土力學(xué)精講5-土抗剪強度

土力學(xué)精講第土的抗剪（免 第五章抗剪強

概§5.1體F土體強度及其特F工程中土的強度問

土的抗剪 土的強度的 砂土的液化概砂§5.1砂

n沿坡方向的平T tgNTNWF天然休止角，TNW松狀態(tài)下的砂內(nèi)土的強度及其n天然狀態(tài)下靜止砂 移動砂F固定背風(fēng)坡角度接近天然休止角，一為=30-35，大于礦物滑動摩擦顆粒間存在一定土的強度及其§5.1體F碎散性：強度不是顆粒礦物本身的強度，而是顆粒間相互作用-主要是抗剪強度F三相體系：三相承受與傳遞有效F自然變異性：土的強度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)土體強度的崩平移滑滑裂旋轉(zhuǎn)流各種類型的u 崩塌體積400萬方，10 死4人，傷5人，12人；擊 錨固破 整體滑底部破土體下墻體折 擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的破使基坑 、民工宿和倉庫倒塌，死3人，傷17大阪的港口碼頭擋土墻由于§5.1體P地地地基新瀉新瀉1964 引起大面積液砂土的液化n擋土結(jié)構(gòu)物破壞n各種類型的滑坡n地基的破壞n砂土的

FF邊坡穩(wěn)定性F地基承載力F振動液化特性問題 土體的強度理第五章抗剪強§5.1§5.2§5.2土的抗

土的抗剪強度的測定試土的動強度與砂土的振動 土的抗剪強度（C.A.(1736-§5.2土的抗剪強度理論–直剪試驗與

面積n直剪試 上法向應(yīng)力： 下 土A 剪應(yīng)力 A剪切變形 S

c n庫侖公f c

f：土的抗剪強tg：摩擦強度-正比于壓力：土的內(nèi)c：粘聚強度-與所受壓力無直剪試驗的強度n庫侖公式 fc 當(dāng)采用總應(yīng)力時，稱為總應(yīng)力抗剪強度指當(dāng)采用有效應(yīng)力時，稱為有效應(yīng)力抗剪強度對無粘性土通常認(rèn)為，粘聚力土的抗剪強度粗細(xì)中粗2顆粒直徑粗細(xì)中粗2顆粒直徑面粗糙不平所引起，與顆粒狀，礦物組成，級配等因素滑動摩擦包括如組成部分滑動摩咬合摩ACB剪切ACB??ACB剪切ACB??必須抬起 相鄰顆粒B，或在尖角土體中的顆粒重新排列，也會組成部分：滑動摩咬合摩n影響土的摩擦強度的主F密F粒徑F顆粒的礦物F粒徑的 粘土顆粒表面的吸附n細(xì)粒土：粘聚力c取決于土粒間的各種物理化學(xué) 作用機理：庫倫力（靜電力）、范德華力膠結(jié)作用力和毛細(xì)力 影響因素：地質(zhì)歷史、粘土顆粒礦物成分密度與n粗粒土：一般認(rèn)為是無粘性土，不具有粘聚F當(dāng)粗間有膠結(jié)物質(zhì)存在時可具有一定的粘聚F非飽和砂土，粒間受毛細(xì)壓力，具有假粘聚 滑裂面的莫爾-庫侖強度

x xz

x xz yz

z

z三維應(yīng)力狀 二維應(yīng)力狀應(yīng)力§5.2的抗剪強度莫爾-庫侖強度n材料力

-

正應(yīng) 剪應(yīng)拉為 順時針為x

逆時針 +n土力

拉為

順時針 莫爾圓應(yīng)力分析符仁者樂山1.斜截y

xx

Fn

FtααanFnFt利用

cos21(1cos{2{sin21(1cos2并注意到 化簡 1()1()cos 1()sin 1()1()cos sin 1()sin cos

2)2)

(2(

y)22這個方程恰好表示一個圓，這個圓稱為

x

y)2

y)2應(yīng)力圓： ((2)2R C2AD

R xy)22

xy23、幾種對應(yīng)關(guān)點面對應(yīng)—應(yīng)力圓上某一點的坐標(biāo)值對應(yīng)H力微元某一截面H力D/D

xy2

p

圓心半徑

xx)/z22

圓上點：一個面上的與大主應(yīng)

