《土的抗剪强度》 (2)VIP

1、第第7 7章章土的抗剪强度土的抗剪强度第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 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极限能力土体抵抗剪切破坏的极限能力 挡土墙挡土墙滑裂面滑裂面基坑支护基坑支护1. 1. 挡土结构物的破坏挡土结构物的破坏第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 概述概述平移滑动平移滑动2. 2. 各种类型的滑坡各种类型的滑坡崩塌崩塌旋转滑动旋转滑动流滑流滑第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 概述概述地基地基p滑裂面滑裂面3. 3. 地基的破坏地基的破坏第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 概述概述p 土压力土压力p 边坡稳定边坡稳定p 地基承

2、载力地基承载力p 挡土结构物破坏挡土结构物破坏p 各种类型的滑坡各种类型的滑坡p 地基的破坏地基的破坏核心核心第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 概述概述7.2.1 7.2.1 库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标17761776年，库仑根据年，库仑根据砂土砂土剪切试验剪切试验 f = tan 砂土砂土后来，根据后来，根据粘性土粘性土剪切试验剪切试验 f =c+ tan 粘土粘土c 库仑定律：库仑定律：土的抗剪强土的抗剪强度是剪切面上的法向总应度是剪切面上的法向总应力力 的线性函数的线性函数 tanfcftanc: :土的粘聚力土的粘聚力 : :土的内摩擦角土的内摩擦角 f f

3、第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论抗抗剪剪强强度度指指标标7.2.1 7.2.1 库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论p直剪试验直剪试验n库仑（库仑（17761776） n试验原理试验原理施加施加 （=P/A），），量测量测 （=T/A）上盒上盒下盒下盒PSTA fOc tan fcf tan内摩擦力内摩擦力内摩擦系数；内摩擦系数； tantan内摩擦力的来源内摩擦力的来源: : 1. 1.土粒间表面粗糙所产生的摩擦力。土粒间表面粗糙所产生的摩擦力。 2.2.土粒间互相镶嵌、联锁所产生的咬合力。土粒间互相

4、镶嵌、联锁所产生的咬合力。 粘聚力的来源粘聚力的来源: :1. 1.由土粒之间的电分子引力。由土粒之间的电分子引力。2.2.土中胶体物质的胶结力。土中胶体物质的胶结力。3.3.薄膜水的粘滞阻力。薄膜水的粘滞阻力。7.2.1 7.2.1 库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论 根据太沙基的有效应力原理，土体内的剪应力只根据太沙基的有效应力原理，土体内的剪应力只能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度应表示能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度应表示为与剪切面上的法向有效应力成正比。即：为与剪切面上的法向有效应力成正比。即：（7-37-3）

5、7.2.1 7.2.1 库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论 tanfcf tan 土的强度就是指土的抗剪强度土的强度就是指土的抗剪强度, ,既土的破坏为剪切破坏。既土的破坏为剪切破坏。 材料强度理论有多种不同理论，适用不同的材料材料强度理论有多种不同理论，适用不同的材料。7.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件强强度度理理论论1.认为材料认为材料破坏是剪坏破坏是剪坏2.认为材料认为材料破坏是拉坏破坏是拉坏莫尔理论莫尔理论适用土，具一定安全度适用土，具一定安全度密色斯理论密色斯理论特雷斯卡理论特雷斯卡理论适用于金属材料适用于金

6、属材料格里菲斯理论格里菲斯理论第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论 大量实践及试验证明，土的破坏主要是剪坏，所以适用莫大量实践及试验证明，土的破坏主要是剪坏，所以适用莫尔强度理论。尔强度理论。 莫尔强度理论认为：土中一点的剪应力莫尔强度理论认为：土中一点的剪应力达到该点的抗剪达到该点的抗剪强度强度f时，该点便处于极限平衡状态。即土的破坏条件为时，该点便处于极限平衡状态。即土的破坏条件为 = f 根据莫尔强度理论，土中任一点的受力状态可以用一莫尔根据莫尔强度理论，土中任一点的受力状态可以用一莫尔园表示：园表示：7.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强

7、度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论莫尔强度理论莫尔强度理论7.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论x z xz zx x z xz zx 莫尔圆应力分析符号规定莫尔圆应力分析符号规定材料力学材料力学+-+-土力学土力学正应力正应力剪应力剪应力拉为正拉为正压为负压为负顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负压为正压为正拉为负拉为负逆时针为正逆时针为正顺时针为负顺时针为负摩尔强度理论摩尔强度理论应力莫尔圆应力莫尔圆7.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论 O z+ zx- xz

