抗剪強度概述

本章提要學習難點第五章：土的抗剪強度土是如何破壞的？如何衡量土的強度？如何測定土的強度？如何應用土的強度指標？土的抗剪強度理論及本質土的抗剪強度指標及測試方法土的抗剪強度指標的種類及選取§5.1抗剪強度概述§5.2抗剪強度的測定第五章：土的抗剪強度§5.1抗剪強度概述概述土體強度及其特點工程中土的強度問題土的抗剪強度土的強度的特點各種類型的滑坡(sliding)擋土和支護結構的破壞地基的破壞砂土的液化(liquefaction)土的強度及其特點天然狀態(tài)下的砂沿坡方向的平衡：天然休止角，也是最松狀態(tài)下的砂內摩擦角砂堆TWN§5.1抗剪強度概述土的強度及其特點靜止砂丘移動砂丘30~35天然狀態(tài)下的沙丘固定沙丘背風坡角度接近天然休止角，一般為=30-35，大于礦物滑動摩擦角顆粒間存在一定的咬合作用§5.1抗剪強度概述土體強度的特點碎散性：強度不是顆粒礦物本身的強度，而是顆粒間相互作用-主要是抗剪強度與剪切破壞，顆粒間粘聚力與摩擦力三相體系：三相承受與傳遞荷載-有效應力原理

自然變異性：土的強度的結構性與復雜性§5.1抗剪強度概述各種類型的滑坡崩塌平移滑動旋轉滑動流滑滑裂面§5.1抗剪強度概述1994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；江水位差數米，無法通航。烏江武隆雞冠嶺

山體崩塌§5.1抗剪強度概述滑坡堰塞湖—易貢湖湖水每天上漲50cm！天然壩

壩高290m滑坡堰塞湖

庫容15億方2000年西藏易貢巨型滑坡§5.1抗剪強度概述錨固破壞整體滑動底部破壞土體下沉墻體折斷擋土支護結構的破壞§5.1抗剪強度概述廣州京光廣場基坑塌方使基坑旁辦公室、民工宿舍和倉庫倒塌，死3人，傷17人§5.1抗剪強度概述大阪的港口碼頭擋土墻由于液化前傾§5.1抗剪強度概述地基的破壞地基P滑裂面§5.1抗剪強度概述某谷倉地基的破壞§5.1抗剪強度概述砂土的液化(liquefaction)日本新瀉1964年地震引起大面積液化§5.1抗剪強度概述土壓力邊坡穩(wěn)定性地基承載力振動液化特性擋土結構物破壞各種類型的滑坡地基的破壞砂土的液化核心問題:土體的強度理論§5.1抗剪強度概述土的抗剪強度理論直剪試驗與庫侖公式土的抗剪強度機理

莫爾-庫侖強度理論§5.1抗剪強度概述法國軍事工程師，在摩擦、電磁方面做出了奠基性的貢獻。1773年發(fā)表了關于土壓力方面論文，成為土壓力的經典理論庫侖（C.A.Coulomb）(1736-1806)§5.1抗剪強度概述直剪試驗PT土樣下盒上盒S面積A直剪試驗法向應力：剪應力：剪切變形S1S23§5.1抗剪強度概述直剪試驗的強度包線S123Oc庫侖公式：（1776）f1f2f3f

：土的抗剪強度tg：摩擦強度-正比于壓力：土的內摩擦角c：粘聚強度-與所受壓力無關§5.1抗剪強度概述–直剪試驗與庫倫公式土的抗剪強度指標c和是決定土的抗剪強度的兩個指標，稱為抗剪強度指標當采用總應力時，稱為總應力抗剪強度指標當采用有效應力時，稱為有效應力抗剪強度指標對無粘性土通常認為，粘聚力C=0庫侖公式:§5.1抗剪強度概述–直剪試驗與庫倫公式摩擦強度摩擦強度：決定于剪切面上的正應力σ和土的內摩擦角由顆粒之間發(fā)生滑動時顆粒接觸面粗糙不平所引起，與顆粒的形狀，礦物組成，級配等因素有關0.020.060.20.623020顆粒直徑(mm)滑動摩擦角u粗粉細砂中砂粗砂滑動摩擦咬合摩擦包括如下兩個組成部分：滑動摩擦§5.1抗剪強度概述

