力和孔壓漸進增加并趨于穩(wěn)定，孔壓u>0ffcu2.固結不排水試驗第六十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二u

=0,cu,并且有效應力莫爾圓是唯一的思考題：可否由不排水試驗確定有效應力強度指標？cu3.不固結不排水試驗Cu依賴于初始狀態(tài)第六十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二試驗條件與現(xiàn)場條件的對應關系粘土地基上的