小主應(yīng)力

莫爾圓轉(zhuǎn)

：作用面轉(zhuǎn)應(yīng)力F極限平衡應(yīng)力狀態(tài)：當(dāng)一面上的應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到切點cf切點cf極限平衡應(yīng)力§5.2的抗剪強度爾-庫侖強度?①線以下：任何一個面?①壞包線相切：有一個面壞包線相交：有一些平應(yīng)力莫爾圓與強度§5.2的抗剪強度爾-庫侖強度上作用的法向應(yīng)力的單值函數(shù),f=f()（莫爾：1900年在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近某土單元的任一個平面上=f，該單元就達(dá)莫爾—庫侖強度12cO12cOcctg121和3之間應(yīng)滿足的sin

(13)cctg(13)1132c

無粘

1tg 2)2c 2

31tg 2 tg2(45)2ctg(45)

tg2(45)

莫爾-庫侖強度理論的破壞準(zhǔn)n根據(jù)極限平衡條件可以用來判別一點土體是否F確定土單元體的應(yīng)力狀態(tài)F計算主應(yīng)力

,：

xz( x 2 ( x 2 2F判別是否

由3?1f，比較1和切破壞

由

，比較和 由13?m，比較和土單元是否破壞的n方法一由3?1f，比較1和 tg2(45

)2ctg(45)

1= 1<

（破壞不可能狀（破壞土單元是否破壞的n方法二由1?3f，比較3和 tg2(45

)2ctg(45)

3= 3>

（破壞不可能狀（破壞土單元是否破壞的n方法三由13?m，比較和sinm

1 2c

處于極限平衡狀 所需的FF<mm=cFOm不可能狀（破壞土單元是否破壞的

n與大主應(yīng)力面夾角45/

F可見土體破壞的剪切破剪切破壞面的 莫爾-庫侖強度理論

土的抗剪強度指標(biāo)c和摩擦強度：滑動、咬合摩應(yīng)力狀態(tài)與莫爾極限平衡應(yīng)力狀莫爾-庫侖土體破壞判斷方滑裂面的位小第五章抗剪強

土的抗剪強度§5.3§5.3土的抗剪強度的測定試驗

應(yīng)力路徑與土的抗剪強度指土的動強度與砂土的振動 ?板扭剪試

重塑土制樣或現(xiàn)場 缺點 優(yōu)點：應(yīng)力和邊界清楚，易重 缺點：應(yīng)力和邊界件不易 優(yōu)點：原狀土的原強抗剪強度測定P上土下S直剪

面積T

S(directsheartest 排水

施加正應(yīng)力-充分固剪切速率很慢，<0.02mm以保證無超靜孔施加正應(yīng)力-充分固在3-5快施加正應(yīng)力后立即剪3-5分鐘內(nèi)剪切破直剪試驗的P土T試樣內(nèi)變P土T試樣內(nèi)變形分TPD人為固定剪D剪切面應(yīng)力應(yīng)力、應(yīng)變不均D剪切面積逐漸減小D排水條件不明確直剪試驗的優(yōu)PPT剪切破PPT剪切

剪切

剪破壞直剪試驗中的應(yīng)力§5.3的抗剪強度的測定軸試百分

橫量力F試樣應(yīng)力F強度包線F試驗類型F優(yōu)缺點

孔圍力馬閥 閥馬三軸力zc力zcyxn試樣是軸對稱應(yīng)力狀垂直應(yīng)力z一般是大主應(yīng)力側(cè)向應(yīng)力總是相等x=y為中、小主應(yīng)力n方法固結(jié)：試樣施加圍壓力剪切：施加應(yīng)力差Δ1=1-應(yīng)力特點與試驗百分橫量力百分橫量力孔圍力閥馬閥類施施1-量固排固排體固不排不固不排壓應(yīng)力特點與試驗1-密松F取曲1-密松(-

