土的強(qiáng)度理論

第五章土的強(qiáng)度理論主要內(nèi)容§5.1土的抗剪強(qiáng)度 1.庫(kù)侖定律2.土的極限平衡條件§5.2剪切試驗(yàn)方法 (直剪，三軸，無(wú)側(cè)限，十字板）§5.3不同排水條件下剪切試驗(yàn)成果*

工程中的強(qiáng)度問(wèn)題概述土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力

工程實(shí)例－地基承載力問(wèn)題加拿大特朗斯康谷倉(cāng)：1911年動(dòng)工1913年完工谷倉(cāng)自重20000噸1913年10月17日發(fā)現(xiàn)1小時(shí)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(shí)內(nèi)傾倒，谷倉(cāng)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(dòng)。工程實(shí)例－地基承載力問(wèn)題美國(guó)紐約某水泥倉(cāng)庫(kù)：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(cāng)庫(kù)裝載水泥，使粘性土超載，引起地基土剪切破壞而滑動(dòng)。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－地基承載力問(wèn)題§5.1土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件一、庫(kù)侖定律剪切試驗(yàn)播放1776年，庫(kù)侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)f=tan砂土后來(lái)，根據(jù)粘性土剪切試驗(yàn)f=c+tan粘土c庫(kù)侖定律：土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力

的線性函數(shù)

c:土的粘聚力:土的內(nèi)摩擦角ff返回本章二、土體抗剪強(qiáng)度影響因素摩擦力的兩個(gè)來(lái)源

1.滑動(dòng)摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦2.咬合摩擦：土粒間互相嵌入所產(chǎn)生的咬合力粘聚力：由土粒之間的膠結(jié)作用和電分子引力等因素形成抗剪強(qiáng)度影響因素摩擦力：剪切面上的法向總應(yīng)力、土的初始密度、土粒級(jí)配、土粒形狀以及表面粗糙程度粘聚力：土中礦物成分、粘粒含量、含水量以及土的結(jié)構(gòu)三、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)土體內(nèi)一點(diǎn)處不同方位的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力

和法向應(yīng)力）

331131dldlcosdlsin楔體靜力平衡31dldlcosdlsin斜面上的應(yīng)力莫爾應(yīng)力圓方程O(píng)13(1+3)/22A(,)圓心坐標(biāo)[1/2(1+3)，0]應(yīng)力圓半徑r＝1/2(1－3

)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述

四、土的極限平衡條件應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離：

強(qiáng)度線應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：極限應(yīng)力圓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)

返回本章莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則莫爾應(yīng)力圓與庫(kù)侖強(qiáng)度線相切的應(yīng)力狀態(tài)作為土的破壞準(zhǔn)則(目前判別土體所處狀態(tài)的最常用準(zhǔn)則)

強(qiáng)度線

莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則31c

f2

fAcctg(1+3)/2無(wú)粘性土：c=0土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為

f

f2

f31cAcctg(1+3)/2說(shuō)明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成/2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力τmax所控制

max五、例題分析【例】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430kPa，小主應(yīng)力為200kPa。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=15kPa，

=20o。試問(wèn)①該單元土體處于何種狀態(tài)？②單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？【解答】已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa，

=20o

1.計(jì)算法計(jì)算結(jié)果表明：1f大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力1，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

計(jì)算結(jié)果表明：

3f小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)力

3，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑

，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

在剪切面上

庫(kù)侖定律

由于τ<τf

，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

2.圖解法

c11f3f實(shí)際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成45o最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力庫(kù)侖定律

最大剪應(yīng)力面上τ<τf

，所以，不會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破壞

τmax§5.2 土的剪切試驗(yàn)方法

一、直接剪切試驗(yàn)三、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)四、十字板剪切試驗(yàn)(原位測(cè)試)返回本章二、三軸剪切試驗(yàn)一、直接剪切試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）返回本節(jié)剪切試驗(yàn)剪前施加逝在試樣頂?shù)旅嫔系呢Q權(quán)向壓力為孤剪破面上盈的法向應(yīng)騎力，剪應(yīng)力由香剪切力除娘以試樣面扮積在法向賞應(yīng)力作用下銳，剪應(yīng)和力與剪膽切位移取關(guān)系曲童線，根厭據(jù)曲線暴得到該作用下，土的抗息剪強(qiáng)度4mm

a

b

剪切位移△l(0.01mm)

剪應(yīng)力（kPa)

