土力学与基础工程-第五章

1、n概述n土的库仑定律n土的莫尔库仑强度理论n土的抗剪强度指标的测定主要内容主要内容 本本 章章 要要 点点 牢固掌握库仑公式和莫尔库仑强度理论； 掌握土的抗剪强度指标的测定方法； 明确不同固结和排水条件下的抗剪强度指标 的意义及其应用。n土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。n工程时间中与土的抗剪强度有关的工程主要有以下3类 (1) 土质土坝的稳定 (2) 土压力 (3) 地基的承载力问题工程实例土坡稳定工程实例土坡稳定工程实例土压力工程实例土压力工程实例地基承载力问题工程实例地基承载力问题加拿大特朗斯康谷仓概概 述述n抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。n破坏准则：土

2、体达到破坏状态时的应力组合 称为破坏准则。思思 考考 固体之间的摩擦力与土的抗剪强度是否会有一定联系？固体间的摩擦力直接取决于接触面上的法向力和接触材料的固体间的摩擦力直接取决于接触面上的法向力和接触材料的摩擦角摩擦角库仑定律库仑定律 tanftan cff砂土f粘性土c tancftanftan cfc, -有效抗剪强度指标c, -总应力抗剪强度指标 tanf土的抗剪强度来源土的抗剪强度来源tan cf摩擦强度粘聚强度CABCAB剪切面剪切面-+摩擦强度影响因素摩擦强度影响因素n密密 度度n粒径级配粒径级配n颗粒形状颗粒形状n矿物成分矿物成分n地质历史地质历史n粘土颗粒矿物成分粘土颗粒矿物成

3、分n密度密度n离子价与离子浓度离子价与离子浓度粘聚强度影响因素粘聚强度影响因素思思 考考剪切破坏面的位置？剪切破坏面上满足什么应力条件？ f 破坏状态破坏状态莫尔强度理论莫尔强度理论莫尔应力圆莫尔应力圆2cos2231312sin231231223122 ( 1- 3)/2o( 1+ 3)/2231223122 f 破坏状态破坏状态土的莫尔库仑强度理论土的莫尔库仑强度理论tg cfABDO = f极限平衡状态极限平衡状态极限应力圆极限应力圆破坏应力圆破坏应力圆土的极限平衡条件土的极限平衡条件 土体处于极限平衡状态时的应力组合及强度指标之间的数学表达式称为极限平衡条件。莫尔库仑破坏准则莫尔库仑破

4、坏准则tan22sin3131ctan22sin3131c245tan2245tanoo231c245tan2245tanoo213c【例题例题】已知某土体单元的大主应力已知某土体单元的大主应力1200kPa，小主，小主应力应力350kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标。通过试验测得土的抗剪强度指标30，问该单元土体处于什么状态？，问该单元土体处于什么状态？ （方法（方法1: 方法方法2: 方法方法3:）拓拓 展展 思思 考考 莫尔库仑强度理论存在的问题0.00.20.40.60.81.00204060 b3132b 直接剪切试验 三轴压缩试验 无侧限抗压强度试验 十字板剪切试验n在直剪试验过

5、程中，不能量测孔隙水应力，在直剪试验过程中，不能量测孔隙水应力，也不能控制排水，所以只能以总应力法来表也不能控制排水，所以只能以总应力法来表示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢可将之间试验划分为的快慢可将之间试验划分为 快剪快剪 固结快剪固结快剪 慢剪慢剪慢剪快剪固结快剪 直剪试验的缺点直剪试验的缺点n剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面；剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面；n试验中试验的排水程度靠试验速度的快慢控试验中试验的排水程度靠试验速度的快慢控制；制；n由于上下土盒的

6、错动，剪切过程中试样的有由于上下土盒的错动，剪切过程中试样的有效面积减小，使试样中的应力分布不均匀，效面积减小，使试样中的应力分布不均匀，主应力方向发生变化，当剪切变形较大时这主应力方向发生变化，当剪切变形较大时这一缺陷表现更为突出。一缺陷表现更为突出。n三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定周围压力下的抗压强度，然后利用莫尔库仑破坏理论间接推求土的抗剪强度。v固结排水试验（CDCD试验）1 打开排水阀门，打开排水阀门，施加围压施加围压 后充分固结，后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；超静孔隙水压力完全消散；2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差 以便充分排水，避

7、免产生超静孔压以便充分排水，避免产生超静孔压v固结不排水试验（CUCU试验）1 打开排水阀门，打开排水阀门，施加围压施加围压 后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水过程中不排水v不固结不排水试验（UUUU试验）1 关闭排水阀门，关闭排水阀门，围压围压 下不固结；下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水过程中不排水cd 、 d ccu 、 cu cu 、 u 试验类型试验类型 v =

8、 f= f1.1.固结排水试验固结排水试验 u轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定，轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定，孔压孔压 u 0 f f cucu2.2.固结不排水试验固结不排水试验 u =0 , cu, 并且有效应力莫尔圆是唯一的并且有效应力莫尔圆是唯一的思考题：可否由不排水试验确定有效应力强度指标？ cu3.3.不固结不排水试验不固结不排水试验Cu依赖于初始状态试验条件与现场条件试验条件与现场条件的对应关系的对应关系粘土地基上的分层慢粘土地基上的分层慢速填方速填方 在在1层固结后，快速施工层固结后，快速施工2层层12软土地基上的快速填方软土地基上的快速填方固结排水试验固结排水试验固结不排水试验固结不排水试验不固结不排水试验不固结不排水试验v优点：1 应力状态和应力路径明确；应力状态和应力路径明确；2 排水条件清楚，可控制；排水条件清楚，可控制；3 破坏面不是人为固定的破坏面不是人为固定的v缺点：设备相对复杂，现场难以试验设备相对复杂，现场难以试验优点和缺点优点和缺点真三轴仪真三轴仪空心圆柱扭剪仪空心圆柱扭剪仪n三轴压缩试验当周围压力为