土力學(xué)第5章剪切[教育課資]

1、第五章 土的抗剪強度5-1抗剪強度地基的發(fā)生剪切破壞現(xiàn)象： 邊坡失穩(wěn)問題地基強度破壞 擋土墻支擋失穩(wěn) Eal 抗剪強度表達式l 抗剪強度指標(biāo)的室內(nèi)測試l 抗剪強度指標(biāo)的現(xiàn)場測試l 影響抗剪強度的因素分析一、庫侖抗剪強度表達式（1） 總應(yīng)力表示法： f=tg+c （粘性土） f=tg （砂性土）其中 f土的抗剪強度值 土中剪切面上法向總應(yīng)力（=，+u） 內(nèi)摩擦角 c 內(nèi)聚力（粘聚力）（2） 有效應(yīng)力表示法： f=tg+c （粘性土） f=tg （砂性土）其中 土中剪切面上法向有效應(yīng)力（ =-u） 有效內(nèi)摩擦角 c有效內(nèi)聚力 從上述表達式可以看出，土體的抗剪強度不是一個定值；它與、c有關(guān)。分析表達

2、式 f=tg+c 與摩擦力 F = Ntg之間的關(guān)系，可以看出兩者有著相似之處。抗剪強度來源于：a） 顆粒間的摩擦力、咬合力；b） 顆粒間的電分子引力、膠結(jié)力。二、抗剪強度指標(biāo)的室內(nèi)測試土的室內(nèi)抗剪強度測定，即測出土的兩項強度指標(biāo) c、 試驗原理： 1 1 f。 。 三、影響抗剪強度的因素分析a） 土體的基本物理性質(zhì)，如松密程度、含水量大小、顆粒粗細(xì)及其礦物成分等；b） 土中的應(yīng)力大小影響；c） 加荷過程中的加荷速率、排水固結(jié)程度等等；d） 應(yīng)力路徑。 f f 砂土強度直線 粘性土強度直線 c， ，5-2強度理論一 土中的應(yīng)力狀態(tài)： （1） 空間一點應(yīng)力狀態(tài) 三個正應(yīng)力z、y、x、 三個剪應(yīng)力

3、xz、xy、xy （2） 平面狀態(tài)應(yīng)力 z y=x、 xzx=zy （3） 平面狀態(tài)的主應(yīng)力表示 1大主應(yīng)力 1 3 3小主應(yīng)力 3 1（4） 應(yīng)力的摩爾圓表示法 A 20 3 1 注意應(yīng)力圓與一點應(yīng)力狀態(tài)的相互關(guān)系 1 3 3 1與主應(yīng)力1作用面成角度斜面上的應(yīng)力為用摩爾圓表示即A點的坐標(biāo)。當(dāng)=45，=max=（1-3）/2二 極限平衡條件：當(dāng)土中某點某一面上的=f，即土中該點在該面上達到極限平衡狀態(tài)。（1） 極限狀態(tài)的表達式：通常認(rèn)為地面水平，該面上無剪力，土體在其自重應(yīng)力作用下，1=cz 1=z 3 3 =k0z 1問題是，當(dāng)1、3 處于何種關(guān)系時，該點剪切破壞？若沿mn面剪切破壞， =

4、（1+3）/2+（1-3）cos2/2 =（1-3）sin2/2 n 3 f=tg+c m 1由剪切破壞準(zhǔn)則=f，得到：或 上式即極限平衡條件，用極限應(yīng)力圓表示為： 3 1 cctg（1+3）/2極限應(yīng)力圓與抗剪強度直線相切，其切點對應(yīng)為土體的破壞面位置，由上圖可知破壞面與大主應(yīng)力作用面成45+/2(2) 例題1已知土中某點的應(yīng)力為：1=420kPa，3=180kPa，土的抗剪強度指標(biāo)為：c=18kPa，=20。問：（1）土體該點是否剪切破壞？ （2）是否會沿剪應(yīng)力最大的面剪切破壞？解答問題方法有幾條。1） 可用幾何作圖法，看看應(yīng)力圓是否與抗剪強度直線相切，以此判斷是否達到極限平衡。2） 可套

5、用極限平衡條件，當(dāng)1=420kPa時，滿足極限平衡狀態(tài)時的小主應(yīng)力為：3f=1tg2（45-/2）-2c tg（45-/2） =420 * tg235-2*18* tg35 =180.7 kPa，大于給定值180 kPa，已經(jīng)剪切破壞。3） 最危險破壞面的正應(yīng)力、剪應(yīng)力是否達到f， 4） =（1+3）/2+（1-3）cos2/2=（1-3）sin2/2 f=tg+c看看與f的關(guān)系，來判斷是否剪切破壞。例題2，已知土樣3=180kPa，土的抗剪強度指標(biāo)為：C=15kPa，=10，問當(dāng)1=？時，土樣剪切破壞？問題在于要找出1，使得1與3組成的應(yīng)力圓為極限應(yīng)力圓，解答方法可不同，但結(jié)論一樣。5-3抗

6、剪強度試驗原理根據(jù)已經(jīng)做過的剪切試驗和中的試驗步驟介紹，我們已經(jīng)對直剪試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗的試驗原理、試驗方法有了掌握、了解。一、下面介紹三軸剪切試驗的原理：取圓柱形土樣三到四個，分別施加不同的周圍壓力3，發(fā)生固結(jié)。再施加豎向壓力 f=tg+c每一組試件均可以得到一個極限應(yīng)力圓，通過這些應(yīng)力圓作一條公切線即為抗剪強度直線，從直線上量取強度指標(biāo)c、。二、無側(cè)限抗壓強度試驗測定的指標(biāo)：qu無側(cè)限抗壓強度，由試驗測得。St靈敏度，反映軟粘土由于受擾動而強度降低的特性。St =原狀土無側(cè)限抗壓強度/重塑土無側(cè)限抗壓強度工程上根據(jù)靈敏度判斷土的結(jié)構(gòu)性強弱：1St2為低靈敏度土2St4為中靈敏度土St4 為高靈敏度土cu軟土不排水剪強度，cu=qu/2三、不同排水條件下的強度指標(biāo)（1） 不固結(jié)不排水剪（快剪）試驗土樣為原狀土，不經(jīng)過固結(jié)，剪切時幾乎不排水；（2） 固結(jié)不排水剪（固結(jié)快剪）試驗土樣為原狀土，但經(jīng)過固結(jié)（固結(jié)的荷載為剪切時的豎向壓力），而剪切時幾乎不排水；（3） 固結(jié)排水剪（慢剪）試驗土樣為原狀土，剪切前經(jīng)過固結(jié)（固結(jié)的荷載為剪切時的豎向壓力），剪切時能夠充分排水，使土樣的孔隙水壓始終為零。根據(jù)已經(jīng)做過的兩種試驗進行對比：可以根據(jù)一種土樣的快剪、固結(jié)快剪試驗結(jié)果進行比較，抗剪強度指標(biāo)有何區(qū)別？針對某一工程場地土，如何根據(jù)