土力學(xué)原理-土的強(qiáng)度與測定方法（土力學(xué)課件）

任務(wù)9土的強(qiáng)度與測定方法主容Content土的抗剪強(qiáng)度庫侖定律土的極限平衡條件抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法123要內(nèi)教學(xué)目標(biāo)1.知道土的抗剪強(qiáng)度庫侖定律；2.知道土的極限平衡條件；3.會確定土的抗剪強(qiáng)度的一般試驗(yàn)方法。土的抗剪強(qiáng)度庫侖定律土的極限平衡條件土的抗剪強(qiáng)度的一般試驗(yàn)方法土的抗剪強(qiáng)度庫侖定律土的極限平衡條件

重點(diǎn)難點(diǎn)9.1庫侖定律與土的極限平衡條件主容Content土的強(qiáng)度理論抗剪強(qiáng)度的庫侖定律土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)123要內(nèi)土的極限平衡條件4一、土的強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。為保證地基承載力及穩(wěn)定性，就必須研究土的抗剪強(qiáng)度?！啊蓖恋某梢蚺c組成公路工程發(fā)生路基土剪切破壞浙江蕭甬鐵路發(fā)生地基土體剪切破壞二、抗剪強(qiáng)度的庫侖定律

1773年，庫侖（Coulomb，C.A.）通過砂土的剪切試驗(yàn)，得到砂土的抗剪強(qiáng)度的表達(dá)式為以后通過對黏性土樣進(jìn)行試驗(yàn)，得出黏性土的法向應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度之間仍成直線關(guān)系抗剪強(qiáng)度

黏聚力內(nèi)摩擦角剪切面上的法向應(yīng)力——土的抗剪強(qiáng)度（）；——剪切滑動面上的法向應(yīng)力（）；——土的粘聚力（）；——土的內(nèi)摩擦角（）；kPakPakPa土的抗剪強(qiáng)度由土的內(nèi)摩擦力σtanφ和黏聚力c兩部分組成。01內(nèi)摩擦力與剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其比值為土的內(nèi)摩擦系數(shù)tanφ。02土的內(nèi)摩擦角φ和黏聚力c兩者稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。03三、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

由材料力學(xué)可知，該點(diǎn)的大、小主應(yīng)力為任意截面上的應(yīng)力

土中任意截面上的應(yīng)力四、土的極限平衡條件土體受荷后，任意截面mn上將同時產(chǎn)生法向應(yīng)力與剪應(yīng)力，對與抗剪強(qiáng)度進(jìn)行比較：通過土體中一點(diǎn)有無數(shù)的截面，當(dāng)所有截面上都滿足τ＜，該點(diǎn)就處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)所有截面之中有且只有一個截面上的τ=時，該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)。

根據(jù)莫爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度曲線的關(guān)系可以判斷土中某點(diǎn)M是否處于極限平衡狀態(tài)。

不會發(fā)生剪切破壞

極限平衡狀態(tài)

從理論上講該點(diǎn)早已破壞，因而這種應(yīng)力狀態(tài)是不會存在莫爾－庫侖破壞準(zhǔn)則

3

1c

f2

fM

cctg1/2(1+3)根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線的幾何關(guān)系黏性土的極限平衡條件注意:無粘性土取c=09.2抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法主容Content抗剪強(qiáng)度測定方法直剪試驗(yàn)原理試驗(yàn)儀器：直剪儀123要內(nèi)剪切試驗(yàn)類型4抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法一、抗剪強(qiáng)度測定方法室內(nèi)：直剪試驗(yàn)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，三軸壓縮試驗(yàn)。室外：十字板剪切試驗(yàn)和大型直接剪切試驗(yàn)?？辜魪?qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法二、直剪試驗(yàn)原理對某一種土體而言，一定條件下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值為常數(shù)，τf與σ為線性關(guān)系，試驗(yàn)中，通常對同一種土取4個試件，分別在不同的垂直壓力F下(垂直壓力可為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa)，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，從而獲得每一垂直壓力下土的抗剪強(qiáng)度τf?？辜魪?qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法三、試驗(yàn)儀器：直剪儀百分表剪切盒量力環(huán)直剪試驗(yàn)1234觀看實(shí)驗(yàn)錄像抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法四、剪切試驗(yàn)類型根據(jù)試驗(yàn)過程中是否排水，直剪試驗(yàn)可分為三種類型：快剪：加σ后立即加τ，3～５minu剪壞，模擬不排水剪切；固結(jié)快剪：加σ固結(jié)穩(wěn)定后，快速加τ使土樣剪壞；慢剪：加σ固結(jié)穩(wěn)定后，慢速加τ使土樣剪壞。

