土力學(xué)第五章土的抗剪強(qiáng)度

土力學(xué)第五章土的抗剪強(qiáng)度第一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二概述土的庫侖定律土的莫爾－庫侖強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定主要內(nèi)容第二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二本章要點(diǎn)牢固掌握庫侖公式和莫爾－庫侖強(qiáng)度理論；掌握土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定方法；明確不同固結(jié)和排水條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的意義及其應(yīng)用。第三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二概述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)。工程時間中與土的抗剪強(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)地基的承載力問題第四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二工程實(shí)例－土坡穩(wěn)定第五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二工程實(shí)例－土壓力第六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二工程實(shí)例－地基承載力問題第十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二工程實(shí)例－地基承載力問題加拿大特朗斯康谷倉第十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二概述抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力。破壞準(zhǔn)則：土體達(dá)到破壞狀態(tài)時的應(yīng)力組合稱為破壞準(zhǔn)則。第十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二思考固體之間的摩擦力與土的抗剪強(qiáng)度是否會有一定聯(lián)系？？？？第十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的庫侖定律固體間的摩擦力直接取決于接觸面上的法向力和接觸材料的摩擦角第十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)第十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二庫侖定律f砂土f粘性土c第十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二c',

-------有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c,

--------總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)第十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的抗剪強(qiáng)度來源摩擦強(qiáng)度粘聚強(qiáng)度CABCAB剪切面----+第十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二摩擦強(qiáng)度影響因素密度粒徑級配顆粒形狀礦物成分地質(zhì)歷史粘土顆粒礦物成分密度離子價與離子濃度粘聚強(qiáng)度影響因素第二十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二思考剪切破壞面的位置？剪切破壞面上滿足什么應(yīng)力條件？第二十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第二十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二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)莫爾強(qiáng)度理論第二十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二莫爾應(yīng)力圓第二十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二莫爾應(yīng)力圓(1-3)/2o(1+3)/2？第二十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二τ<τf

穩(wěn)定狀態(tài)τ=τf

極限狀態(tài)τ>τf

破壞狀態(tài)土的莫爾－庫侖強(qiáng)度理論第二十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的莫爾－庫侖強(qiáng)度理論ABDO

=

f極限平衡狀態(tài)極限應(yīng)力圓破壞應(yīng)力圓第二十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的極限平衡條件土體處于極限平衡狀態(tài)時的應(yīng)力組合及強(qiáng)度指標(biāo)之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為極限平衡條件。莫爾－庫侖破壞準(zhǔn)則第二十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的極限平衡條件第二十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的極限平衡條件第三十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的極限平衡條件第三十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二【例題】已知某土體單元的大主應(yīng)力σ1＝200kPa，小主應(yīng)力σ3＝50kPa。通過試驗(yàn)測得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)φ＝30°，問該單元土體處于什么狀態(tài)？

（方法1:方法2:方法3:）第三十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二拓展思考莫爾－庫侖強(qiáng)度理論存在的問題第三十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第三十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二5.4土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定直接剪切試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)第三十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)第三十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)第三十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)第三十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)第三十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)第四十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)第四十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)第四十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)第四十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)在直剪試驗(yàn)過程中，不能量測孔隙水應(yīng)力，也不能控制排水，所以只能以總應(yīng)力法來表示土的抗剪強(qiáng)度。但是為了考慮固結(jié)程度和排水條件對抗剪強(qiáng)度的影響，根據(jù)加荷速率的快慢可將之間試驗(yàn)劃分為快剪固結(jié)快剪慢剪第四十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)慢剪快剪固結(jié)快剪第四十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二直接剪切試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)直剪試驗(yàn)的缺點(diǎn)剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面；試驗(yàn)中試驗(yàn)的排水程度靠試驗(yàn)速度的快慢控制；由于上下土盒的錯動，剪切過程中試樣的有效面積減小，使試樣中的應(yīng)力分布不均勻，主應(yīng)力方向發(fā)生變化，當(dāng)剪切變形較大時這一缺陷表現(xiàn)更為突出。第四十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)直接量測的是試樣在不同恒定周圍壓力下的抗壓強(qiáng)度，然后利用莫爾－庫侖破壞理論間接推求土的抗剪強(qiáng)度。第四十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗(yàn)第四十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗(yàn)第四十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗(yàn)第五十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二第五十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二三軸壓縮試驗(yàn)三軸試驗(yàn)根據(jù)試樣的固結(jié)和排水條件不同，可分為不固結(jié)不排水剪（UU）、固結(jié)不排水剪（CU）、固結(jié)排水剪（CD）。分別對應(yīng)于直剪試驗(yàn)的快剪、固結(jié)快剪、和慢剪試驗(yàn)。第五十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二將總應(yīng)力圓在水平軸上左移uf得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓，按有效應(yīng)力圓強(qiáng)度包線可確定c￠、j

