土力学第五章土的抗剪强度

1、15.1 概述概述5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度5.3 土的剪切试验土的剪切试验5.4 砂土和粘土的静剪切特性砂土和粘土的静剪切特性5.5 砂土的动剪切特性砂土的动剪切特性5.6 粘土的时间效应特性粘土的时间效应特性5.7 原位剪切特性原位剪切特性25.1 概述概述土的抗剪强度：土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的最大能力土体抵抗剪切破坏的最大能力主应力线最大剪应力线3附加应力等值线附加应力等值线5.1 概述概述4土体破坏抗剪强度剪应力f1、地基承载力问题2、边坡稳定问题3、挡土墙稳定问题5.1 概述概述5三轴压缩试验中砂土的剪切破坏状况5.1 概述概述6钢材与粒状体材料剪切破坏的比较5.1 概

2、述概述7三轴压缩试验中砂土的剪切破坏状况剪切破坏面最大剪应力比摩擦法则N推力S摩擦力剪应力滑动破坏5.1 概述概述8抗剪强度与正应力相关 不同深度的土，不同深度的土，抗剪强度不同抗剪强度不同 地面的砂石可以随地面的砂石可以随风移动，深埋于地下的风移动，深埋于地下的砂层可以作为桩的持力砂层可以作为桩的持力层。层。5.1 概述概述95.2 土的抗剪强度土的抗剪强度一、直接剪切试验一、直接剪切试验活动下盒活动下盒土样土样透水石透水石加压板加压板NS固定上盒固定上盒直剪试验示意图直剪试验示意图1、试验、试验加设计荷载加设计荷载N分级加水平推力分级加水平推力S剪切破坏剪切破坏2、绘制、绘制D关系图关系图

3、（水平位移）密砂、坚硬粘土松砂、软粘土做三组以上试验做三组以上试验剪切破坏面剪切破坏面10 土的内摩擦角土的内摩擦角(度）度）3、绘制、绘制 关系图关系图01002003004004、库仑公式、库仑公式tanf砂土粘性土c粘性土粘性土C 土的内聚力（土的内聚力（kPa)tanfc砂土砂土 剪切滑动面上的法向剪切滑动面上的法向 总应力（总应力（kPa) 土的抗剪强度土的抗剪强度(kPa)破坏线破坏线5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度一、直接剪切试验一、直接剪切试验f11 土的有效内摩擦角土的有效内摩擦角(度）度）5、用有效应力表示的库仑公式、用有效应力表示的库仑公式tanf粘性土粘性土 土的有效内

4、聚力（土的有效内聚力（kPa)tanfc砂土砂土 剪切滑动面上的法向有效剪切滑动面上的法向有效 应力（应力（kPa) 土的抗剪强度土的抗剪强度(kPa)说明：总应力法与有效应力法二者的计算结果稍有不同，总应力法 方便适用，而若能准确地求出有效应力，从道理上更合理。5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度一、直接剪切试验一、直接剪切试验f12三轴仪简图三轴仪简图试样试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验131、试验、试验2、绘制破坏时的摩尔应力圆、绘制破坏时的摩尔应力圆破坏面破坏面3、绘制抗剪强度包线、绘制抗剪强度包线

5、（做三个以上试验）（做三个以上试验）抗剪强度包线求抗剪强度指标求抗剪强度指标 tanf,C5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验144、绘制、绘制 关系曲线关系曲线最大主应力差最大主应力差轴向应变轴向应变体积应变体积应变三轴试验优点三轴试验优点1、可以严格控制排水条件2、应力状态明确，破坏在最薄但：试验复杂，试验时间长弱处，结果可靠5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验15三、摩尔圆的意义及用法三、摩尔圆的意义及用法1、土中任意一点的应力状态、土中任意一点的应力状态Mzmnds由静力平衡条件由静力平衡条件3(sin)(sin)(cos)0ds

6、dsds1(cos)(cos)(sin)0dsdsds求得求得131311()()cos222131()sin225.2 土的抗剪强度土的抗剪强度162、摩尔应力圆、摩尔应力圆半径：半径：圆心：圆心：摩尔圆上的点摩尔圆上的点 A坐标坐标A131311()()cos222131()sin22摩尔圆上各点的坐标表示了该点在相应面上的正应力和剪应力摩尔圆上各点的坐标表示了该点在相应面上的正应力和剪应力三、摩尔圆的意义及用法三、摩尔圆的意义及用法5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度17四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件123A情况情况1：摩尔圆位于抗剪强度线以下：摩尔圆位于抗剪强度线以下情况情况2：

