六年級下冊語文課件-作文指導(dǎo)：四季景色-部編版(19張)

學(xué)習(xí)情境一土的物理和力學(xué)性能指標(biāo)的測定——直接剪切試驗中各項指標(biāo)的應(yīng)用學(xué)習(xí)情境一土的物理和力學(xué)性能指標(biāo)的測定——直接剪切試驗中1

主要內(nèi)容：土的抗剪強度定義、抗剪強度理論、抗剪強度的測定方法、應(yīng)力路徑重點內(nèi)容：庫侖定律；抗剪強度測定方法教學(xué)方法：精講啟發(fā)式

2概述土體剪切破壞工程實例－地基承載力問題谷倉自重20000噸1913年10月17日發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)豎向沉降達30.5厘米，結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在24小時內(nèi)傾倒，谷倉西端下沉7.32米，東端上抬1.52米。原因：地基承載力不夠，超載引發(fā)強度破壞而產(chǎn)生滑動。加拿大特朗斯康谷倉1911年動工1913年完工概述谷倉自重20000噸加拿大特朗斯康谷倉31994年4月30日崩塌體積400萬方，10萬方進入烏江死4人，傷5人，失蹤12人；擊沉多艘船只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡滑坡體崩入烏江近百萬方；江水位差數(shù)米，無法通航。烏江武隆雞冠嶺

