人民交通出版社土力學(xué)課件第六章土的強度.

1、第六章 土的抗剪強度 第六章土的抗剪強度 土的抗剪強度 土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。 在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切 變形，當(dāng)土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達到土 的抗剪強度時，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相 對滑動，該點便發(fā)生級切彼壞。 第六章土的抗剪強度 工程中土體的破壞典型 第興董主的抗剪強度 2.各種類型的滑坡 1.擋土結(jié)旋轉(zhuǎn)流滑 第六章土的抗剪強度 土體強度冋題的實質(zhì)是抗剪強度；土體抗剪強度 的大小決定了土體的承載能力。第六章土的抗剪強度 3 地基的破壞 地基 擋土結(jié)構(gòu)物破壞 各種類型的滑坡 少土壓力 古邊坡穩(wěn)核心問題: 土體的強p ( 第六章土的抗剪強度 直剪

2、h 莫爾 6.1 庫侖 (C. A. C法國擦、電磁方面文， 成為土壓力的經(jīng)典 理論 土的抗剪 C：粘聚強度與所受壓力無關(guān) 直剪試驗的強度包線土的直接剪切試驗，采用 直接剪力儀一直剪儀 法向應(yīng)力 6 庫侖公式：(1776) atg( (|:摩e： 土的內(nèi)摩擦角 1773年CA.庫侖逬行了砂 P Q T 剪切變形s , 直窮試驗 土的抗剪 摩擦強度：決定于氧切面上的正應(yīng)力 e 和土的內(nèi)摩撩角 e 包括如下兩個 組成部分： 06 O 02 O 0 3020 資曜啟禦 咬合摩擦 由顆粒之間發(fā)生滑動時顆粒接觸 面粗糙不平所引起，與顆粒的形 狀，摩擦包括如下兩個 組成部分： 滑動摩擦 是指相摩擦強度 0

3、.2 0.6 顆粒摩擦強度：決定于氧切面上的正應(yīng)力 e 和土的內(nèi)摩撩角 e 影響土的摩擦強度的主要因素: 密度（e，Y，p） 粒徑級配（Cu,cc） 顆粒的礦物成分 對于0：砂土粘性土； 高嶺石 伊里石蒙特石 顆粒的形狀（顆粒的棱角與長寬比） 在其它條件相同肘：一般，對于粗粒土，顆 粒的棱角提高了內(nèi)摩擦角0 摩擦強度 霍彳第？O觀丙綁注也昴融跚I 粘聚強度 粘聚強度機理 粘聚強度影響因素 靜電引力（庫侖力） 地質(zhì)歷史 范德華力 . 粘土顆粒礦物成分 顆粒間膠結(jié) 密度 假粘聚力（毛細力等） 離子價與離子濃度 粘聚強度 0極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 7 莫爾-庫侖強度理論 b 破壞判斷方法 莫爾-庫侖強度理

4、論 6.1 土的抗匏亜度理論匚莫總庫侖鈑蕊 1、土中一點的應(yīng)力狀態(tài)及莫爾BD 土的抗麵強度理論二施二庫侖遏度理M N： 應(yīng)力狀態(tài)與莫爾 庫侖公式 固定滑裂面 一般應(yīng)力狀態(tài)，如何判斷是否破壞？借助于莫爾 1、土中一點的應(yīng)力狀態(tài)及莫爾圓 三維應(yīng)力狀態(tài) 6 匕維電力狀態(tài) I Q T -U CT T T x vxz T a T yx ” 5zx 6 叫按顛時針方向旋轉(zhuǎn)。 半徑：r = 廠 6)/ 2+ r；- 小主應(yīng)力：6 = p_r a鶯按順肘針方向旋轉(zhuǎn) 莫爾圓：代衷一個單元的應(yīng)力狀態(tài)； L圓上一點：代表一個Ei上的兩個應(yīng)力 b 與T ” +s) )/2 q = (o -T3)/2 = r 2.極限