7、摩尔圆与抗剪强度线相切：摩尔圆与抗剪强度线相切极限平衡状态情况情况3：摩尔圆与抗剪强度线相割：摩尔圆与抗剪强度线相割不破坏破坏（不存在）极限平衡状态AcDR由三角形ARD13131()2sin1()cot2c 5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度18AcDR13131()2sin1()cot2c 化简得化简得213tan452 tan 4522c231tan452 tan 4522c极限平衡条件极限平衡条件四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度19 大主应力作用面与破坏面的夹角AcDR无粘性土无粘性土 c=0213tan452231tan452由图可知由图可知45

8、2f破坏面f四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度20(5)若 ，问试样是否破坏 某干砂试样进行直剪试验，当 = 300kPa时， 测得 = 200kPa求：求：(2)破坏时的大小主应力（绘出摩尔圆）(3)大主应力作用面与剪切面所成的角度(4)当 时，土样是否破坏(1)砂土的内摩擦角四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度例例 题题21解：解：(1)因为是砂土，所以因为是砂土，所以c=00100200300100200300（一般应做3个试样）作图法四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度例例 题

9、题22解解 (2)土中某点的应力状态土中某点的应力状态300200131311()()cos222131()sin22452f131311300()()cos(2 61.85)22=61.850131200()sin(2 61.85 )23193.0kPa1673.8kPa四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度例例 题题23(3)大主应力作用面与剪切面所成的角度为大主应力作用面与剪切面所成的角度为(4)0100200300100200300作图法作图法点 位于抗剪强度 线下，不破坏计算法计算法不破坏四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件5.2 土的抗剪强度土

10、的抗剪强度例例 题题452f=61.85024解解 (5)作图法作图法33.690应力圆位于抗剪强度线下，应力圆位于抗剪强度线下，不破坏不破坏四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度例例 题题200500(kPa)100200300(kPa)25解解 (5)计算法计算法解法解法1、极限平衡状态、极限平衡状态不破坏解法解法2、(c=0)不破坏四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件5.2 土的抗剪强度土的抗剪强度例例 题题265.3 土的剪切试验土的剪切试验o实验室试验求 2、三轴拉伸试验、三轴拉伸试验一、剪切试验的种类一、剪切试验的种类1、三轴压缩试验、三轴压缩

11、试验3、直剪试验、直剪试验4、无侧限抗压强度试验、无侧限抗压强度试验27实验室试验求 5、真三轴试验、真三轴试验6、平面应变试验、平面应变试验天然休止角天然休止角: 砂土堆积起来形成的自然角度砂土堆积起来形成的自然角度砂土天然休止角5.3 土的剪切试验土的剪切试验一、剪切试验的种类一、剪切试验的种类28MH=100120mmD=5075mm破坏时的扭矩M与土的抵抗力矩相等侧面侧面上下底上下底 侧面土的抗剪强度侧面土的抗剪强度上下底面土的抗剪强度上下底面土的抗剪强度简化计算取原位测试原位测试22(/3)fMDHD 由十字板剪切试验求得的土的抗剪强度由十字板剪切试验求得的土的抗剪强度十字板剪切试验

12、十字板剪切试验5.3 土的剪切试验土的剪切试验一、剪切试验的种类一、剪切试验的种类291、不固结不排水试验、不固结不排水试验(UU)直剪试验： （快剪）土样加上垂直压力后 立即剪切，使试样在35分钟内 剪损。三轴试验： 在围压（水压） 作用下不固 结(关闭排水阀门），再加垂直压 力 增量（不排水）直至破坏。5.3 土的剪切试验土的剪切试验二、固结剪切中的排水条件二、固结剪切中的排水条件302、固结不排水试验、固结不排水试验(CU)直剪试验： （固结快剪）土样垂直压力下固 结稳定后，再加剪应力，使试样 在35分钟内剪损。 三轴试验： 在围压（水压） 作用下固结 (打开排水阀门），再加垂直压力 增