山體崩塌1994年4月30日烏江武隆雞冠嶺

山體崩塌4土的抗剪強度概述一、抗剪強度土是以固體顆粒為主的散體，顆粒是巖塊或巖屑，本身強度很高，但粒間聯(lián)結(jié)較弱。因此，土的強度問題表現(xiàn)為土粒間的錯動、剪切、以致于破壞。所以，研究土的強度主要是研究土的抗剪強度。在土體自重和外荷載作用下，土體內(nèi)部將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形。隨著剪應(yīng)力的增加，剪切變形也越來越大。當(dāng)剪應(yīng)力增大到極限值時，土就處于剪切破壞的極限狀態(tài)，這個極限值就是土的抗剪強度。若土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度，在該部分就開始出現(xiàn)剪切破壞。隨著荷載的增加，剪切破壞的范圍逐漸擴大，最終在土體中形成連續(xù)的滑動面，導(dǎo)致土體發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。土的抗剪強度5各種類型的滑坡崩塌平移滑動旋轉(zhuǎn)滑動流滑滑裂面各種類型的滑坡崩塌平移滑動旋轉(zhuǎn)滑動流滑滑裂面6土的抗剪強度：是指土體對剪切破壞的極限抵抗能力。二、研究抗剪強度的意義目前與抗剪強度有關(guān)的工程問題主要有下列三方面：（1）土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定問題，如土壩、路堤等填方邊坡的穩(wěn)定性問題，天然土坡的穩(wěn)定性問題等。（2）土壓力問題，如擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體，它的強度破壞將造成過大的對墻體的側(cè)向壓力，以致可能導(dǎo)致構(gòu)造物發(fā)生滑動、傾覆等破壞事故。（3）土的承載力問題。土作為建筑物的地基，其承載力的確定是十分關(guān)鍵的。如果上部結(jié)構(gòu)傳下的荷載引起的基底壓力超過地基土的極限承載力，地基土發(fā)生剪切破壞，將造成上部結(jié)構(gòu)的嚴重破壞或倒塌，或影響正常使用，這些都是工程上所不允許的，而確定地基土的承載力，首先要研究土的抗剪強度問題。土的抗剪強度：是指土體對剪切破壞的極限抵抗能力。7土的抗剪強度理論一、抗剪強度定律------庫侖定律（第三大定律）如下圖所示，將一塊土樣裝在有開縫的上、下剛性金屬盒內(nèi)，上盒固定，推動下盒，讓土樣在預(yù)定的（虛線所示）橫截面進行剪切，直至土樣破壞。破壞時，剪切面上的剪應(yīng)力就是土的抗剪強度。試驗結(jié)果表明，土的抗剪強度不是定值，而是隨作用在剪切面上的法向應(yīng)力的增加而增加，與正應(yīng)力成正變關(guān)系。土的抗剪強度理論81、無粘性土法國工程師庫侖（Coulomb）于1776年根據(jù)砂土剪切試驗，將土的抗剪強度表達為τf=σtanφ式中：τf——土的抗剪強度；σ——作用在剪切面上的法向應(yīng)力；φ——土的內(nèi)摩擦角；tanφ——土的內(nèi)摩擦角系數(shù)。τf與σ的關(guān)系曲線如上圖所示。1、無粘性土9由上圖可以看出，無粘性土的抗剪強度不僅與內(nèi)摩擦角有關(guān)，而且與正應(yīng)力有關(guān)。土的抗剪強度隨著正應(yīng)力的增大而增大。這與其它固體材料不同，對于其它固體材料，在一般應(yīng)力范圍內(nèi)，其抗剪強度為一常量，而土的抗剪強度隨正應(yīng)力成正比例的增加，這就反映出土---散粒體的強度特點。當(dāng)正應(yīng)力增大時，顆粒與顆粒間擠壓的緊密，若使之發(fā)生剪切錯動需要更大的剪應(yīng)力，故抗剪強度大。反之，則小，這就使研究土的強度理論問題稍復(fù)雜一些。2、粘性土的抗剪強度τf=σtanφ+C式中：C——土的粘結(jié)力（內(nèi)聚力、粘聚力）；其余與前述相同。由上圖可以看出，無粘性土的抗剪強度不僅與內(nèi)摩擦角有關(guān)，而且與10對于粘性土，其抗剪強度是由兩部分組成的，一部分是由于粘性土顆粒間相互粘結(jié)作用而形成的內(nèi)聚力；另一部分是由于顆粒間的摩擦作用而形成的內(nèi)摩擦力。上面的兩個公式稱為庫侖定律，抗剪強度τf與σ間為線性關(guān)系，在一般工程壓力下，σ和τf可近似地看成直線關(guān)系，用庫侖定律基本上能滿足工程計算的精確要求。但在高壓力作用下，τf與σ的關(guān)系不再是直線而變成彎曲的曲線，此時，庫侖定律已不適用，可采用其他抗剪強度定律，如莫爾理論等。C、φ習(xí)慣上稱為土的抗剪強度指標(biāo)或抗剪強度參數(shù)。對于粘性土，其抗剪強度是由兩部分組成的，一部分是由于粘性土顆113、有效應(yīng)力表示的抗剪強度式中：——作用在剪切面上的有效法向應(yīng)力；c`——土的有效粘聚力；

φ`——土的有效內(nèi)摩擦角；u——孔隙水壓力。由此可見，土的抗剪強度有兩種表達方法。土的c、φ統(tǒng)稱為土的總應(yīng)力強度指標(biāo)，直接應(yīng)用這些指標(biāo)所進行的土體穩(wěn)定分析就稱為總應(yīng)力法；而c`、φ`統(tǒng)稱為土的有效應(yīng)力強度指標(biāo)，應(yīng)用這些指標(biāo)所進行的土體穩(wěn)定分析就稱為有效應(yīng)力法。3、有效應(yīng)力表示的抗剪強度12土體并無外荷作用，只有土的自重作用，故在微元體各個面上沒有剪應(yīng)變，也就沒有剪應(yīng)力，凡是沒有剪應(yīng)力的面稱為主應(yīng)面。作用在主應(yīng)面上的力稱為主應(yīng)力，重力方向的力為最大主應(yīng)力，水平面方向的力為最小主應(yīng)力。根據(jù)靜力平衡條件，可求得任意截面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力。