1

2

在不同的置垂直壓力下進(jìn)行剪同切試驗(yàn)，裹得相應(yīng)的烘抗剪強(qiáng)度τf，繪制τf-曲線，妻得該土房誠(chéng)的抗剪鎮(zhèn)強(qiáng)度包廊線直剪試驗(yàn)悲優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造之簡(jiǎn)單，試窩樣的制備畝和安裝方養(yǎng)便，易于讀操作缺點(diǎn)：①剪切可破壞面紫固定為刻上下盒爸之間的盾水平面宴不符合鞭實(shí)際情資況，不叼一定是制土樣的蹤蝶最薄弱狐面。②試驗(yàn)摘中不能顧嚴(yán)格控棒制排水夢(mèng)條件，勺對(duì)透水掀性強(qiáng)的茂土尤為旺突出，與不能量漏測(cè)土樣孩的孔隙隊(duì)水壓力寸。③上下程盒的錯(cuò)筑動(dòng)，剪寒切過(guò)程秋中試樣辰剪切面禾積逐漸原減小，主剪切面禍上的剪世應(yīng)力分緊布不均甚勻二、三慣軸剪切饑試驗(yàn)應(yīng)變控葛制式三根軸儀：偏壓力室盞，加壓配系統(tǒng)，鞋量測(cè)系汗統(tǒng)組成應(yīng)力控制袖式三軸儀試驗(yàn)步驟癥:

3

3

3

3

3

3△△2.施加周喪圍壓力3.施捏加豎向功壓力1.裝濫樣返回本節(jié)應(yīng)變控制億式三軸儀掀：壓力室替，量測(cè)系沸統(tǒng)抗剪強(qiáng)度而包線分別在罩不同的校周圍壓錯(cuò)力3作用下體進(jìn)行剪課切，得析到3～需4個(gè)傷不同的徑破壞應(yīng)溝力圓，茄繪出各吩應(yīng)力圓攪的公切燙線即為斗土的抗掃剪強(qiáng)度怖包線抗剪強(qiáng)度包線

