工程地質(zhì)與土力學(xué)03教案下載-樣章doc

1、 課件教案下載教案首頁授 課 學(xué) 時2授課班級課 題 名 稱9.1 土的抗剪強度與直接剪切試驗教學(xué)目的要求：掌握土的抗剪強度定律，莫爾摩爾庫侖準則，土的極限平衡理論，土的直接剪切和三軸剪切實驗原理、步驟、方法及要求。教學(xué)重點及難點：重點：莫爾應(yīng)力圓，土的直接剪切和三軸剪切實驗原理、步驟、方法及要求。難點：土的極限平衡理論教學(xué)程序設(shè)計次序內(nèi)容計劃時間土的抗剪強度與地基承載力第9章第9章 土的抗剪強度與地基承載力9.1 土的抗剪強度與直接剪切試驗9 土的抗剪強度的基本定律9 直接剪切試驗的三種方法作業(yè)及思考題：1.為什么直接剪切試驗要分慢剪、快剪、固結(jié)快剪？如何選用合理的抗剪強度指標以滿足工程設(shè)計

2、需要？ 2.土的抗剪強度的基本定律？3什么情況下采用慢剪試驗？9.1 土的抗剪強度與直接剪切試驗 土的抗剪強度：指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力，是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一。與土的抗剪強度有關(guān)的工程問題，主要有以下三類：（1）土質(zhì)邊坡；（2）土壓力問題；（3）建筑物地基的承載力問題。9 土的抗剪強度的基本定律抗剪強度線的表達式為砂土 粘性土 c、稱為抗剪強度指標或抗剪強度參數(shù)，砂土的抗剪強度是由內(nèi)摩阻力構(gòu)成，而粘性土的抗剪強度則由內(nèi)摩阻力和粘聚力兩個部分所構(gòu)成。9 直接剪切試驗的三種方法考慮到固結(jié)程度和排水條件對土體抗剪強度的影響，使室內(nèi)試驗條件更符合土體的實際受力情況，一般將直剪試驗

3、分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種。適用于滲透系數(shù)小于10-6cm/s的細粒土。該實驗所的強度指標為快剪強度指標。當(dāng)?shù)鼗镣杆暂^差、排水不良，工程施工進度又快，土體未固結(jié)時承受荷載，可采用此法。適用于滲透系數(shù)小于10-6cm/s的細粒土。該實驗所的強度指標為固結(jié)快剪強度指標。當(dāng)建筑物在施工期間后以后，地基已充分固結(jié)，但完工后可能突然增加荷載作用時，可采用此法。該實驗所得的強度指標稱為慢剪強度指標。當(dāng)?shù)鼗僚潘畻l件較好，地基已在較短時間內(nèi)固結(jié)，且施工進度慢，可采用此法。山東水利職業(yè)學(xué)院教案首頁授 課 學(xué) 時2授課班級課 題 名 稱9.2 土的極限平衡條件與三軸壓縮試驗教學(xué)目的要求：掌握土的抗剪強度定

4、律，莫爾摩爾庫侖準則，土的極限平衡理論，土的直接剪切和三軸剪切實驗原理、步驟、方法及要求。教學(xué)重點及難點：重點：莫爾應(yīng)力圓，土的直接剪切和三軸剪切實驗原理、步驟、方法及要求。難點：土的極限平衡理論教學(xué)程序設(shè)計次序內(nèi)容計劃時間土的抗剪強度與地基承載力第9章9.2 土的極限平衡條件與三軸壓縮試驗9 土的極限平衡條件1. 地基中任意平面上mn的應(yīng)力狀態(tài)2. 抗剪強度包線與摩爾應(yīng)力圓的關(guān)系9 三軸壓縮試驗1. 三軸壓縮試驗的基本原理和試驗裝置 2. 三軸壓縮試驗步驟作業(yè)及思考題：1.某土樣c0，30°如果該土受到最小主應(yīng)力3150kPa,最大主應(yīng)力1=200 kPa，問該土樣是否破壞？2.一

5、土樣經(jīng)三軸剪切試驗，結(jié)果1為166.6，264.6，352.8，411.6kPa,3為0，48.0，83.1，122.5kPa，試繪應(yīng)力圓，并求、c值。9.2 土的極限平衡條件與三軸壓縮試驗9土的極限平衡條件如圖9-1所示，在直角坐標-中，按一定比例尺沿軸截取OB和OC分別表示3和1 ，以D為圓心，以為半徑做一圓，從DC開始逆時針旋轉(zhuǎn)，使DA與圓交于A點，根據(jù)幾何條件得A點坐標： 圖91 摩爾應(yīng)力圓因此可以證明A點的橫坐標為斜面上的法向正應(yīng)力，縱坐標為剪應(yīng)力。這樣摩爾應(yīng)力圓就可以表示土體中一點的應(yīng)力狀態(tài)，摩爾圓圓周上各點的坐標就表示該點在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。 在地基中取任意平面，此平面