土體并無外荷作用，只有土的自重作用，故在微元體各個面上沒有剪13上述方程是圓的方程，把該圓稱為摩爾應(yīng)力圓。六年級下冊語文課件-作文指導(dǎo)：四季景色-部編版(19頁PPT)14當(dāng)已知某點的主應(yīng)力時，則可求任意點上的應(yīng)力：當(dāng)已知某點的主應(yīng)力時，則可求任意點上的應(yīng)力：15摩爾-庫倫破壞準則將土體中某一點的摩爾應(yīng)力圓與土的抗剪強度直線畫在同一直角坐標(biāo)系中，根據(jù)極限摩爾應(yīng)力圓與土的抗剪強度直線相切的關(guān)系，就可判斷土體在這一點上是否達到極限平衡狀態(tài)。這種用摩爾應(yīng)力圓與庫倫直線相切的應(yīng)力狀態(tài)作為判別土體破壞的準則，稱為摩爾-庫倫破壞準則。土的抗剪強度直線又稱為摩爾-庫倫強度包線或抗剪強度包線。摩爾-庫倫破壞準則將土體中某一點的摩爾應(yīng)力圓與土的抗剪強度直163．土發(fā)生剪切破壞的判斷方法已知土的抗剪強度曲線，以及土中某點的應(yīng)力狀態(tài)，判斷該點是否發(fā)生剪切破壞。將土的抗剪強度曲線與莫爾圓畫在同一坐標(biāo)圖上，如下圖所示，它們之間的關(guān)系有下列三種情況。第一種情況，整個莫爾圓位于抗剪強度曲線的下（圓I），表明通過該點任意平面上的剪應(yīng)力都小于相應(yīng)面上的抗剪強度，即τ＜τf，故該點沒有發(fā)生剪切破壞；3．土發(fā)生剪切破壞的判斷方法17第二種情況，莫爾圓與抗剪強度曲線相割（圓III），說明該點某些平面上的剪應(yīng)力已超過了相應(yīng)面上的抗剪強度，即τ＞τf，故該點早已破壞，實際上該應(yīng)力圓所代表的應(yīng)力狀態(tài)是不存在的，故用虛線表示；第三種情況，摩爾圓與抗剪強度曲線相切（圓II），切點為，說明在點所代表的平面上，剪應(yīng)力正好等于相應(yīng)面上的抗剪強度，即τ=τf。因此，該點處于瀕臨剪切破壞的極限應(yīng)力狀態(tài)，稱為極限平衡狀態(tài)。與抗剪強度曲線相切的圓II，稱為極限應(yīng)力圓。剪切破壞的傾角α=450+φ/2。第二種情況，莫爾圓與抗剪強度曲線相割（圓III），說明該點某18二、土的極限平衡條件1.極限平衡狀態(tài)：地基中任意一點的剪應(yīng)力達到其抗剪強度時，該點即處于極限平衡狀態(tài)，即，2．土中某點的應(yīng)力狀態(tài)對于條形基礎(chǔ)，可假設(shè)為一無限長條形荷載作用在地基土表面上，如下圖所示。根據(jù)彈性理論，這屬于平面變形問題。二、土的極限平衡條件194．土的極限平衡條件（剪切破壞條件）根據(jù)極限應(yīng)力園與抗剪強度曲線的幾何關(guān)系，可建立極限平衡條件，如下圖所示。將抗剪強度曲線延長與軸相交于R點，由三角形ARD可得：4．土的極限平衡條件（剪切破壞條件）20整理可得：而三角函數(shù)關(guān)系有：粘性土的極限平衡條件：整理可得：21對于無粘性土C＝0，代入上式可得無粘性土的極限平衡條件：根據(jù)內(nèi)外角關(guān)系可得：2α=900φ；故破裂角α=450+φ/2，即剪切破壞面與最大主應(yīng)力σ1作用平面的夾角為450+φ/2.