作為

- 3

3

F取規(guī)定的軸向應(yīng)變值（F以最大有效主應(yīng)力((1/3)max處的偏差值作為(1-破壞偏差應(yīng)力取值方1-

(1-

強度cO

F分別繪制破壞狀態(tài)的應(yīng)力摩爾圓，其公切線即為強度包三軸試驗確定土的F固結(jié)排水試驗（CD試驗ConsolidatedDrainedTriaxialtest總應(yīng)力抗剪強度指標(biāo)：cdd（cF固結(jié)不排水試驗（CU試驗ConsolidatedUndrainedTriaxialtest總應(yīng)力抗剪強度指標(biāo)：ccuF不固結(jié)不排水試驗（UU試驗UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest總應(yīng)力抗剪強度指標(biāo)cuu（cuuuu試驗類型與強度C單元體試驗，試樣內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變相對均C應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑明C排水條件清楚，可控C破壞面不是人為固定DDD常規(guī)三軸試驗2的影說說明：3＝0為無側(cè)限抗壓強常規(guī)三軸試驗優(yōu)切試M§5.3土的抗剪強度的測定試驗–板切試MF一般適用于測定軟粘土的F鉆孔到指定的土層形的探F通過施加的扭矩計算土的板剪切D/M12fh2rrdr0 DHD

D3 假定土體為各向同D D2HM

M1M2f f

fM

fMHDD2MHD 板剪切第五章抗剪強

土的抗剪強度土的抗剪強度的測定§5.4§5.4破壞主應(yīng)力線

土的抗剪強土的動強度與砂土的振動rrRO

n應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾圓圓心坐標(biāo)R半徑：r頂點坐其中應(yīng)力狀態(tài)及莫 強度包

n方法一：用一系列的莫爾破壞時的莫爾圓與強 q

1 破壞

不直觀，應(yīng)力

n方法二：用p-q圖上莫的頂點坐標(biāo)的變化線 ?方法直觀，使用應(yīng)力路徑及破壞主§5.4應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力p-q應(yīng)力平莫爾圓與應(yīng)力路徑F強度包線f：在坐標(biāo)系中所有破壞狀態(tài)F破壞主應(yīng)力線Kf：在pq標(biāo)系中所有處極限平衡應(yīng)力狀

強度包線

破壞應(yīng)力線p強度包線與破壞主qfBKfqfBKfCcaOApRABOAsinRACOAtgOO c sintgaccos (>,c>確定強

用最小二乘法確定a和然后計算強度指標(biāo)c和強度包線與破壞主有效應(yīng)力原理：+ 或-孔隙水壓力：u=B3+AB(1-p1()1 -u u) 1 )up

有 應(yīng)

總應(yīng)q1()1 -u

1 )

1 總應(yīng)力與有效應(yīng)力第五章抗剪強

土的抗剪強度土的抗剪強度的測定應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)§5.5§5.5土的抗剪強度指標(biāo)n庫侖公式c和φ?稱為土的抗剪強 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力 三軸試驗強度指 直剪試驗強度指 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)土的抗剪強度n三種強度指標(biāo)F峰值強度與殘余強F總應(yīng)力強度與有效F直剪強度與三軸試

抗剪強度指標(biāo)的q=

峰值強度殘余強度直剪和三軸試驗中應(yīng)變軟化f峰值強r殘余強F大變形完全破壞了土的結(jié) u抗剪強度的總應(yīng)力指標(biāo) c+uc+=-符合土的破壞的機理u是一種“全額生產(chǎn)概念，因u不能產(chǎn)生抗但有時孔隙水壓力強度，不符合強無法確在無法確定u時便于應(yīng)但要符合工程總應(yīng)力指標(biāo)與有效

F在難以確定孔隙u處士數(shù)而u處士數(shù)而已抗剪強度F注意正確使用的方抗剪強度的總應(yīng)力指§5.5土的抗剪強度指標(biāo)有效

Kf

有效力

總應(yīng)力u力Kf uf

是45還是45 正常固結(jié)土的有效和總應(yīng)力指§5.5土的抗剪強度 總應(yīng) 有效力Kf

總應(yīng)力fu1fO

ff

p

u1

fu2 fn試驗類型與強度1-ccu,c,cu,常規(guī)三軸壓縮§5.5土的抗剪強度指標(biāo)軸試驗 強度指標(biāo)：cddc 試驗 松砂與正常固結(jié)粘土試驗曲線與 密砂與超固結(jié)粘土試驗曲線與強度 超固結(jié)粘土+正常固結(jié)粘土的強度固結(jié)排水百分橫百分橫量力圍力閥馬閥始終打 施加圍壓充分固 施加(1)時，排水F始終u=0，=-u=,固結(jié)排水§5.5土的抗剪強度軸試驗n松砂與正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包