快剪試驗(yàn)用于模擬在土體來不及固結(jié)排水就較快加載的情況，對實(shí)際工程中，對滲透性差，排水條件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡穩(wěn)定分析時，可采用快剪；固結(jié)快剪用于模擬建筑場地上土體在自重和正常荷載下作用下達(dá)到完全固結(jié)，而后遇到突然施加荷載的情況例如地基土受到地震荷載的作用屬于此情況；慢剪指標(biāo)用于模擬在實(shí)際工程中，土的排水條件良好（如砂土層中夾砂層）、地基土透水性良好（如低塑性黏土）且加荷速率慢的情況。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的工程情況選擇合適的試驗(yàn)方法。9.2學(xué)習(xí)小結(jié)01020304（1）抗剪強(qiáng)度測定方法（2）直剪試驗(yàn)原理（3）試驗(yàn)儀器：直剪儀（4）剪切試驗(yàn)類型任務(wù)9學(xué)習(xí)小結(jié)1、土的抗剪強(qiáng)度是土力學(xué)的基本問題之一，其基本理論由庫倫定律表明：砂土的抗剪強(qiáng)度僅由內(nèi)摩擦力組成，而粘性土的抗剪強(qiáng)度由內(nèi)摩擦力和粘聚力組成。2、土的極限平衡條件集中反映摩爾-庫倫強(qiáng)度理論，即土體所受大小主應(yīng)力與土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)關(guān)系的表達(dá)式。該理論表明：3、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ

，對建筑物的工程造價和安全使用有很大意義。（1）土的強(qiáng)度喪失是由于土中某點(diǎn)的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度所致；（2）破裂面不發(fā)生在最大剪應(yīng)力作用面上，而是在應(yīng)力圓與強(qiáng)度包線相切的切點(diǎn)所代表的截面上。土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度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(diǎn)。工程實(shí)踐中與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)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）地基的承載力問題土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度工程實(shí)例－土坡穩(wěn)定土的抗剪強(qiáng)度工程實(shí)例——地基承載力問題工程實(shí)例工程實(shí)例－地基承載力問題加拿大特朗斯康谷倉：1911年動工1913年完工谷倉自重20000噸1913年10月17日發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)豎向沉降達(dá)30.5厘米，結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在24小時內(nèi)傾倒，谷倉西端下沉7.32米，東端上抬1.52米。產(chǎn)生原因：地基承載力不夠，超載引發(fā)強(qiáng)度破壞而產(chǎn)生滑動。工程實(shí)例工程實(shí)例－地基承載力問題美國紐約某水泥倉庫：是近代世界上最嚴(yán)重的建筑物破壞之一，位于紐約漢森河旁。1940年水泥倉庫裝載水泥，使粘性土超載，引起地基土剪切破壞而滑動。傾斜45度，地基土被擠出達(dá)5.18米，23米外的辦公樓也發(fā)生傾斜。工程實(shí)例工程實(shí)例－地基承載力問題抗剪強(qiáng)度的基本理論強(qiáng)度的概念與莫爾－庫侖理論庫侖的抗剪強(qiáng)度定律將土的抗剪強(qiáng)度表示為剪切面上法向應(yīng)力的函數(shù),即τf=c+σ·tgΦ,式中c,Φ分別為土的粘聚力和內(nèi)摩擦角,亦稱為土的強(qiáng)度指標(biāo)。砂土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為τf=σ·tgΦ,粘性土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為τf=c+σ·tgΦ,前者是后者的特殊形式，即前者是粘聚力c=0的后者形式?！啊睆?qiáng)度的概念與莫爾－庫侖理論抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法主容Content抗剪強(qiáng)度測定方法直剪試驗(yàn)原理試驗(yàn)儀器：直剪儀123要內(nèi)剪切試驗(yàn)類型4抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法一、抗剪強(qiáng)度測定方法室內(nèi)：直剪試驗(yàn)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，三軸壓縮試驗(yàn)。室外：十字板剪切試驗(yàn)和大型直接剪切試驗(yàn)?？辜魪?qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法二、直剪試驗(yàn)原理對某一種土體而言，一定條件下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值為常數(shù)，τf與σ為線性關(guān)系，試驗(yàn)中，通常對同一種土取4個試件，分別在不同的垂直壓力F下(垂直壓力可為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa)，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，從而獲得每一垂直壓力下土的抗剪強(qiáng)度τf?？辜魪?qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法三、試驗(yàn)儀器：直剪儀百分表剪切盒量力環(huán)直剪試驗(yàn)1234觀看實(shí)驗(yàn)錄像抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法四、剪切試驗(yàn)類型根據(jù)試驗(yàn)過程中是否排水，直剪試驗(yàn)可分為三種類型：快剪：加σ后立即加τ，3～５minu剪壞，模擬不排水剪切；固結(jié)快剪：加σ固結(jié)穩(wěn)定后，快速加τ使土樣剪壞；慢剪：加σ固結(jié)穩(wěn)定后，慢速加τ使土樣剪壞。