c三軸試挑驗(yàn)優(yōu)缺壤點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①試驗(yàn)中知能嚴(yán)格控殖制試樣排證水條件，繳量測(cè)孔隙貼水壓力，診了解土中鋸有效應(yīng)力煎變化情況②試樣中刻的應(yīng)力分榆布比較均欲勻缺點(diǎn)：①試驗(yàn)消儀器復(fù)薪雜，操遵作技術(shù)圈要求高卻，試樣藏制備較賽復(fù)雜②試驗(yàn)在2=3的軸對(duì)佛稱條件冶下進(jìn)行添，與土投體實(shí)際砌受力情念況可能它不符三、無(wú)口側(cè)限抗判壓強(qiáng)度戲試驗(yàn)ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無(wú)側(cè)限壓縮儀無(wú)側(cè)限凈抗壓強(qiáng)傘度試驗(yàn)科是三軸犯剪切試馳驗(yàn)的特晴例，對(duì)妨試樣不籃施加周紅圍壓力哭，即3=0，只施雪加軸向勁壓力直籍至發(fā)生窮破壞，奧試樣在尊無(wú)側(cè)限棄壓力條貪件下，盲剪切破坡壞時(shí)試彈樣承受糠的最大英軸向壓慰力qu，稱為無(wú)側(cè)限爬抗壓強(qiáng)萄度試樣返回本節(jié)無(wú)側(cè)限撥壓縮儀根據(jù)試澆驗(yàn)結(jié)果滔只能作喉出一個(gè)刊極限應(yīng)親力圓（3=0，1=qu）。因此對(duì)跪一般粘降性土，客無(wú)法作桃出強(qiáng)度國(guó)包線說(shuō)明：對(duì)于飽和晚軟粘土，戀根據(jù)三軸規(guī)不排水剪償試驗(yàn)成果撞，其強(qiáng)度翠包線近似細(xì)于一水平已線，即u=0，因此無(wú)側(cè)拐限抗壓強(qiáng)狹度試驗(yàn)適籠用于測(cè)定形飽和軟粘售土的不排抖水強(qiáng)度qucuu=0無(wú)側(cè)限聚抗壓強(qiáng)返度試驗(yàn)泛儀器構(gòu)糖造簡(jiǎn)單吩，操作鑼方便，擱可代替判三軸試辟驗(yàn)測(cè)定都飽和軟財(cái)粘土的蝦不排水舌強(qiáng)度靈敏度粘性土弱的原狀隸土無(wú)側(cè)簽限抗壓奶強(qiáng)度與夏原土結(jié)攤構(gòu)完全謠破壞的牌重塑土壩的無(wú)側(cè)若限抗壓貸強(qiáng)度的鑄比值反映土的宴結(jié)構(gòu)受撓錫動(dòng)對(duì)強(qiáng)度腔的影響程肅度根據(jù)靈敏鮮度將飽和攪粘性土分工類：低靈敏度拒土1<St≤2中靈敏丑度土2<St≤4高靈敏統(tǒng)度土St>4適用于友現(xiàn)場(chǎng)測(cè)忌定飽和套粘性土賴的不排偷水強(qiáng)度得，尤其道適用于龜均勻的鑰飽和軟豈粘土四、十字率板剪切試倉(cāng)驗(yàn)柱體上下栽平面的抗證剪強(qiáng)度產(chǎn)秩生的抗扭魄力矩柱體側(cè)諒面剪應(yīng)情力產(chǎn)生應(yīng)的抗扭若力矩返回本節(jié)§5.脫3曬排滅水條件串與試驗(yàn)偶成果的獵關(guān)系一、總應(yīng)力強(qiáng)睜度指標(biāo)與薯有效應(yīng)力瘡強(qiáng)度指標(biāo)二、不同斯排水條件伴時(shí)的剪切漫試驗(yàn)方法桂及成果表拉達(dá)三、抗剪支強(qiáng)度指標(biāo)瓶的選用1、不固結(jié)胳不排水漲剪（UU）2、固結(jié)不辜排水剪揉（CU）3、固結(jié)排水觸剪（CD）四、例題返回本顧章一、總渾應(yīng)力強(qiáng)蓋度指標(biāo)授與有效般應(yīng)力強(qiáng)內(nèi)度指標(biāo)庫(kù)侖定律說(shuō)明：施加于試飯樣上的垂蠢直法向應(yīng)逆力為總應(yīng)力診，c、為總應(yīng)力動(dòng)意義上的持土的粘聚巡壽力和內(nèi)摩領(lǐng)擦角，稱袍之為總應(yīng)摘力強(qiáng)度指濕標(biāo)根據(jù)有效向應(yīng)力原理預(yù)：土的抗剪峰強(qiáng)度并不判是由剪切般面上的法拉向總應(yīng)力愛(ài)決定，而屈是取決于腎剪切面上他的法向有效贏應(yīng)力c、為土的有田效粘聚力淺和有效內(nèi)檔摩擦角，故即土的有紗效應(yīng)力強(qiáng)樣度指標(biāo)有效應(yīng)移力強(qiáng)度濟(jì)指標(biāo)確遙切地表斥達(dá)出了筋土的抗篇剪強(qiáng)度朵的實(shí)質(zhì)獲，是比圾較合理敞的表達(dá)療方法返回本節(jié)二、不稻同排水割條件時(shí)謝的剪切味試驗(yàn)方油法及成緩果表達(dá)1.不男固結(jié)不噸排水剪筑（UU）三軸試驗(yàn)疾：施加周仇圍壓力3、軸向壓寨力△直至剪隊(duì)破的整沫個(gè)過(guò)程擺都關(guān)閉兔排水閥驕門(mén)，不撇允許試校樣排水擁固結(jié)

3

3

3

3

3

3△△直剪試驗(yàn)香：通過(guò)試邁驗(yàn)加荷茅的快慢命來(lái)實(shí)現(xiàn)壯是否排荷水。使賣試樣在扭3～5min之內(nèi)剪使破，稱牙之為快料剪關(guān)閉排水閥返回本維節(jié)

3

3

3

3

3

3△△有效應(yīng)稠力圓總應(yīng)力圓u=0BCcuuAA

3A

1A飽和粘性勻土在三組3下的不齊排水剪右試驗(yàn)得耗到A、B、C三個(gè)不連同3作用下破附壞時(shí)的總濤應(yīng)力圓試驗(yàn)表明拌：雖然三特個(gè)試樣胃的周圍察壓力3不同，但覺(jué)破壞時(shí)的完主應(yīng)力差轎相等，三旅個(gè)極限應(yīng)早力圓的直算徑相等，佩因而強(qiáng)度悠包線是一尤條水平線三個(gè)試樣木只能得到一個(gè)有效節(jié)應(yīng)力圓2.躺固結(jié)不蘿排水剪輝（CU）三軸試驗(yàn)耕：施加周耍圍壓力3時(shí)打開(kāi)痕排水閥盼門(mén)，試域樣完全騾排水固開(kāi)結(jié)，孔拍隙水壓善力完全哨消散。嚇然后關(guān)嘆閉排水圖閥門(mén)，偏再施加虜軸向壓回力增量橋△，使試銜樣在不羅排水條隔件下剪眼切破壞

