《土力学》课件第7掌土的抗剪强度

1、7.1概述7.2土的抗剪强度理论7.3土的抗剪强度试验7.4三轴压缩试验中的孔隙压力系数7.5饱和粘性土的抗剪强度7.6应力路径在强度问题中的应用7.7无粘性土的抗剪强度7 土的抗剪强度主要内容本章重点： 土的极限平衡理论，三种三轴试验，孔压系数、不同土的抗剪强度等1设计技术条件：地基变形条件 地基强度条件7.1 概述土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力 2公路工程发生路基土剪切破坏浙江萧甬铁路发生地基土体剪切破坏37.2.1库仑公式及抗剪强度指标 库仑(Coulomb)于1776年对砂土进行了剪切试验7.2 土的抗剪强度理论4库仑根据砂土剪切试验，提出砂土抗剪强度的表达式：f = tan

2、 砂土后来，根据粘性土剪切试验f =c+ tan 粘土c库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力 的线性函数 c:土的粘聚力:土的内摩擦角ff5土体抗剪强度影响因素摩擦力的两个来源 1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦 2.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力 粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成 抗剪强度影响因素摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构67.2.2 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件 当土体中某点任一平面上的剪应力等于土的抗剪强度时，将该点即濒于破坏的临界状态称

3、为“极限平衡状态”。表征该状态下各种应力之间的关系称为“极限平衡条件”。1土体中任意点的应力状态731dl斜面上的应力莫尔应力圆方程O131/2(1 +3 )2A(, )圆心坐标 1/2(1 +3 )，0应力圆半径 r1/2(13 )土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述 8应力圆A与强度线相离： 强度线应力圆B与强度线相切：应力圆C与强度线相割：极限应力圆f 破坏状态 将土中某点的摩尔应力圆与土的抗剪强度包线绘在同一坐标图上可见:ABC9莫尔库仑破坏准则31c f2 fAc.cot1/2(1 +3 )无粘性土：c=0粘性土：c0由AOO O O 10土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用

4、面的夹角为 f f2 f31cAcctg1/2(1 +3 )max讨论：1)当1f1或3f3 时， 土体处于弹性平衡状态； 2)当1f=1或3f=3时， 土体处于极限平衡状态； 3)当1f3时， 土体于破坏状态； 4)破裂面与大主应力作用 面夹角为45+/2，与小 应力作用面夹角 为45-/2。 土的剪切破坏并不是由最大剪应 力max所控制117.3 土的抗剪强度试验 7.3.1 直接剪切试验测定方法： 室内：直剪试验，无侧限抗压 强度 试 验， 三轴压缩试验。 室外：十字板剪切试验和大型直接剪 切 试验。12剪切试验剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力，剪应力由剪切力除以试样面

5、积在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该作用下，土的抗剪强度4mm a b 剪切位移l (0.01mm) 剪应力（kPa) 1 2 13 在不同的垂直压力下进行剪切试验，得相应的抗剪强度f，绘制f - 曲线，得该土的抗剪强度包线14 根据试验过程中是否排水，直剪试验可分为三种类型： 1）快剪： 加后立即加，3minu剪坏，模拟不 排水剪切； 2）固结快剪：加固结稳定后，快速加使土样剪坏； 3）慢剪： 加固结稳定后，慢速加使土样剪坏。 15直剪试验优缺点优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作 缺点：剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，不一定是土样的最

6、薄弱面。试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。 上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀16 7.3.2 三轴压缩试验应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应力控制式三轴仪1.试验设备和试验方法调压器围压表体变管排水管围力伐排水伐变形量表量力环排气孔轴向加压设备试样压力室孔压伐离合器手轮量管阀零位指示器孔压表量管17试验步骤:2).施加周围压力3).施加竖向压力1).装样 3 3 3 3 3 318192. 三种三轴试验方法 1）不固结不排水剪（UU试验）：加3后立即加竖向偏应力1 3，整个过程不允许排水。 2）

7、固结不排水剪（CU试验）：加 后，打开排水阀门，允许排水固结，固结稳定后关闭排水阀，加1- 直至剪坏。 3）固结排水剪（CD试验）：加3后，固结排水，稳定后不关闭排水阀，加1- 直至剪坏。20 三轴压缩试验可供在复杂应力条件下研究土的抗剪强度特性之用，其突出优点是： (1)试验中能严格控制试样的排水条件，准确测定试样在剪切过程中孔隙水压力变化，从而可定量获得土中有效应力的变化情况； (2)与直剪试验对比起来，试样中的应力状态相对地较为明确和均匀不硬性指定破裂面位置； (3)除抗剪强度指标外，还可测定如土的灵敏度、侧压力系数、孔隙水压力系数等力学指标。 3. 三轴试验的特点214.其他的三轴试验

8、振动三轴仪应力控制式全自动三轴试验仪真 三 轴 仪 227.3.3 无侧限抗压强度试验 无侧限抗压强度试验如同三轴压缩试验中3=0时的特殊情况。剪切破坏时试样所承受的轴向压力称为无侧限抗压强度qu。无粘性土在无侧限条件下试样难以成型主要用于粘性土，尤其适用于饱和软土。23 对于饱和软粘土，在不固结不排水条件下进行剪切试验，可认为内摩擦角为0，其抗剪强度包线与轴平行。因而，由无例限抗压强度试验所得的极限应力圆的水平切线即为饱和软粘土的不徘水抗剪强度包线。24按下式计算灵敏度st： 式中qu为原状土的无侧限抗压强度，kPa； qu为重塑后土的无侧限抗压强度，kPa。 无侧限抗压强度试验还可用来测定

9、拈性土的灵敏度。其方法是将已做完无侧限抗压强度试验的原状土样，彻底破坏其结构，并迅速塑成与原状试样同体积的重塑试样，以保持重塑试祥的含水量与原状试祥相同，并避免因触变性导致土的强度部分恢复。257.3.4 十字板剪切试验267.4三轴压缩试验中的孔隙压力系数=+27试样的原始应力状态固结试样的各项相等的围压孔隙压力增量有效应力增量土体积的变化为:(7-17)(7-18)(7-19)孔隙体积变化(7-20)28对于饱和土,孔隙中完全充满水,B=1,对于干土,孔隙的压缩性接近于无穷大,B=0,对于非饱和土,土的饱和度愈小,B值愈小29同理可得：（7-25）结合（7-20）和（7-25），得到在和共同作用下总的孔隙压力增量（7-26b)（7-26a)由于土并非理想弹性体将上式修改为307.5.1 粘性土在不同固结和排水条件下的抗剪强度指标三种三轴试验方法： 2）固结不排水剪（CU试验） 1）不固结不排水剪（UU试验） 3）固结排水剪（CD试验） 7.5饱和粘性土的抗剪强度311 固结不排水剪强度指标322 不固结不排水剪强度指标333 固结排水剪强度指标347.5.4 抗剪强度指标的选择工程问题和强度指标的选用，见表7-2357.7 无粘性土的抗剪强度指标3