土力学土的抗剪强演示文稿

土力学土的抗剪强度演示文稿目前一页\总数五十九页\编于十九点§6.1土体强度的工程应用§6.2摩尔—库仑强度理论§6.3土的极限平衡条件§6.4抗剪强度指标的确定§6.5孔隙压力系数§6.6砂性土的剪切性状§6.7黏性土的剪切性状主要内容重点内容目前二页\总数五十九页\编于十九点6.1土体强度的工程应用

大量的工程实践和室内试验表明：建筑物地基和土工建筑物的破坏，绝大多数是属于剪切破坏，即沿着某一滑动面产生破坏。目前三页\总数五十九页\编于十九点基坑坑壁滑动破坏坑壁支护6.1土体强度的工程应用目前四页\总数五十九页\编于十九点边坡滑坡滑裂面6.1土体强度的工程应用因此，剪切破坏是土体破坏的主要形式。土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。

土的重要力学性质指标目前五页\总数五十九页\编于十九点aa6.2摩尔——库仑强度理论

前面我们从太沙基的土有效应力原理已经知道：土体承受的上覆荷载主要由土颗粒的有效应力承担。

而有效应力是由土颗粒之间的黏结作用和相互之间的咬合作用组成。黏结作用产生的力称为土的黏聚力（内聚力），咬合作用产生的咬合与摩擦称为土的内摩擦角。σ′σ′目前六页\总数五十九页\编于十九点土中一点的应力状态土体内某一点的应力状态如下：1—竖向应力(最大主应力)3—侧向应力(最小主应力)剪切面上为—法向应力—剪应力331131目前七页\总数五十九页\编于十九点一、库仑定律在一定载荷范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。其中C、被称为土的抗剪强度指标。为剪切破裂面与大主应力的作用面成夹角，其值等于（45°+φ/2）的。31库仑经过试验，得出以下关系式：砂土：黏性土：目前八页\总数五十九页\编于十九点黏性土cC=0砂土ff目前九页\总数五十九页\编于十九点库仑定律的总应力表达式库仑定律的有效应力表达式C′称为土的有效黏聚力′称为土的有效内摩擦角饱和土有效应力：一、库仑定律目前十页\总数五十九页\编于十九点二、摩尔——库仑强度理论莫尔认为土中某点达到该点的抗剪强度时，土即发生破坏。莫尔把f=f（）的曲线，称为摩尔破坏包线。f=f()可用直线（库仑定律）代替，故称为莫尔—库仑强度理论。目前十一页\总数五十九页\编于十九点f1、安全（弹性平衡状态）2、临界状态（极限平衡状态）3、破坏摩尔——库仑强度判断土单元的状态目前十二页\总数五十九页\编于十九点某一单元土体上的作用力如下右图所示，将作用于△ABC的各力分别在水平和垂直方向投影（合力为零），根据静力平衡条件可得：331131dldlcosdlsin6.3土的极限平衡条件一、摩尔应力圆水平方向合力垂直方向合力ABC目前十三页\总数五十九页\编于十九点由上述两式得：6.3土的极限平衡条件一、摩尔应力圆解上述联立二元一次方程式得：法向应力剪应力目前十四页\总数五十九页\编于十九点AO16.3土的极限平衡条件31在τ-σ坐标中，以[1/2(1+3)，0]为圆心、1/2(1－3

)为半径作圆则A点的坐标（σa，τa）即为△ABC斜面AB上的法向应力和剪应力。摩尔应力圆OABC目前十五页\总数五十九页\编于十九点cAOO16.3土的极限平衡条件我们把库仑公式强度线绘制于同一坐标系中，则该强度线为摩尔圆的切线。B目前十六页\总数五十九页\编于十九点f1、安全（弹性平衡状态）2、临界状态（极限平衡状态）3、破坏摩尔——库仑强度判断土单元的状态目前十七页\总数五十九页\编于十九点摩尔——库仑强度判断土单元的状态目前十八页\总数五十九页\编于十九点①τ＜τf时，弹性平衡状态，整个摩尔圆位于抗剪强度线的下方，说明该点在任何平面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏。二、土的极限平衡应力状态②τ=τf时，极限平衡状态，摩尔圆与抗剪强度线相切于A点，表明通过A点的任意平面上的剪应力都等于抗剪强度，该点就处于极限平衡状态。③τ＞τf时，剪切破坏状态，抗剪强度线是摩尔圆的一条割线，该点的任意平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，实际上这种情况是不可能存在的。目前十九页\总数五十九页\编于十九点cAOO1

下图是土体处于极限平衡条件（即破坏临界状态）的关系图。B三、土的极限平衡条件

由图直角△ABO1可知：目前二十页\总数五十九页\编于十九点

整理下面公式：三、土的极限平衡条件得出以下三式：此三式均可用于判断土体是否处于极限平衡状态教材P114式(6-15)更正目前二十一页\总数五十九页\编于十九点cAOO1B三、土的极限平衡条件

由图直角△ABO1外角与内角的关系可知：即：由此可见：剪切破裂面与大主应力的作用面成（45°+φ/2）的夹角。目前二十二页\总数五十九页\编于十九点四、土的极限平衡条件的应用

根据上述三式，分别计算出极限平衡所能承受的σ1f与当时所施加的σ1来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：

（1）当σ1<σ1f，土体处于稳定平衡状态；

（2）当σ1=σ1f，土体处于极限平衡状态；

（3）当σ1>σ1f，土体处于破坏状态；目前二十三页\总数五十九页\编于十九点四、土的极限平衡条件的应用

根据上述三式，分别计算出极限平衡所能承受的σ3f与当时所施加的σ3来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：