對于無粘性土C＝0，代入上式可得無粘性土的極限平衡條件：22土的抗剪強度的測定方法抗剪強度是土的一個重要力學(xué)參數(shù)，不同的土，抗剪強度的大小不一樣，即使是同樣的土，抗剪強度的大小也隨土的沉積年代、天然含水量、密實度等有關(guān)。在評價地基的穩(wěn)定性，計算地基的承載能力時，經(jīng)常要用到這個指標(biāo)。因此，如何準確地測定各種土抗剪強度的大小，對工程有重要的意義。土的抗剪強度的測定方法23抗剪強度的試驗方法有多種：下面分別介紹這些試驗方法。一、直接剪切試驗1．試驗原理直接剪切試驗是最早的測定土的抗剪強度的試驗方法,在世界各國廣泛應(yīng)用?？辜魪姸鹊脑囼灧椒ㄓ卸喾N：24直接剪切試驗直接剪切試驗25直接剪切試驗直接剪切試驗26直接剪切試驗直接剪切試驗27將土樣放在上、下兩塊透水石之間。試驗時，先通過加壓板施加一個法向力P。由于上盒被固定住，推動下盒施加水平力T，直至土樣沿著上、下盒之間的水平面發(fā)生剪切破壞，記錄下剪切破壞時P和T的值，對于相同的土樣，當(dāng)施加的P不同時，所測得的T值也不同。試驗時，一般采用4個完全相同的土樣，分別在不同的垂直壓力p1p2p3p4下進行直接剪切試驗，可相應(yīng)測得破壞時的水平推力T1、T2、T3、T4。六年級下冊語文課件-作文指導(dǎo)：四季景色-部編版(19頁PPT)28則：（1）剪切破壞向上的正應(yīng)力為（2）土的抗剪強度：式中：F------土樣的斷面積。在σ——τ坐標(biāo)圖上找出上述4個點，通過上述4個點作一條直線，即得該種土的抗剪強度曲線，如下圖所示。該直線與軸的交點即為內(nèi)聚力C，傾角即為內(nèi)摩擦角φ。則：292.試驗儀器直接剪切儀為兩種:（1）應(yīng)變控制式直剪儀：在試驗時，控制下盒的位移速率為定值（即下盒等速前進）、然后測定破壞時的水平推力T，目前，應(yīng)變控制剪儀較為普通，用的較多。（2）應(yīng)力控制式直剪儀：在試驗過程中，控制剪應(yīng)力的增加量為定值，直至剪切破壞。3.試驗方法(1)快剪：豎向壓力施加后，立即施加水平剪力進行剪切，而且剪切的速率很快。一般從加荷到剪壞只需3～5min。2.試驗儀器30

應(yīng)變控制式三軸剪力儀1-周圍壓力表；2-反壓力表；3-周圍壓力閥；4-排水閥；5-體變管；6-反壓力閥；7-垂直變形百分表；8-量力環(huán)；9-排氣孔；10-軸向壓力設(shè)備；11-壓力室；12-量管閥；13-零位指示器；14-孔隙壓力表；15-量管；16-孔隙壓力閥；17-離合器六年級下冊語文課件-作文指導(dǎo)：四季景色-部編版(19頁PPT)31（2）固結(jié)快剪：豎向壓力施加后，給以充分的時間使土樣排水固結(jié)。固結(jié)終了后再施加水平剪力，快速地（約在3～5mm內(nèi)）把土樣剪壞，既剪切時模擬不排水條件。（3）慢剪：豎向壓力施加后，先讓土樣排水固結(jié)，使孔隙水壓力完全消散。固結(jié)后以慢速施加水平剪力，使土樣在受剪過程中有充分時間排水，即試樣中的孔隙水壓力u=0,直至土試樣剪壞。不同的試驗方法測得的強度指標(biāo)有所差別，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，選擇較為接近實際工程情況的試驗方法。（2）固結(jié)快剪：豎向壓力施加后，給以充分的時間使土樣排水固結(jié)324.直剪儀的優(yōu)缺點及適用條件優(yōu)點：構(gòu)造簡單，操作方便；一般性的室內(nèi)試驗多采用這種儀器。缺點：（1）剪切破壞面限定在上、下盒之間的水平面上，該面不一定是土樣抗剪強度最弱的面。（2）剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，土樣的剪切破壞先從邊緣開始，在邊緣也產(chǎn)生應(yīng)力集中；（3）在剪切過程中，土樣抗剪面積逐漸縮小，而計算土樣抗剪強度時，卻是按土樣原截面積計算的；（4）不能嚴格控制排水條件，不能測量孔隙水壓力。適用條件：一般工程項目。4.直剪儀的優(yōu)缺點及適用條件33二、三軸剪切試驗是進行土的抗剪強度的精密試驗。1．試驗儀器-三軸剪力儀（參見P152圖5－9）圖5-9三軸壓縮試驗原理a)試件受周圍壓力；b）破壞時試件上的主應(yīng)力和極限應(yīng)力圓；c）摩爾破壞包線