8、 x2 1 3rR222xzxzr2xzR1Rr3Rrz x zx xz +- 1 摩尔强度理论摩尔强度理论应力莫尔圆应力莫尔圆大主应力：大主应力：小主应力小主应力: :圆心：圆心：半径：半径：z z按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转x x按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力周上一点代表一个面上的两个应力 与与 莫尔库仑强度理论（7-5） 因为莫尔强度理论与库仑定律的坐标完全一致，将因为莫尔强度理论与库仑定律的坐标完全一致，将他们放在一起用来研究土中一点的抗剪强度问题既是他们放在一起用来研究土中一点

9、的抗剪强度问题既是莫尔莫尔库仑强度理论库仑强度理论7.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论 2sin)(212cos)(21)(21313131 莫尔园与库仑强度线的三种情况 f强度包线以内：强度包线以内：下任何下任何一个面上的一对应力一个面上的一对应力 与与 都没有达到破坏包线，不都没有达到破坏包线，不破坏；破坏；与破坏包线相切：与破坏包线相切：有一有一个面上的应力达到破坏；个面上的应力达到破坏；与破坏包线相交：与破坏包线相交：有一有一些平面上的应力超过强度；些平面上的应力超过强度；不可能发生。不可能发生。7.2.2 莫尔库仑强度理

10、论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论判断土中一点某方向面破坏与否的方法判断土中一点某方向面破坏与否的方法已知条件：已知条件：土的土的c、（f=tg+c）土中一点的应力状态土中一点的应力状态（1、3或或z、x、xz已知）已知）解：解：求出该斜截面上的正应力求出该斜截面上的正应力和剪应力和剪应力将将代入库仑公式代入库仑公式f=tg+c求出破坏时的抗剪强度求出破坏时的抗剪强度f判断：判断：f 没破坏（稳定）没破坏（稳定）f 破坏破坏=f 极限平衡状态极限平衡状态 2sin)(212cos)(21)(21313131 7.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第

11、7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论【例】已知土中某一平面上作用的法向应力为【例】已知土中某一平面上作用的法向应力为260Kpa, 剪剪应力为应力为92Kpa, 该平面是否会剪切破坏？为什么？该平面是否会剪切破坏？为什么？ctgf Kpatg5 .1042018260 f f=104.5Kpa=104.5Kpa实实=92Kpa=92Kpa，未破坏未破坏判断土中一点某方向面破坏与否 注意：注意： 某截面没有破坏并不能说该点没破坏。某截面没有破坏并不能说该点没破坏。 但若已判定某截面破坏了，则该点破坏了。但若已判定某截面破坏了，则该点破坏了。怎样直接判定土中怎样直接判定土中一点破

12、坏与否？一点破坏与否？根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，可建立可建立土中一点的极限平衡方程式土中一点的极限平衡方程式。7.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论7.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论131313132sin2ctgctg2cc 1f 313ctg2ctanfc O c132粘性土7.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论213231452tg 452

13、2452tg 4522fftgctgc 1f 313ctg2ctanfc O c132（7-9）（7-10） O c 1f 32 tanfc290 3 1f45 /2破裂面破裂面2 与大主应力面夹角：与大主应力面夹角： =45 + /27.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论 =45+/2f13137.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论判定方法判定方法:【例】已知某点【例】已知某点1=420Kpa, 3=180Kpa, c=18Kpa, =20问问:1、该点破坏否？、该点破

14、坏否？ 2、是否沿剪应力最大面破坏？、是否沿剪应力最大面破坏？解解1、A )245(2245231 tgctg）（极极Kpatgtg419)22045(182220451802 ）（)(41942011处于剪破状态处于剪破状态该点已破坏该点已破坏极极实实 KpaKpa BKpatgtg7 .180)22045(1822204542023 ）（极极 )(7 .18018033处于剪破状态处于剪破状态该点已破坏该点已破坏极极实实 KpaKpa 解解2、Kpa120)180420(21)(2131max )902(2sin)(2131max 或或ctgf 2cos223131 )02cos902(

15、Kpa3002180420231 Kpatgf1271820300 7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验 测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验抗抗剪剪强强度度试试验验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3.1 直接剪切试验7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度直直剪剪仪仪的的缺缺点点:试验时不能严格控制排水条件，不能量试验时不能严格控制排水条件，不能量 测孔隙水压力。测孔隙水压力。限定的剪切面不是土样最薄弱面；限定的剪切面不是土样最薄弱面；应力应变分布不均匀应力应变分布不均匀,且垂直荷载发生偏转且垂直荷载发生偏转

16、,使使主应力大小方向都发生偏转主应力大小方向都发生偏转;受剪面积逐渐缩小受剪面积逐渐缩小,而在计算抗剪强度时仍而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算；按土样的原截面积计算；7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度PSTA = 100KPa = 200KPa = 300KPa Oc 7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度 取峰值或稳定值取峰值或稳定值 取剪切位移取剪切位移4mm对应的对应的作为作为f直接剪切试验7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度