（1）当σ3>σ3f，土体处于稳定平衡状态；

（2）当σ3=σ3f，土体处于极限平衡状态；

（3）当σ3<σ3f，土体处于破坏状态；目前二十四页\总数五十九页\编于十九点四、土的极限平衡条件的应用

根据上述三式，计算出达到极限平衡所需要的φm与当前土体的φ来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：

（1）当φm<φ，土体处于稳定平衡状态；

（2）当φm=φ，土体处于极限平衡状态；

（3）当φm>φ，土体处于破坏状态；目前二十五页\总数五十九页\编于十九点四、土的极限平衡条件的应用

总结，分别比较φm、σ1f、σ3f，与φ、σ1、σ3，即可判断出土体是处于何种状态：

（1）当φm<φ、σ1<σ1f、σ3>σ3f，土体处于稳定平衡状态；

（2）当φm=φ、σ1=σ1f、σ3=σ3f，土体处于极限平衡状态；

（3）当φm>φ、σ1>σ1f、σ3<σ3f，土体处于破坏状态；目前二十六页\总数五十九页\编于十九点<σ3，处于稳定状态目前二十七页\总数五十九页\编于十九点实际应用1、当计算A点时：σ1=？、σ3=？黏土C、φ、γA2、当计算B点时：σ1=？、σ3=？Bσ1=γh1、σ3=k0σ1h1h2σ1=γh2、σ3=0k0为静止土压力系数，可查47页表4-1确定3、开挖多深不会失稳？即C点的深度为多大？当σ3=0时，认为此处为剪切滑动面的最底端,此时Ch目前二十八页\总数五十九页\编于十九点测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验十字板剪切试验(适用:饱和软粘土)大型直接剪切试验直接剪切试验三轴压缩试验无侧限抗压试验抗剪强度试验室内室外6.4抗剪强度指标的确定目前二十九页\总数五十九页\编于十九点直剪仪一、直剪试验6.4抗剪强度指标的确定目前三十页\总数五十九页\编于十九点剪切力计量仪表剪切盒目前三十一页\总数五十九页\编于十九点PSTA一、直剪试验水平推力垂直压力p应力环水平力T目前三十二页\总数五十九页\编于十九点一、直剪试验水平推力垂直压力P6.4抗剪强度指标的确定应力环水平力T目前三十三页\总数五十九页\编于十九点一、直剪试验水平推力6.4抗剪强度指标的确定应力环水平力T垂直压力P目前三十四页\总数五十九页\编于十九点一、直剪试验水平推力6.4抗剪强度指标的确定应力环水平力T垂直压力P目前三十五页\总数五十九页\编于十九点一、直剪试验水平推力6.4抗剪强度指标的确定应力环水平力T垂直压力P目前三十六页\总数五十九页\编于十九点一、直剪试验水平推力6.4抗剪强度指标的确定应力环水平力T垂直压力P目前三十七页\总数五十九页\编于十九点一、直剪试验水平推力应力环水平力T垂直压力P目前三十八页\总数五十九页\编于十九点A一、直剪试验A——土样面积应力环水平力T垂直压力P目前三十九页\总数五十九页\编于十九点正应力：剪应力：A一、直剪试验应力环水平力T垂直压力P目前四十页\总数五十九页\编于十九点施加P，量测T，然后计算fOc一、直剪试验三组试样正应力：剪应力：最后画点，连直线，求出抗剪强度指标目前四十一页\总数五十九页\编于十九点直剪三种试验类型试验类型加垂直荷载时剪切时速度模拟类型快剪q不固结快速不排水剪切固结快剪cq固结快速固结不排水剪切慢剪s固结慢速固结排水剪切目前四十二页\总数五十九页\编于十九点直剪仪的优点:

设备简单,价格便宜,操作方便,易于掌握直剪仪的缺点④试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。①限定的剪切面不是土样最薄弱面；②应力应变分布不均匀，且垂直荷载发生偏转，使主应力大小方向都发生偏转；③受剪面积逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算；直剪试验的优缺点目前四十三页\总数五十九页\编于十九点

二、三轴压缩（剪切）试验压力室加压设备电脑采集目前四十四页\总数五十九页\编于十九点三轴剪切试验

试验装置①压力室；②围压系统；③轴压系统；④孔隙水压力量测系统；⑤排水系统主要组成：目前四十五页\总数五十九页\编于十九点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顶帽压力室分解目前四十六页\总数五十九页\编于十九点1Pc二、三轴剪切试验3目前四十七页\总数五十九页\编于十九点1Pc3二、三轴剪切试验目前四十八页\总数五十九页\编于十九点1Pc3二、三轴剪切试验目前四十九页\总数五十九页\编于十九点31总应力表示法有效应力表示法三组试样目前五十页\总数五十九页\编于十九点三轴剪切三种试验类型试验类型施加围压后剪切时简称不固结不排水剪不固结不排水不排水UU试验固结不排水剪固结排水不排水CU试验固结排水剪固结排水排水CD试验目前五十一页\总数五十九页\编于十九点三轴试验优缺点优点：①试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了解土中有效应力变化情况；②试样中的应力分布比较均匀，剪切面在试样的最薄弱处，结果比直剪试验可靠。缺点：①试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂；②试验在2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符。目前五十二页\总数五十九页\编于十九点ququ加压框架量表量力环升降螺杆无侧限压缩仪无侧限抗压强度试验，与岩石单轴抗压强度试验类似，是三轴压缩试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度。试样三、无侧限抗压试验目前五十三页\总数五十九页\编于十九点无侧限压缩仪目前五十四页\总数五十九页\编于十九点根据试验结果只能作出一个极限应力圆（3=0，1=qu）。因此对一般黏性土，无法作出强度包络线。qucu