二、三軸剪切試驗34三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗35三軸壓縮儀三軸壓縮儀36三軸壓縮儀三軸壓縮儀372.試驗步驟先將園柱形土樣套在薄乳膠膜內(nèi)，上下扎緊不漏水，置于密閉的壓力室中，然后通過周圍壓力閥3向壓力室內(nèi)注入液體。使試件受三相相等的壓力。此時，三個主應(yīng)力相等，土樣內(nèi)不產(chǎn)生剪應(yīng)力。然后保持σ3不變，再通過活塞桿在頂部施加垂直壓力P，使土樣中產(chǎn)生剪應(yīng)力。逐漸加大P，直到土樣剪切破壞，記錄下破壞時的P值。六年級下冊語文課件-作文指導(dǎo)：四季景色-部編版(19頁PPT)38則試件破壞時的三個主應(yīng)力為：式中：F——試件斷面積；

P——試件破壞時通過傳力桿施加的豎向力。σ3以σ1和作極限應(yīng)力圓，如下圖所示。則試件破壞時的三個主應(yīng)力為：39通常對一種土用3～4個試樣，分別在不同的恒定周圍壓力（即小主應(yīng)力σ3）下按上述方法進行試驗，得出剪切破壞時的大主應(yīng)力σ1，將這些結(jié)果繪成一組極限應(yīng)力圓，并作這些應(yīng)力圓的公共切線，該線即為土的抗剪強度曲線，如上圖示。該直線在縱軸上的截距為粘聚力c，與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角φ。3．三軸試驗方法（1）不固結(jié)不排不水剪（UU試驗）先向土樣施加周圍壓力σ3，隨后立即施加豎向力P直至剪壞。在施加和P的過程中，自始至終關(guān)閉排水閥門4（見圖5-9），通常對一種土用3～4個試樣，分別在不同的恒定周圍壓力（即小主40不允許土中水排出，這樣從開始加壓直至試樣剪壞，全過程中含水量保持不變，從而實現(xiàn)了不固結(jié)不排水剪。這種試驗方法所對應(yīng)的實際工程條件相當(dāng)于飽和軟粘土上快速加荷時的應(yīng)力狀況。該種試驗，在試驗過程中孔隙水壓力不為零，只要打開孔隙壓力閥16，就可測定孔隙水壓力。（2）固結(jié)不排水剪（CU試驗）試驗時先將土樣施加周圍壓力σ3，并打開排水閥門4，使土樣在σ3作用下充分排水固結(jié)。在確認土樣的固結(jié)已經(jīng)完成后，關(guān)閉排水閥門4。施加豎向力P，使土樣在不能向外排水的條件下受剪切破壞。同樣，該項試驗在剪切過程中孔隙水壓力不為零，也可測定。不允許土中水排出，這樣從開始加壓直至試樣剪壞，全過程中含水量41（3）固結(jié)排水剪（CD試驗）在整個試驗過程中，始終打開排水閥門4，即在施加σ3和豎向力P的全過程中，土樣始終處于排水狀態(tài)。不同的試驗方法，所測得的指標(biāo)是有差別的，應(yīng)根據(jù)工程的實際情況具體分析，以選擇基本符合實際工程受荷情況的試驗方法。4.三軸試驗方法優(yōu)缺點及適用條件優(yōu)：（1）可嚴格控制排水條件，準確測定試樣在剪切過程中孔隙水壓力變化，從而可定量獲得土中有效應(yīng)力的變化情況；（2）破壞面是試件的最弱面，一般α=450+α/2左右的斜截面；（3）剪切破壞面上應(yīng)力分布較均勻。（4）除抗剪強度指標(biāo)外，還可測定如土的靈敏度、測壓力系數(shù)、孔隙水壓力系數(shù)等力學(xué)指標(biāo)。（3）固結(jié)排水剪（CD試驗）42（3）剪切破壞面上應(yīng)力分布較均勻。（4）除抗剪強度指標(biāo)外，還可測定如土的靈敏度、測壓力系數(shù)、孔隙水壓力系數(shù)等力學(xué)指標(biāo)。缺：（1）構(gòu)造較復(fù)雜，與土體實際受力情況可能不符；（2）操作技術(shù)要求高。適用條件：一級建筑物地基的強度試驗。（3）剪切破壞面上應(yīng)力分布較均勻。43