5、平衡應(yīng)力狀態(tài) 極限平衡應(yīng)力狀態(tài)：有一面上的應(yīng)力狀態(tài)達到r=可 土的強度包線：所有達到極限平衡狀態(tài)的莫爾圓的 公切線 2.極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 設(shè)土中某點某一平（S上的剪應(yīng)力為r相應(yīng)E）上的抗剪強 度為Tf.,按照力學(xué)概念，在所有平面上，當(dāng) T atf材料處于塑性平衡狀態(tài)， 在該點的某一個平面上，若 Ta=Tf材料處于極限平衡狀態(tài)， 該變化間的相關(guān)關(guān)系或過程亦可以用莫爾圓與抗剪強度包線 之間的相對位置來表示。 強度包線以下：任何一個面 上的一對應(yīng)力 b 與T都沒有達 到破壞包線，不破壞 一與破壞包線相切：有一個面 上的應(yīng)力達到破壞 與破壞包線相交：有一些平 。不可能發(fā)生面上的應(yīng)土單元的某一個平面上的

6、抗剪強度刁是該面 上作用的(莫爾：1910年) 2. 在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近似 Tf=c+atg(| 3. 某土單元的任一個平面上,該單元就達 到了極限平衡應(yīng)力狀態(tài) T Q 此時，大、小主應(yīng)力所滿 足的條件稱為極限平衡條 件或極限平衡關(guān)系式.該 式對我們逬行土體所處的 應(yīng)力狀態(tài)判別極為有用。 3、莫爾一 莫爾庫侖強度理論表達式一極限平衡條件 6-6 CTt +Q3 + ct, =Q|tg2(45: - 無粘性土 . 與大主應(yīng)可見土上, E 剪切破壞面的位置 = Tfa極限平衡狀態(tài)（破壞） J v %安全狀態(tài) 4、破壞判別方法 判別對象：土體微小單元（一點） 4、破壞判別方法 已知

7、條件：一般應(yīng)力狀態(tài)、抗剪強度指標(biāo) *sin2a 包二常數(shù): 根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出大 小主應(yīng)力 5、巧 不可能狀態(tài) ( (rf- = (Tytg2 45 +纟 +2cdg 45 +土 判斷破壞可能性 安全狀態(tài) 5=7“極限平衡狀態(tài) Tfu= att.tan( (|) )+c & T 4、破壞判別方法 判斷破壞可能性 & 安全狀態(tài) 屮極限平衡狀態(tài) （破壞） 4、破壞判別方法 根據(jù)應(yīng)力八根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出大 小主應(yīng)力71、a3 5 6 一 6 （Q|+ “12=常數(shù)：圓心保持不變 rr. +r3 + 屮 e 不可能狀態(tài) （破壞） 4、破壞判別方法 利用莫爾圓和抗剪強度線畫圖求解。 利用

8、數(shù)學(xué)關(guān)系，建立直線與莫爾圓方程并聯(lián)立求解， 若直線與莫爾圓聯(lián)立方程無解，說明直線與莫爾圓不 相交土體處于彈性狀態(tài)；有一個解，莫爾圓與直 線相一土體處于臨界狀態(tài)；有二個解，莫爾圓與 直線相割一土體處于破壞狀態(tài)。 例題 1 某土樣逬行剪切試驗，測得破壞肘剪切破壞面上的應(yīng)力如 表1,試根據(jù)測試結(jié)果計算土的抗剪強度指標(biāo)；若己知土 中某點的大主應(yīng)力 6 MIOkPa .小主應(yīng)力T3 = 200kPaf 試判斷該點處于何種應(yīng)力狀態(tài)？。 表 1 土樣破壞時剪切破壞面上的應(yīng)力值 法向應(yīng)力(kPa) 50.0 100.0 200-0 300.0 剪應(yīng)力(kPa) 22.466 34.933 59.866 84.

9、798 解：根據(jù)丫汗n .tan( (p +c得: 22.466= 50.0*tanp+c 59.866= 2OO.O*tan(p+c - 37.4=150.0 *tan( (p p =tand( (p= p =tand ( 37.4/150)= tan-1 0.249=14。 第六董土的抗剪強度 c = 22.466- 50.0 *tan o, = 200(kPa) 已破壞。 第六章土的抗剪強度 6. 2抗剪強度測定試驗 !啊抗剪強度測定試驗 /直剪試驗、三軸試驗等 制樣（重塑土）或現(xiàn)場取樣 缺點：擾動 優(yōu)點：應(yīng)力條件清楚，易重 復(fù) 丿 室內(nèi)試驗 室外試驗 十字板剪切試驗、旁壓試驗等 原位試