6、上作用著總應(yīng)力，此總應(yīng)力可分解為兩個分力：垂直于面的法向應(yīng)力和平行于面的剪應(yīng)力?，F(xiàn)將作用在平面上的剪應(yīng)力，與地基的抗剪強度進行比較：當(dāng)<f時，平面為穩(wěn)定狀態(tài)，即彈性平衡狀態(tài)； >f時，平面發(fā)生剪切破壞；=f時，平面處于極限平衡狀態(tài)。為了建立土體中一點的極限平衡條件，可將抗剪強度包線和摩爾應(yīng)力圓繪制在同一坐標上，如圖9-2所示。它們之間的關(guān)系有以下三中情況：圖9-2 抗剪強度包線與摩爾應(yīng)力圓的關(guān)系（1）整個摩爾應(yīng)力圓位于抗剪強度包線的下方（圓），說明通過該點的任意平面上的剪應(yīng)力都小于土的抗剪強度，因此該點不會發(fā)生剪切破壞；（2）摩爾應(yīng)力圓和抗剪強度包線相交（圓），表明該點某些平面上的

7、剪應(yīng)力已經(jīng)超過了土的抗剪強度，實際表明該應(yīng)力圓所代表的應(yīng)力狀態(tài)是不存在的；（3）摩爾應(yīng)力圓與抗剪強度包線相切（圓），切點為A，說明在A點所代表的平面上，剪應(yīng)力剛好等于土的抗剪強度，即該點處于極限平衡狀態(tài)，圓稱為極限摩爾應(yīng)力圓。 根據(jù)極限摩爾應(yīng)力圓與抗剪強度包線之間的幾何關(guān)系，就可建立土的極限平衡條件。 9三軸壓縮試驗土的抗剪強度試驗有很多種方法，目前室內(nèi)最常用的是直接剪切試驗和三軸壓縮試驗。三軸壓縮試驗也稱為三軸剪切試驗，是測定抗剪強度的一種較為完善的方法。1三軸壓縮試驗的基本原理和試驗裝置 三軸壓縮試驗直接量測的是試樣在不同恒定周圍壓力下的抗壓強度，然后利用摩爾庫侖準則間接推求土的抗剪強度。

8、三軸是指一個豎向和兩個側(cè)向而言，由于壓力室和試樣均為圓柱形，因此，兩個側(cè)向（或稱周圍）的應(yīng)力相等并為小主應(yīng)力3 ，而豎向（或軸向）的應(yīng)力為大主應(yīng)力1。在增加1時保持3 不變，這樣條件下的試驗稱為常規(guī)三軸壓縮試驗。三軸壓縮試驗所使用的儀器是三軸壓縮儀（也稱三軸剪切儀），其主要由三個部分所組成：主機、穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)以及量測系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間用管路和各種閥門開關(guān)連接。主機部分包括壓力室、軸向加荷系統(tǒng)等。2三軸壓縮試驗步驟常規(guī)三軸試驗的一般步驟：將土樣切制成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在密閉的壓力室中。然后向壓力室內(nèi)注入氣壓或液壓，使試件在各向均受到周圍壓力3，并使該周圍壓力在整個試驗過程中保持不變。這時試件內(nèi)

9、各向的主應(yīng)力都相等，因此在試件內(nèi)不產(chǎn)生任何剪應(yīng)力。然后通過軸向加荷系統(tǒng)即活塞桿對試樣加豎向壓力，隨著豎向壓力逐漸增大，試樣最終將因受剪而破壞。設(shè)剪切破壞時軸向加荷系統(tǒng)加在試樣上的豎向壓應(yīng)力（稱為偏應(yīng)力）為 ，則試樣上的大主應(yīng)力為 = + ，而小主應(yīng)力為，據(jù)此可作出一個極限應(yīng)力圓。用同一種土樣的若干個試件（一般34個）分別在不同的周圍壓力下進行試驗，可得一組極限應(yīng)力圓。作出這些極限應(yīng)力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強度包絡(luò)線，由此便可求得土樣的抗剪強度指標c, 值。 (a)試樣圍壓； (b)破壞時試樣主應(yīng)力； (c)應(yīng)力圓與強度包線圖9-3 三軸試驗基本原理山東水利職業(yè)學(xué)院教案首頁授 課