–土的抗剪強度機理摩擦強度：決定于剪切面上的正應力σ和土的內摩擦角滑動摩擦咬合摩擦包括如下兩個組成部分：是指相鄰顆粒對于相對移動的約束作用當發(fā)生剪切破壞時，相互咬合著的顆粒A必須抬起，跨越相鄰顆粒B，或在尖角處被剪斷（C），才能移動土體中的顆粒重新排列，也會消耗能量咬合摩擦CABCAB剪切面§5.1抗剪強度概述

–土的抗剪強度機理摩擦強度摩擦強度密度粒徑級配顆粒的礦物成分粒徑的形狀粘土顆粒表面的吸附水膜影響土的摩擦強度的主要因素:§5.1抗剪強度概述

–土的抗剪強度機理凝聚強度細粒土：粘聚力c取決于土粒間的各種物理化學作用力作用機理：庫倫力（靜電力）、范德華力、

膠結作用力和毛細力等影響因素：地質歷史、粘土顆粒礦物成分、

密度與離子濃度粗粒土：一般認為是無粘性土，不具有粘聚強度：當粗間有膠結物質存在時可具有一定的粘聚強度非飽和砂土，粒間受毛細壓力，具有假粘聚力§5.1抗剪強度概述

–土的抗剪強度機理

應力狀態(tài)與莫爾圓

極限平衡應力狀態(tài)

莫爾-庫侖強度理論

破壞判斷方法

滑裂面的位置莫爾-庫侖強度理論§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論應力狀態(tài)yyzxyzxxz三維應力狀態(tài)二維應力狀態(tài)zxzxzx§5.1抗剪強度概述–莫爾-庫侖強度理論莫爾圓應力分析符號規(guī)定材料力學+-正應力剪應力拉為正壓為負順時針為正逆時針為負+-土力學壓為正拉為負逆時針為正順時針為負§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論應力莫爾圓O213rp大主應力：小主應力:圓心：半徑：zxzxzx1(z,zx)(x,xz)莫爾圓：單元的應力狀態(tài)圓上點：一個面上的與莫爾圓轉角2：作用面轉角§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論極限平衡應力狀態(tài)§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論極限平衡應力狀態(tài)：當一面上的應力狀態(tài)達到=f土的強度包線：所有達到極限平衡狀態(tài)的莫爾圓的公切線切點=破壞面應力莫爾圓與強度包線f強度包線以下：任何一個面上的一對應力與都沒有達到破壞包線，不破壞與破壞包線相切：有一個面上的應力達到破壞與破壞包線相交：有一些平面上的應力超過強度§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論不可能發(fā)生土單元的某一個平面上的抗剪強度f是該面上作用的法向應力的單值函數,f=f()（莫爾：1900年）在一定的應力范圍內，可以用線性函數近似f=c+tg某土單元的任一個平面上=f

，該單元就達到了極限平衡應力狀態(tài)莫爾—庫侖強度理論§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論Ocf=c+tg13莫爾-庫侖強度理論的破壞準則土的極限平衡條件：處于極限平衡狀態(tài)時，1和3之間應滿足的關系無粘性土§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論土單元是否破壞的判別根據極限平衡條件可以用來判別一點土體是否已發(fā)生剪切破壞計算主應力1,3：確定土單元體的應力狀態(tài)（x，z，xz）判別是否剪切破壞：由31f，比較1和1f由1

3f，比較3和3f由1,3m，比較和m§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論cf=c+tgO土單元是否破壞的判別1=1f

極限平衡狀態(tài)

（破壞）1<1f

安全狀態(tài)1>1f

不可能狀態(tài)

（破壞）1f3方法一：由31f，比較1和1f§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論Ocf=c+tg土單元是否破壞的判別方法二：由13f，比較3和3f3=3f

極限平衡狀態(tài)

（破壞）3>3f

安全狀態(tài)3<3f

不可能狀態(tài)

（破壞）13f§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論Of=c+tgOc土單元是否破壞的判別方法三：由1,3

m，比較和mm<

安全狀態(tài)m=極限平衡狀態(tài)

（破壞）m>不可能狀態(tài)

（破壞）處于極限平衡狀態(tài)所需的內摩擦角§5.1抗剪強度概述

–莫爾-庫侖強度理論剪切破壞面的位置31f22=90+=45+/2O1f3