快剪試驗(yàn)用于模擬在土體來不及固結(jié)排水就較快加載的情況，對實(shí)際工程中，對滲透性差，排水條件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡穩(wěn)定分析時，可采用快剪；固結(jié)快剪用于模擬建筑場地上土體在自重和正常荷載下作用下達(dá)到完全固結(jié)，而后遇到突然施加荷載的情況例如地基土受到地震荷載的作用屬于此情況；慢剪指標(biāo)用于模擬在實(shí)際工程中，土的排水條件良好（如砂土層中夾砂層）、地基土透水性良好（如低塑性黏土）且加荷速率慢的情況。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的工程情況選擇合適的試驗(yàn)方法。學(xué)習(xí)小結(jié)01020304（1）抗剪強(qiáng)度測定方法（2）直剪試驗(yàn)原理（3）試驗(yàn)儀器：直剪儀（4）剪切試驗(yàn)類型土的強(qiáng)度與測定方法主容Content土的抗剪強(qiáng)度庫侖定律土的極限平衡條件抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法123要內(nèi)庫侖定律與土的極限平衡條件主容Content土的強(qiáng)度理論抗剪強(qiáng)度的庫侖定律土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)123要內(nèi)土的極限平衡條件4一、土的強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。為保證地基承載力及穩(wěn)定性，就必須研究土的抗剪強(qiáng)度。“”土的成因與組成公路工程發(fā)生路基土剪切破壞浙江蕭甬鐵路發(fā)生地基土體剪切破壞二、抗剪強(qiáng)度的庫侖定律

1773年，庫侖（Coulomb，C.A.）通過砂土的剪切試驗(yàn)，得到砂土的抗剪強(qiáng)度的表達(dá)式為以后通過對黏性土樣進(jìn)行試驗(yàn)，得出黏性土的法向應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度之間仍成直線關(guān)系抗剪強(qiáng)度

黏聚力內(nèi)摩擦角剪切面上的法向應(yīng)力——土的抗剪強(qiáng)度（）；——剪切滑動面上的法向應(yīng)力（）；——土的粘聚力（）；——土的內(nèi)摩擦角（）；kPakPakPa土的抗剪強(qiáng)度由土的內(nèi)摩擦力σtanφ和黏聚力c兩部分組成。01內(nèi)摩擦力與剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其比值為土的內(nèi)摩擦系數(shù)tanφ。02土的內(nèi)摩擦角φ和黏聚力c兩者稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。03三、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

由材料力學(xué)可知，該點(diǎn)的大、小主應(yīng)力為任意截面上的應(yīng)力

土中任意截面上的應(yīng)力莫爾－庫侖破壞準(zhǔn)則

3

1c

f2

fM

cctg1/2(1+3)根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線的幾何關(guān)系

黏性土的極限平衡條件

注意:無粘性土取c=0四、