13、量 （不排水）直至破坏。 5.3 土的剪切试验土的剪切试验二、固结剪切中的排水条件二、固结剪切中的排水条件315.3 土的剪切试验土的剪切试验二、固结剪切中的排水条件二、固结剪切中的排水条件3、固结排水试验、固结排水试验(CD)直剪试验： （慢剪）土样加上垂直压力后排 水，分级加剪应力，每级变形稳 定后加下一级荷载，直至剪损。三轴试验： 在围压（水压） 作用下固结(打 开排水阀门），再加垂直压力增 量 （排水）直至破坏。325.3 土的剪切试验土的剪切试验三、排水条件和抗剪强度的种类三、排水条件和抗剪强度的种类1、不固结不排水剪强度、不固结不排水剪强度(UU强度强度)AuuBC0uCu1313

14、11()()22fuC 不排水内摩擦角 不排水内聚力（1）三轴试验）三轴试验（2）无侧限抗压强度试验）无侧限抗压强度试验Cu12fuuCq总应力圆总应力圆有效应力圆有效应力圆只有一个只有一个33三、排水条件和抗剪强度的种类三、排水条件和抗剪强度的种类2、固结不排水剪强度、固结不排水剪强度(CU强度强度)以不同的固结压力 做一组试验Ccu总应力法得抗剪强度总应力法得抗剪强度有效应力法得抗剪强度有效应力法得抗剪强度uf5.3 土的剪切试验土的剪切试验343、固结排水剪强度、固结排水剪强度(CD强度强度)Cdu=0三、排水条件和抗剪强度的种类三、排水条件和抗剪强度的种类5.3 土的剪切试验土的剪切试

15、验355.3 土的剪切试验土的剪切试验四、超固结土的抗剪强度四、超固结土的抗剪强度e正常固结超固结正常固结超固结超固结土e36正常固结超固结总应力圆有效应力圆超固结土u1为负值正常固结土u2为正值5.3 土的剪切试验土的剪切试验四、超固结土的抗剪强度四、超固结土的抗剪强度375.4 砂土和粘土的静剪切特性砂土和粘土的静剪切特性一、松砂和密砂的应力应变特性一、松砂和密砂的应力应变特性h密砂松砂1、垂直应力增量、垂直应力增量垂直应变垂直应变体积应变关系体积应变关系38体积压应变松砂：剪缩为主剪胀密砂：先剪缩后剪胀1、垂直应力增量、垂直应力增量垂直应变垂直应变体积应变关系体积应变关系5.4 砂土和粘

16、土的静剪切特性砂土和粘土的静剪切特性一、松砂和密砂的应力应变特性一、松砂和密砂的应力应变特性391、垂直应力增量、垂直应力增量垂直应变垂直应变体积应变关系体积应变关系体积压应变正常固结土：剪缩超固结土：先剪缩后剪胀5.4 砂土和粘土的静剪切特性砂土和粘土的静剪切特性二、正常固结土和超固结土的应力应变特性二、正常固结土和超固结土的应力应变特性405.5 砂土的动剪切特性砂土的动剪切特性二、砂土液化现象二、砂土液化现象1995年阪神地震大阪的街道路面液化年阪神地震大阪的街道路面液化415.5 砂土的动剪切特性砂土的动剪切特性二、砂土液化现象二、砂土液化现象19991999年台湾大地震中台中县由于液

17、化引起的楼房倒塌年台湾大地震中台中县由于液化引起的楼房倒塌421、砂土液化、砂土液化 饱和松砂在反复荷载(如地震力)作用下, 土象液体一样失去抗剪强度的现象2、临界孔隙比、临界孔隙比ecre0: 初始孔隙比在同一压力下剪切 :破坏时的体积应变ecr若e0ecr, 剪缩 砂土液化若e0ecr, 剪胀 不会砂土液化松砂易砂土液化，密砂不易砂土液化。5.5 砂土的动剪切特性砂土的动剪切特性二、砂土液化现象二、砂土液化现象433、某砂土在不排水条件下循环单剪试验的有效应力路径、某砂土在不排水条件下循环单剪试验的有效应力路径循环73次破坏循环12次破坏循环1次破坏循环次数与循环次数与抗液化强度关系抗液化强度关系5.5 砂土的动剪切特性砂土的动剪切特性二、砂土液化现象二、砂土液化现象443、砂土液化的防治、砂土液化的防治（1）增大密度法）增大密度法（2）改良粒度法）改良粒度法（3）固结法）固结法（4）降低地下水位法）降低地下水位法（5）孔