17、试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度0cqsqfcqsq7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3.2 三轴压缩试验7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度不排水剪不排水剪（不固结不排水剪）（不固结不排水剪）UUUU U Unconsolidated nconsolidated U Undriaind Testndriaind Test固结不排水剪固结不排水剪 CU

18、CU C Consolidated onsolidated U Undriaind Testndriaind Test排水剪排水剪（固结排水剪）（固结排水剪）CDCD C Consolidated onsolidated D Driaind Testriaind Test7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度ccu 、 cu 7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度cd 、 d cu 、 u 7.3.3 7.3.3 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 是三轴试验的一个特例，即是三轴试验的一个特例，即3 3=0=0时的不

19、排水剪。时的不排水剪。 适用条件：适用条件：只能用于粘性土。尤其是高塑性饱和粘只能用于粘性土。尤其是高塑性饱和粘性土即性土即=0=0。 试验方法：试验方法：在在3 3=0 =0 施加施加1 1至破坏。破坏时的至破坏。破坏时的1 1以以q qu u表示表示ququ加加压压框框架架量量表表量力量力环环升升降降螺螺杆杆无侧限压无侧限压缩仪缩仪试试样样7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3.3 7.3.3 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度极限应力圆极限应力圆不排水强度饱和粘性土

20、u=0饱和粘性土7.3.3 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度)245(2)245(231tgctg根据一点的极限平衡方程式qu=0)245(2tgcquu1.饱和粘性土 =0 fuuqc22.非饱和土 0 )245(2uuutgqc uufctg7.3.3 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度1=qu)45(2245 fuuf 7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度uufctg第第7章章 土的抗剪强度土

21、的抗剪强度7.4 三轴压缩试验中的孔隙水压力系数33 uB3 c 3 3 3 cuc c c 总总u3 c 33cuuu 总总3B是与土的饱和度有关的参数是与土的饱和度有关的参数 干土干土B=0 , 饱和土饱和土B=1 , 0B1第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.4 三轴压缩试验中的孔隙水压力系数311 uA31uuu 总总q3u3 总总u1 q3 3 3 )(311 Au第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.4 三轴压缩试验中的孔隙水压力系数)(311 BAu)(31313 ABBuuu )(313 ABu非非饱饱和和土土的的)(313 Au 3 3 3 3 3 3 有效应力圆有效应

22、力圆总应力圆总应力圆 u u=0=0BCcu uAA 3A 1A三个试样只能得到三个试样只能得到一个有效应力圆一个有效应力圆 7.5.1 7.5.1 不排水剪抗剪强度不排水剪抗剪强度 （UUUU）fuuc2031第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度n三轴试验：三轴试验：施加周围施加周围压力压力 3 3时打开排水阀时打开排水阀门，试样完全排水固门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全结，孔隙水压力完全消散。然后关闭排水消散。然后关闭排水阀门，再施加轴向压阀门，再施加轴向压力增量力增量 ，使试样，使试样在不排水条件下剪切在不排水条件下剪切破坏破坏 3 3 3 3 3 3 打开打开排排水阀水阀关闭关闭排

23、排水阀水阀第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度 3 3 3 3 3 3 ccuc cucu ABC第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度n三轴试验：三轴试验：试样在试样在周围压力周围压力 3 3作用下作用下排水固结，再缓慢排水固结，再缓慢施加轴向压力增量施加轴向压力增量，直至剪破，整，直至剪破，整个试验过程中打开个试验过程中打开排水阀门，始终保排水阀门，始终保持试样的孔隙水压持试样的孔隙水压力为零力为零 3 3 3 3 3 3 打开打开排排水阀水阀第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度在整个排水剪试验过程中，在整个排水剪试验过程中， u uf f 0 0，总应力全部转化，总应力全部转化为有效应力，

24、所以总应力圆即是有效应力圆，总应力为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线。强度指标为强度线即是有效应力强度线。强度指标为c cd d、 d d cd d d 3 3 3 3 3 3 第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度三种三轴试验结果的对比三种三轴试验结果的对比第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度试验方法试验方法适用条件适用条件不排水剪或不排水剪或快剪快剪地基土的透水性和排水条件不良，建筑物地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快施工速度较快排水剪或慢排水剪或慢剪剪地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢物加

25、荷速率较慢固结不排水固结不排水剪或固结快剪或固结快剪剪建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或地基条件等介于上述两种情况之间或地基条件等介于上述两种情况之间第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度pf rf ctgf rrrfctg r 第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度pO 3 1 1 3q固结排水三轴试验131322pq第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度p 破坏包线 f p 破坏主应力线 Kfpq O f 线线Kf线线固结排水三轴试验两条直线与横坐标交点都是 0第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度p 破坏包线pq O cp 破坏主应力线 a f