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1、第五章 土的抗剪強度§ 51土的抗剪強度概述n 土體的變形和強度問題,是土力學(xué)中的兩個主要問題,都有非常重要的意義。前幾節(jié)從彈性理論出發(fā)研究了土體的附加應(yīng)力和壓縮變形問題,這一章研究土的強度問題。n 土是以固體顆粒為主的散體。粒間的聯(lián)結(jié)較弱,因此,土的強度問題表現(xiàn)在土粒之間錯動、剪切,以致于破壞。所以對于土,主要研究其抵抗剪切的強度。n 當(dāng)?shù)鼗艿胶奢d作用后,土中各點產(chǎn)生剪應(yīng)力,若某點的剪應(yīng)力達到該點的抗剪強度,土即沿著剪應(yīng)力作用方向,產(chǎn)生相對滑動,此時稱為該點強度破壞。n 隨著荷載的增加,則剪應(yīng)力達到抗剪強度的
2、區(qū)域越來越大,最后形成連續(xù)的滑動面,一部分土體相對于另一部分土體滑動,基礎(chǔ)產(chǎn)生很大的沉降與傾斜,整個地基強度破壞,這時一、抗剪強度與庫倫定律 土的抗剪強度是指在外力作用下,土對剪應(yīng)力的極限抵抗能力。 庫倫經(jīng)實驗得出如下規(guī)律:影響土抗剪強度的因素有:1 土顆粒的礦物成分、形狀、顆粒級配2 原始緊密程度 e C 3 含水量 w C 4 土的結(jié)構(gòu)擾動情況,受擾動 C5 有效應(yīng)力,隨著固結(jié)發(fā)展 e C土的抗剪強度,與其它固體
3、材料不同,在同一應(yīng)力范圍內(nèi),其它固體材料為常量,而土的抗剪強度是隨法向應(yīng)力成正比例地增加,這就反映了土散粒體的強度特點,它是顆粒間的連結(jié)力對剪應(yīng)力的極限抵抗力。當(dāng)正應(yīng)力大時,顆粒擠壓緊密,若使錯動當(dāng)然不易,故抗剪強度大。對于飽和土,土的抗剪強度與有效應(yīng)力有關(guān),飽和土的固結(jié)過程是土中孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力間的轉(zhuǎn)移過程。只有在有效應(yīng)力作用下才能使土固結(jié)壓密。由此可知,只有有效應(yīng)力才能增加土的密度,從而增大了土粒間的內(nèi)聚力與摩擦力,使土的抗剪強度增大。因此,飽和土的抗剪強度與受剪面在法向應(yīng)力作用下的固結(jié)度有關(guān)。 剪切面上的法向應(yīng)力與有效應(yīng)力之間有下列關(guān)系因為庫倫定律中 是剪切面上總應(yīng)力,故稱“總應(yīng)力法
4、”,而上式稱為“有效應(yīng)力法”。有效應(yīng)力法概念明確,但須測孔隙水應(yīng)力??倯?yīng)力法比較簡單,但不能準(zhǔn)確反映孔隙水應(yīng)力的存在對抗剪強度產(chǎn)生的影響,兩種方法各有其優(yōu)缺點。二、莫爾庫倫強度理論因為土的破壞是剪切破壞,所以研究土的應(yīng)力和強度問題時采用了最大剪力理論莫爾強度理論。三、極限平衡狀態(tài)砂類土粘性土導(dǎo)出§ 52 抗剪強度的測定方法 土的抗剪強度是土的一個重要的力學(xué)性質(zhì),在計算承載力、評價地基的穩(wěn)定性以及計算擋土墻的土壓力時,都要用到土的抗剪強度指標(biāo)。因此,正確測定土的抗剪強度指標(biāo)在工程上具有重要的意義。抗剪強度的試驗方法有多種。在實驗室主要有直接剪切試驗、三軸剪切試驗和無側(cè)限抗壓試驗;有現(xiàn)場
5、原位測試一直接剪切試驗試驗的方法屬于總應(yīng)力法,總應(yīng)力法按排水條件的不同,分為不排水剪(快剪)、排水剪(慢剪)及固結(jié)不排水剪(固結(jié)快剪)。(1)不排水剪(快剪)試驗時,無論在法向應(yīng)力下或在剪切過程中都不讓土中水排出,試驗中土的含水量不變,速度快(2)排水剪(慢剪)試驗時,無論在法向應(yīng)力作用下或在整個剪切過程中都讓土樣排水,土樣在應(yīng)力變化過程中始終讓孔隙水應(yīng)力為零的固結(jié)狀態(tài)。(3)固結(jié)不排水剪(固結(jié)快剪)試驗時,先讓土樣在法向應(yīng)力下完全固結(jié),在剪切的過程中則不讓土樣含水量發(fā)生變化。 不排水剪是模擬建筑現(xiàn)場土體基本上來不及固結(jié)排水,就較快的加載以致剪切破壞的情況。在工程實際中,對地基土的透水性較差,
6、排水條件不良,建筑施工速度快,或斜坡穩(wěn)定性驗算時,來測抗剪強度。 排水剪是模擬地基土體先充分固結(jié)后,才開始緩慢地施加荷載的情況,在工程實際中,對土的排水條件好,地基土透水性好;加荷速度慢時使用。固結(jié)不排水剪模擬地基條件為土體自重或正常荷載下,讓充分固結(jié),又遇到突加荷載的情況。如地基穩(wěn)定性驗算。二、三軸剪切試驗試驗方法是將土切成圓柱體套在橡皮膜內(nèi),放在受封的高壓室中,然后向室內(nèi)注入水或甘油,使試件各個方向受壓力 ,并使液壓在整個過程中保持不變,這時試件內(nèi)各向的三個主應(yīng)力都相等,因此不產(chǎn)生剪應(yīng)力。三、無側(cè)限抗壓強度 飽和粘性土樣在三軸儀上進行試驗時,不排水剪切破壞包線接近于一水平線,可用無側(cè)限抗壓儀進行飽和土的不排水剪切試驗測土的靈敏度。§ 54 飽和粘性土的抗剪強度一、不固結(jié)不排水抗剪強度 不固結(jié)不排水剪試驗在三軸儀上進行時,首先施加周壓力,不等試樣固結(jié)就很快施加垂直軸向力,在施加力全部過程中,關(guān)閉排水閥門,不允許試樣水分排出,因此試樣在加壓和剪切過程中含水量不變。試驗結(jié)果如圖所示二、固結(jié)不排水抗剪強度正常固結(jié)土固結(jié)不排水試驗,固結(jié)階段, ,不排水剪切階段,孔隙水壓力三、固結(jié)排水抗剪強度 在整個試驗過程中,孔隙水壓力始終為零,總應(yīng)力圓就是有效應(yīng)力圓四、抗剪強度指標(biāo)的選擇 由于地基條件的復(fù)雜性,實際工程的千差萬別,選擇抗剪強度指標(biāo)比較復(fù)雜。一般地基長期穩(wěn)定問題,采用有效
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