￠

tsccuc￠

jcuj￠飽和粘性土在三組s3下進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗(yàn)得到A、B、C三個不同s3作用下破壞時的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強(qiáng)度包線確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)ccu、j

cuABC（1）固結(jié)不排水剪（CU）

（2）固結(jié)不排水剪的剪切試驗(yàn)結(jié)果不同試驗(yàn)方法的剪切試驗(yàn)結(jié)果第五十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二有效應(yīng)力圓總應(yīng)力圓ju=0BCcustuAAs

3As

1A飽和粘性土在三組s3下的不排水剪試驗(yàn)得到A、B、C三個不同s3作用下破壞時的總應(yīng)力圓。試驗(yàn)表明：三個試樣的周圍壓力s3不同，但破壞時的主應(yīng)力差相等，三個極限應(yīng)力圓的直徑相等，因而強(qiáng)度包線是一條水平線。三個試樣只能得到一個有效應(yīng)力圓。（2）不固結(jié)不排水剪（UU）第五十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二在整個排水剪試驗(yàn)過程中，uf

＝0，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力強(qiáng)度線即是有效應(yīng)力強(qiáng)度線。強(qiáng)度指標(biāo)為cd、jdtscdjd總結(jié):對于同一種土，在不同的排水條件下進(jìn)行試驗(yàn)，總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)完全不同。有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)不隨試驗(yàn)方法的改變而不同，抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系。（3）固結(jié)排水剪（CD）

（3）固結(jié)排水剪的剪切試驗(yàn)結(jié)果第五十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨試驗(yàn)方法、排水條件的不同而異，對于具體工程問題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場條件決定采用實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)方法，以獲得合適的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

試驗(yàn)方法適用條件UU試驗(yàn)地基土的透水性差的飽和粘性土或排水不良，且建筑物施工速度較快。常用于施工期的強(qiáng)度與穩(wěn)定驗(yàn)算。CD試驗(yàn)地基土的透水性好，排水條件良好，而建筑物施工速度又較慢。CU試驗(yàn)建筑物竣工后較長時間，突遇荷載增大，如房屋加層、天然土坡上堆載等。第五十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二【解答】已知s1=450kPa，s3=150kPa，c=20kPa，j

=26o

方法1：計(jì)算結(jié)果表明：s1f接近該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力s1，所以，該單元土體處于極限平衡狀態(tài)。

問題①解答：【例1】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為450kPa，小主應(yīng)力為150kPa。通過試驗(yàn)測得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=20kPa，j

=26o。試問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)在哪個面上，是否會沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？例題分析第五十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二計(jì)算結(jié)果表明：s

3f接近該單元土體實(shí)際小主應(yīng)力s

3，該單元土體處于極限平衡狀態(tài)。在剪切面上

庫侖定律

由于ττf

，所以，該單元土體處于極限平衡狀態(tài)

方法2：第五十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二方法3：作圖法t

s

jcs1s1fs3f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)力庫侖定律

最大剪應(yīng)力面上τ<τf

，所以，不會沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破壞。τmax問題②解答：第五十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二周圍壓力s3/kPas1/kPauf/kPa60100150143220313234067【例2】對某種飽和粘性土做固結(jié)不排水試驗(yàn)，三個試樣破壞時的大、小主應(yīng)力和孔隙水壓力列于表中，試用作圖法確定土的強(qiáng)度指標(biāo)ccu、j

cu和c￠、j

￠

第六十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二【解答】按比例繪出三個總應(yīng)力極限應(yīng)力圓，如圖所示，再繪出總應(yīng)力強(qiáng)度包線

按由s1′=s1-uf，s3′=s3-uf

，將總應(yīng)力圓在水平軸上左移相應(yīng)的uf即得3個有效應(yīng)力極限莫爾圓，如圖中虛線圓，再繪出有效應(yīng)力強(qiáng)度包線。

c￠

ccu根據(jù)強(qiáng)度包線得到：ccu=10kPa，

jcu=18o

c￠=6kPa，、j￠=27ojcuj￠t(kPa)100s(kPa)100300200400第六十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二固結(jié)排水試驗(yàn)（CD試驗(yàn)）1打開排水閥門，施加圍壓后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；2打開排水閥門，慢慢施加軸向應(yīng)力差以便充分排水，避免產(chǎn)生超靜孔壓固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU試驗(yàn)）1打開排水閥門，施加圍壓后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；2關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差過程中不排水不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU試驗(yàn)）1關(guān)閉排水閥門，圍壓下不固結(jié)；2關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差過程中不排水cd、d

ccu、cu

cu、u

試驗(yàn)類型第六十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二v=’f=f1.固結(jié)排水試驗(yàn)第六十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二u軸向應(yīng)力和孔壓漸進(jìn)增加并趨于穩(wěn)定，孔壓u>0ffcu2.固結(jié)不排水試驗(yàn)第六十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二u

=0,cu,并且有效應(yīng)力莫爾圓是唯一的思考題：可否由不排水試驗(yàn)確定有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)？cu3.不固結(jié)不排水試驗(yàn)Cu依賴于初始狀態(tài)第六十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期二試驗(yàn)條件與現(xiàn)場條件的對應(yīng)關(guān)系粘土地基上的