10、 學(xué) 時2授課班級課 題 名 稱9.3 地基承載力教學(xué)目的要求：了解地基破壞的形式，地基承載力的確定方法；掌握地基整體剪切破壞的三個變形階段。教學(xué)重點及難點： 地基整體剪切破壞的三個變形階段和地基承載力的確定方法。教學(xué)程序設(shè)計次序內(nèi)容計劃時間土的抗剪強度與地基承載力第9章9.3 地基承載力9 地基的變形與破壞形式1. 地基變形的三個階段2. 地基破壞的模式（1）整體剪切破壞的特征（2）沖切剪切破壞的特征（3）局部剪切破壞的特征9 確定地基承載力的方法作業(yè)及思考題：1.什么叫地基承載力？確定地基承載力的方法有哪些？2. 影響地基承載力的因素有哪些？3.地基剪切破壞的形式有幾種？其主要特征是什么？

11、9.3 地基承載力9地基的變形與破壞形式1.地基變形的三個階段:（1）直線變形階段（1） （壓密階段） p-s曲線接近于直線，處于彈性平衡狀態(tài)。p-s曲線上的oa段。通常將p-s曲線上相應(yīng)于a點的荷載稱為臨塑荷載（比例界限荷載）Pcr。 （2）局部剪切階段（塑性變形階段）p-s曲線已不再保持線性關(guān)系，塑性區(qū)。 b點對應(yīng)的荷載稱為極限荷載pu（3）破壞階段 當(dāng)荷載超過極限荷載后，土中形成連續(xù)滑動面，土從載荷板四周擠出隆起，地基發(fā)生整體剪切破壞，p-s曲線上的bc段。2.地基破壞的模式 地基在荷載作用下，由于承載能力不足會引起破壞，而這種破壞通常是由于基礎(chǔ)下持力層土體的剪應(yīng)力達到或超過了土的抗剪強

12、度，出現(xiàn)了剪切破壞所造成的，這種剪切破壞的形式可分為：整體剪切破壞、局部剪切破壞和刺人剪切破壞3種。(b)(a)(c)圖9-1 地基破壞形式(a)整體剪切破壞 (b)局部剪切破壞 (c)刺入剪切破壞（1）整體剪切破壞的特征整體剪切破壞的特征是：當(dāng)基礎(chǔ)荷載較小時，基底壓力p與基礎(chǔ)沉降s基本上是直線關(guān)系。當(dāng)荷載增加到某一值（臨塑荷載）時，在基礎(chǔ)邊緣處的土最先產(chǎn)生塑性剪切破壞，隨著基礎(chǔ)荷載的增加，塑性剪切破壞區(qū)域逐步擴大，基底壓力p與基礎(chǔ)沉降s不再呈直線關(guān)系，表現(xiàn)為曲線關(guān)系。 （2）沖切剪切破壞的特征刺入剪切破壞常發(fā)生在基礎(chǔ)埋深相對較大的軟弱地基中，如松砂和軟土地基，其破壞特征是：隨著荷載的增加，基

13、礎(chǔ)下土層發(fā)生壓縮變形，基礎(chǔ)隨之下沉，當(dāng)荷載繼續(xù)增加，基礎(chǔ)之下的軟弱土沿基礎(chǔ)周邊發(fā)生豎向剪切破壞，使基礎(chǔ)刺入土中，就像利器刺入其他物體一樣，表面不僅沒有隆起現(xiàn)象，還有稍微的凹陷，故稱為刺入剪切破壞，又稱為沖切破壞。破壞時，地基中不出現(xiàn)明顯的滑動面和較大的建筑物傾斜。（3）局部剪切破壞的特征局部剪切破壞的特征是：隨著荷載的增加，塑性剪切破壞區(qū)首先從基礎(chǔ)邊緣處開始，但塑性區(qū)的發(fā)展局限在地基某一范圍內(nèi)，土中滑動面沒有延伸到地面，基礎(chǔ)四周地面微微隆起，建筑物沒有明顯的傾斜或倒塌，破壞的特征介于整體剪切破壞和刺人剪切破壞之間，基底壓力與基礎(chǔ)沉降關(guān)系曲線p-s從開始就呈非線性關(guān)系。 9確定地基承載力的方法地基承載力的確定在淺基礎(chǔ)設(shè)計中是一項非常重要而又十分復(fù)雜的問題。影響地基承載力的因素很多，諸如土的物理、力