軸向應(yīng)力漸進(jìn)增體應(yīng)變是體3 ?3 ?強度包線過原點1 d333O固結(jié)排水思考題1：為什么正常固結(jié)粘土強度包線過s什么是

F有效固結(jié)壓力3等先期固結(jié)壓力 如對一個三軸3p=z，則不是固結(jié)排水思考題2：c=0是否意味著正常固結(jié)粘土無粘聚力c和在物理意義上并不嚴(yán)格“反映粘n應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系軟化，體應(yīng)變后段發(fā)生剪

殘余強度包線兩 32313

峰值強3

殘余強固結(jié)排水§5.5土的抗剪強度軸試驗n天然土的強度期固結(jié)壓力 p時正常固結(jié)粘土；p時超固結(jié) 壓縮卸 初?

強度包 固 近似超固? 固結(jié)排水§5.5土的抗剪強度軸試驗F松砂與正常固結(jié)粘土試F密砂的試驗曲線與強度F超固結(jié)粘土試驗曲強度F天然粘土：超固結(jié)+正

應(yīng)變硬化與體積應(yīng)變軟化與剪脹應(yīng)變軟化與剪脹cd與折線c≠0的直線固結(jié)排水 強度指標(biāo)：ccucuc 試驗條 正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度 超固結(jié)粘土試驗曲線與強度 固結(jié)不排水試驗確定的的強度 固結(jié)不排百分橫量力百分橫量力孔圍力閥馬閥F施加圍壓充分固結(jié)F施加(1-)時，排F一般u0，=-u=,固結(jié)不排n剪切過程中的超靜孔隙水壓力F對于飽和土試樣：孔壓系數(shù)無剪縮（彈性體(甚至可能A<0，u<0

u=A(勢使孔固結(jié)不排n確定的強度指 試驗量測的項目：-F計算的項目：u 確定的強度指標(biāo)：ccuc，固結(jié)不排n正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包u

3 ?3 ?強度包線過原點 f f3fO固結(jié)不排n超固結(jié)粘土試驗曲線與

應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系軟化，孔壓后段減小，可小于強度包線不過原點，ccu>c, fff313u u 2 2 u固結(jié)不排n Henkl(90破壞時含水量（孔隙比）和

固結(jié)排 固結(jié)排 固結(jié)ef=efKf①OB③②土樣的密度不變，強度相Kf pqf線上， f間在唯一性關(guān)AB 強度指標(biāo)：cuu(cu), 試驗條 飽和試樣的不排水強度指標(biāo) 不排水試驗與固結(jié)不 無側(cè)限壓縮試驗：3=0的不 不飽和試樣的不排不固結(jié)不橫量力橫量力量圍力閥馬閥F排水閥門關(guān)閉，施加壓力u1=BF施加(1-)時，排水閥門關(guān)閉，量孔隙水壓力u2不固結(jié)不有效應(yīng)莫爾有效應(yīng)莫爾ufOu1=

=A

試驗過程中不排水，試樣密度不變，不論周圍壓力多大，抗剪強度和破壞時的有效應(yīng)力狀總應(yīng)力抗剪強度包線水平?u=0cu=(1-破壞時不同3試驗的有效應(yīng)力莫爾圓相不固結(jié)不有效有效應(yīng)莫爾總應(yīng)莫爾uf33O思考題1：不排水試驗的破裂面的方不固結(jié)不n不排水試驗與固結(jié)不先期 結(jié)壓 固 粘 層

O不固結(jié)不 cc

F3=0的不排水Ff=cuF由于土樣影響，一般

原位不排水不固結(jié)不排水試n不飽和試樣的不排水強

不飽F開始段非飽和，有效不飽F圍壓較大時，孔隙氣被壓縮或溶解于水，試樣飽和，強度包線不固結(jié)不 飽和試樣的不排水強度指標(biāo): 飽和CD與CU強度指標(biāo):有關(guān)

=0 無側(cè)限壓縮試3=0特殊的UU試 不飽和試樣的UU強度指標(biāo):隨3增加而并趨于穩(wěn)不固結(jié)不試