10、驗 缺點：應(yīng)力條件不易寧握 、優(yōu)點：原狀土的原位強度 第天資王的抗前強畏爭好軌剪強度測定試驗 一、直剪試驗 試驗儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式） 4 應(yīng)變控制式直剪儀結(jié)構(gòu)示意圖 第六章土的抗剪強度 第六童土的抗剪強度 & 2抗剪強度測定試驗 通過控制剪切速率 、 J 來近似模擬排水條，丿 件 (1) 固結(jié)慢剪 施加正應(yīng)力-充分固結(jié) 慢慢施加剪應(yīng)力-小于0. 02mm/分, 以保證無超靜孔壓 (2) 固結(jié)快剪 施加正應(yīng)力-充分固結(jié) 在3-5分鐘內(nèi)剪切破壞 快剪 施加正應(yīng)力后 立即剪切3-5分鐘內(nèi)剪切破壞 第六童土的抗剪強度 62抗剪強度測定試驗 * T 試樣內(nèi)的 變形分布 T 優(yōu)點

11、 設(shè)備簡單，操作方便 結(jié)果便于整理 測試時間短 缺點 試樣應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜 應(yīng)力不均勻 不易控制排水條件 剪切面固定一、 直一、 直8 第六章土的抗剪強度 6.2抗剪強度測定試驗 一、直剪試驗 也就是說.采用直剪儀，下述的缺陷無法避免： 試樣破壞面上，應(yīng)力分布不均勻，邊緣處應(yīng)力集中，而計 算抗剪強度時，只能按均勻計算； 晏跚蘊龍陣趣醐要甦變化計蹄只能 二、三軸試驗 :儀器設(shè)備：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測系統(tǒng)等組成. /莊力 協(xié)水管 壓力水 （五體變或孔眉軸向加壓桿 特別是 第六章 的抗 度 廠抗剪強度是有效應(yīng)力的函數(shù)與有效應(yīng)力一對應(yīng)；即庫侖定 律應(yīng)寫曲：T*f= a.tanq）或T = u.tan p

12、+c , T有效應(yīng) 力下的抗剪強度P有效剪強絵老一頂帽 第六章土的抗剪強度 應(yīng)變控制式三軸儀: 壓力室，量測系統(tǒng) (CTt-a3)i (bp3) )f 薪盲壬藥両簸rww剪強度測定試驗 二.三軸試驗 ：試驗加載步驟 1 玻樣 將土切成圓柱體并奈 在橡膠棋內(nèi)，放在密 封的壓力at中 2.施加周EH壓力 向壓力室內(nèi)壓入水， 使試件在各個方向受到周圍壓力, 并使液壓在整個試驗過程中保持不變.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 3.施加豎向壓力 豎向主應(yīng)力逐浙増加，試件最 終受3T破壞 百 62抗剪強度測定試驗第六童土抗剪強度包線 印分別作圍壓 5 為100 kPa 200 kPa

13、. 300 kPa的三軸 試:繪強度包線 Q 第天竟壬的坑剪強度 & 2抗剪強度測定試驗 二. 三軸試驗 試驗類型 :-固結(jié)排水試驗（CD試驗） 1 打幵排水閥門，施加圍壓后充分固結(jié)， 超靜孔隙水壓力完全消散； 2 打幵排水閥門，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（CU試驗） 1 打幵排水閥門，施加圍壓3 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 J0 軸向應(yīng)力差 5-03 過程中不排水 不固結(jié)不排水試驗（UU試驗） 1 關(guān)閉排水閥門，圍壓 CT?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 53 過程中不排水 第六章土的抗剪強度 62抗剪強度測定試驗 優(yōu)點和缺點 :優(yōu)點: 1應(yīng)力分布比較均勻； 2排水條件清楚，可控制; Ccu、久、 3破壞面非人為固定 (CTt-a3)i (bp3) )f 缺點: 設(shè)備相對復(fù)雜，操 作難度相對增大 說明：即為無側(cè)限抗壓強度試驗 真三軸儀 第六章土的抗剪強度 62抗剪強度測定試驗 三、十字板剪切試驗 :一般迫用于測龍缺枯土 的不排水孤盛指標(biāo)； :&孔刊指走的土4U插 入十學(xué)形的採頭； 通過.込加的扭矩計算土