3

3

3

3

3

3△△直剪試殊驗(yàn)：剪切前滴試樣在肅垂直荷躁載下充駛分固結(jié)脫，剪切艇時(shí)速率寇較快，績(jī)使土樣宮在剪切增過(guò)程中平不排水厚，這種很剪切方谷法為稱坐固結(jié)快賣剪打開(kāi)排水閥關(guān)閉排水閥返回本節(jié)

3

3

3

3

3

3△△將總應(yīng)鵝力圓在女水平軸幻玉上左移uf得到相應(yīng)惑的有效應(yīng)柱力圓，按澆有效應(yīng)力趟圓強(qiáng)度包廳線可確定c、ccuccu飽和粘在性土在蠅三組3下進(jìn)行析固結(jié)不花排水剪替試驗(yàn)得師到A、B、C三個(gè)不叨同3作用下破銷壞時(shí)的總方應(yīng)力圓，祥由總應(yīng)力奧圓強(qiáng)度包碗線確定固勻結(jié)不排水鞭剪總應(yīng)力猛強(qiáng)度指標(biāo)ccu、cuABC3.固邀結(jié)排水剪辯（CD）三軸試魄驗(yàn)：試樣在剝周圍壓降力3作用下尾排水固僵結(jié)，再敲緩慢施杜加軸向都?jí)毫υ鲥懥俊?，直至仁剪破，站整個(gè)試枝驗(yàn)過(guò)程廈中打開(kāi)舍排水閥射門(mén)，始漫終保持她試樣的襯孔隙水抹壓力為歷零

3

3

3

3

3

3△△直剪試驗(yàn)駁：試樣在垂祖直壓力下漆固結(jié)穩(wěn)定鴉，再以緩編慢的速率匠施加水平寄剪力，直蔬至剪破，鎖整個(gè)試驗(yàn)擴(kuò)過(guò)程中盡首量使土樣評(píng)排水，試墾驗(yàn)方法稱粗為慢剪打開(kāi)排水閥返回本節(jié)在整個(gè)妖排水剪掛試驗(yàn)過(guò)臂程中，uf＝0，總典應(yīng)力全部邊轉(zhuǎn)化為有融效應(yīng)力，蹄所以總應(yīng)慰力圓即是醋有效應(yīng)力命圓，總應(yīng)山力強(qiáng)度線膊即是有效中應(yīng)力強(qiáng)度散線。強(qiáng)度械指標(biāo)為cd、dcdd總結(jié):

3

3

3

3

3＋△

3＋△對(duì)于同刮一種土收，在不柴同的排流水條件梢下進(jìn)行萬(wàn)試驗(yàn)，努總應(yīng)力班強(qiáng)度指智標(biāo)完全漲不同有效應(yīng)力干強(qiáng)度指標(biāo)勒不隨試驗(yàn)消方法的改梅變而不同地，抗剪強(qiáng)蘭度與有效嚇應(yīng)力有唯繞一的對(duì)應(yīng)己關(guān)系三、抗住剪強(qiáng)度膽指標(biāo)的伴選用土的抗剪館強(qiáng)度指標(biāo)粉隨試驗(yàn)方廢法、排水堵條件的不沫同而異，店對(duì)于具體舉工程問(wèn)題許，應(yīng)該盡客可能根據(jù)群現(xiàn)場(chǎng)條件劈燕決定采用錘實(shí)驗(yàn)室的文試驗(yàn)方法寇，以獲得釘合適的抗摩剪強(qiáng)度指幅標(biāo)試驗(yàn)方法適用條件不排水剪或快剪地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較快排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物加荷速率較慢固結(jié)不排水剪或固結(jié)快剪建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件等介于上述兩種情況之間返回本節(jié)四、例題側(cè)分析(一)【例】對(duì)某種名飽和粘校性土做喚固結(jié)不鉆排水試尼驗(yàn)，三前個(gè)試樣容破壞時(shí)堡的大、炊小主應(yīng)