剪切類型比較項目不固結(jié)不排水（UU）固結(jié)不排水（CU）固結(jié)排水（CD）試樣固結(jié)試樣固結(jié)試樣固結(jié)試樣不固結(jié)試樣固結(jié)試樣固結(jié)試樣不排水試樣不排水試樣排水不固結(jié)或固結(jié)是對周圍壓力增量而言的；不排水或排水是對附加軸向壓力而言的。三軸壓縮試驗

剪切類型不固結(jié)不排水固結(jié)不排水固結(jié)44無側(cè)限抗壓試驗（單軸壓縮試驗）1.適用土質(zhì)該試驗主要用于粘性土。因無粘性土在無側(cè)限條件下試樣難以成型。無側(cè)限抗壓試驗（單軸壓縮試驗）45無側(cè)限儀無側(cè)限儀462.試驗設(shè)備（1）無側(cè)限壓縮儀（見P156圖5－14）；（2）三軸儀（σ3=0）右圖為5-14無側(cè)限壓縮儀1-測微表；2-量力環(huán)；3-上加壓板；4-試樣；5-下加壓環(huán)；6-升降螺桿；7-加壓框架；8-手輪2.試驗設(shè)備473.試驗結(jié)果（1）無側(cè)限抗壓強度試樣采用園柱形土樣，加載至破壞時的記為稱為無限抗壓強度。（2）靈敏度將已做完無側(cè)限抗壓強度試驗的原狀土樣，徹底破壞其結(jié)構(gòu)，并迅速塑成與原狀土同體積的重塑試樣，以保持重塑試樣的含水量與原狀試樣相同。對重塑試樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗，測得其無側(cè)限抗壓強度，則該土的靈敏度St為：

St=qu/q`u

式中:qu——原狀試樣的無側(cè)限抗壓強度；q`u——重塑試樣的無側(cè)限抗壓強度。3.試驗結(jié)果48（3）C、φ值的確定①試驗中若能量測得試樣的破裂角α，可根據(jù)公式α=450+α/2推算粘性土的內(nèi)摩擦角φ②無側(cè)限抗壓強度qu，相當(dāng)于三軸壓縮試驗中試樣在σ3=0條件下破壞時的大主應(yīng)力σ1，故對于飽和粘性土,內(nèi)摩擦角φu=0，則