抗剪强度概述

本章提要学习难点第五章：土的抗剪强度土是如何破坏的？如何衡量土的强度？如何测定土的强度？如何应用土的强度指标？土的抗剪强度理论及本质土的抗剪强度指标及测试方法土的抗剪强度指标的种类及选取§5.1抗剪强度概述§5.2抗剪强度的测定第五章：土的抗剪强度§5.1抗剪强度概述概述土体强度及其特点工程中土的强度问题土的抗剪强度土的强度的特点各种类型的滑坡(sliding)挡土和支护结构的破坏地基的破坏砂土的液化(liquefaction)土的强度及其特点天然状态下的砂沿坡方向的平衡：天然休止角，也是最松状态下的砂内摩擦角砂堆TWN§5.1抗剪强度概述土的强度及其特点静止砂丘移动砂丘30~35天然状态下的沙丘固定沙丘背风坡角度接近天然休止角，一般为=30-35，大于矿物滑动摩擦角颗粒间存在一定的咬合作用§5.1抗剪强度概述土体强度的特点碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用-主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力三相体系：三相承受与传递荷载-有效应力原理

自然变异性：土的强度的结构性与复杂性§5.1抗剪强度概述各种类型的滑坡崩塌平移滑动旋转滑动流滑滑裂面§5.1抗剪强度概述1994年4月30日崩塌体积400万方，10万方进入乌江死4人，伤5人，失踪12人；击沉多艘船只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米，无法通航。乌江武隆鸡冠岭

山体崩塌§5.1抗剪强度概述滑坡堰塞湖—易贡湖湖水每天上涨50cm！天然坝

坝高290m滑坡堰塞湖

库容15亿方2000年西藏易贡巨型滑坡§5.1抗剪强度概述锚固破坏整体滑动底部破坏土体下沉墙体折断挡土支护结构的破坏§5.1抗剪强度概述广州京光广场基坑塌方使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人§5.1抗剪强度概述大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾§5.1抗剪强度概述地基的破坏地基P滑裂面§5.1抗剪强度概述某谷仓地基的破坏§5.1抗剪强度概述砂土的液化(liquefaction)日本新泻1964年地震引起大面积液化§5.1抗剪强度概述土压力边坡稳定性地基承载力振动液化特性挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏砂土的液化核心问题:土体的强度理论§5.1抗剪强度概述土的抗剪强度理论直剪试验与库仑公式土的抗剪强度机理

莫尔-库仑强度理论§5.1抗剪强度概述法国军事工程师，在摩擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。1773年发表了关于土压力方面论文，成为土压力的经典理论库仑（C.A.Coulomb）(1736-1806)§5.1抗剪强度概述直剪试验PT土样下盒上盒S面积A直剪试验法向应力：剪应力：剪切变形S1S23§5.1抗剪强度概述直剪试验的强度包线S123Oc库仑公式：（1776）f1f2f3f

：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力：土的内摩擦角c：粘聚强度-与所受压力无关§5.1抗剪强度概述–直剪试验与库伦公式土的抗剪强度指标c和是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标当采用总应力时，称为总应力抗剪强度指标当采用有效应力时，称为有效应力抗剪强度指标对无粘性土通常认为，粘聚力C=0库仑公式:§5.1抗剪强度概述–直剪试验与库伦公式摩擦强度摩擦强度：决定于剪切面上的正应力σ和土的内摩擦角由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒的形状，矿物组成，级配等因素有关0.020.060.20.623020颗粒直径(mm)滑动摩擦角u粗粉细砂中砂粗砂滑动摩擦咬合摩擦包括如下两个组成部分：滑动摩擦§5.1抗剪强度概述

–土的抗剪强度机理摩擦强度：决定于剪切面上的正应力σ和土的内摩擦角滑动摩擦咬合摩擦包括如下两个组成部分：是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处被剪断（C），才能移动土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量咬合摩擦CABCAB剪切面§5.1抗剪强度概述

–土的抗剪强度机理摩擦强度摩擦强度密度粒径级配颗粒的矿物成分粒径的形状粘土颗粒表面的吸附水膜影响土的摩擦强度的主要因素:§5.1抗剪强度概述

–土的抗剪强度机理凝聚强度细粒土：粘聚力c取决于土粒间的各种物理化学作用力作用机理：库伦力（静电力）、范德华力、

胶结作用力和毛细力等影响因素：地质历史、粘土颗粒矿物成分、

密度与离子浓度粗粒土：一般认为是无粘性土，不具有粘聚强度：当粗间有胶结物质存在时可具有一定的粘聚强度非饱和砂土，粒间受毛细压力，具有假粘聚力§5.1抗剪强度概述

–土的抗剪强度机理

应力状态与莫尔圆

极限平衡应力状态

莫尔-库仑强度理论

破坏判断方法

滑裂面的位置莫尔-库仑强度理论§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论应力状态yyzxyzxxz三维应力状态二维应力状态zxzxzx§5.1抗剪强度概述–莫尔-库仑强度理论莫尔圆应力分析符号规定材料力学+-正应力剪应力拉为正压为负顺时针为正逆时针为负+-土力学压为正拉为负逆时针为正顺时针为负§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论应力莫尔圆O213rp大主应力：小主应力:圆心：半径：zxzxzx1(z,zx)(x,xz)莫尔圆：单元的应力状态圆上点：一个面上的与莫尔圆转角2：作用面转角§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论极限平衡应力状态§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论极限平衡应力状态：当一面上的应力状态达到=f土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线切点=破坏面应力莫尔圆与强度包线f强度包线以下：任何一个面上的一对应力与都没有达到破坏包线，不破坏与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论不可能发生土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数,f=f()（莫尔：1900年）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似f=c+tg某土单元的任一个平面上=f

，该单元就达到了极限平衡应力状态莫尔—库仑强度理论§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论Ocf=c+tg13莫尔-库仑强度理论的破坏准则土的极限平衡条件：处于极限平衡状态时，1和3之间应满足的关系无粘性土§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论土单元是否破坏的判别根据极限平衡条件可以用来判别一点土体是否已发生剪切破坏计算主应力1,3：确定土单元体的应力状态（x，z，xz）判别是否剪切破坏：由31f，比较1和1f由1

3f，比较3和3f由1,3m，比较和m§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论cf=c+tgO土单元是否破坏的判别1=1f

极限平衡状态

（破坏）1<1f

安全状态1>1f

不可能状态

（破坏）1f3方法一：由31f，比较1和1f§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论Ocf=c+tg土单元是否破坏的判别方法二：由13f，比较3和3f3=3f

极限平衡状态

（破坏）3>3f

安全状态3<3f

不可能状态

（破坏）13f§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论Of=c+tgOc土单元是否破坏的判别方法三：由1,3

m，比较和mm<

安全状态m=极限平衡状态

（破坏）m>不可能状态

（破坏）处于极限平衡状态所需的内摩擦角§5.1抗剪强度概述

–莫尔-库仑强度理论剪切破坏面的位置31f22=90+=45+/2O1f3