土力学抗剪强度

土力学抗剪强度第一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二§6.1概述§6.2土的抗剪强度理论§6.3土的抗剪强度测定试验§6.4饱和粘性土的抗剪强度§6.5无粘性土的抗剪强度本章主要内容：第二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二土工结构物或地基土渗透问题变形问题强度问题渗透特性变形特性强度特性§6.1概述第三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二1.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；2.三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理；3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。一、土的抗剪强度二、土的强度特点：第四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二基坑支护1.挡土结构物的破坏三、工程中土体的破坏类型挡土墙滑裂面第五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二平移滑动2.各种类型的滑坡崩塌旋转滑动流滑第六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二地基p3.地基的破坏第七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二☆土压力☆边坡稳定☆地基承载力★挡土结构物破坏★各种类型的滑坡★地基的破坏第八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二一、直剪试验和库仑公式二、土的强度机理三、摩尔-库仑强度理论§6.2土的抗剪强度理论本节主要内容：第九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二一、直剪试验和库仑公式直剪试验库仑（1776）

施加σ（=P/A）量测（=T/A）上盒下盒PSTA试验原理第十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二Occ

粘聚力内摩擦角

σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPa库仑公式：f：

土的抗剪强度tg：

摩擦强度-正比于压力c：

粘聚强度-与所受压力无关强度指标第十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二NT=NT二、土的强度的机理1.摩擦强度tg（1）滑动摩擦（2）咬合摩擦引起的剪胀（3）颗粒的破碎与重排列NT第十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二滑动摩擦颗粒破碎与重排列咬合摩擦引起的剪胀第十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二密度（e,粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分：对于：砂土>粘性土；高岭石>伊里石>蒙特石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）

在其他条件相同时：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角影响土的摩擦强度的主要因素：第十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二粘聚强度机理粘聚强度影响因素

2.凝聚强度静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度第十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二三、摩尔-库仑强度理论1.库仑公式2.应力状态与摩尔圆3.极限平衡应力状态4.摩尔-库仑强度理论5.破坏判断方法6.滑裂面的位置第十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二c

粘聚力内摩擦角

f：

土的抗剪强度tg：

摩擦强度-正比于压力c：

粘聚强度-与所受压力无关1.库仑公式第十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二στφστφc无粘性土粘性土抗剪强度曲线第十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二στ砂土：粘性土：库仑（Coulomb）公式c:土的粘聚力:土的内摩擦角第十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二莫尔—库仑强度理论（1）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似f

=c+tg（2）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第二十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二331131dlcosdlsin2、土中一点的应力状态第二十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二第二十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二Oz+zx-xzx213rR3.应力莫尔圆圆心：半径：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与第二十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二不同状态时的摩尔圆第二十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二4.极限平衡应力状态极限平衡应力状态：有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园的公切线。f第二十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二f与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。强度包线以内：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；第二十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件1f3Oc第二十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二第二十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二σ1<σ1f

弹性平衡状态σ1=σ1f

极限平衡状态σ1>σ1f

破坏状态Oc1f3115.破坏判断方法3=常数：判别对象：土体微小单元（一点）根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3，由σ3计算σ1f，比较σ1与σ1f第二十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二σ3>σ3f

弹性平衡状态σ3=σ3f

极限平衡状态σ3<σ3f

破坏状态Oc13f331=常数：根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3，由σ1计算σ3f，比较σ3与σ3f第三十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二

>安全状态

=

极限平衡状态

<

不可能状态Oc(1+3)/2

=常数：圆心保持不变根据应力状态计算出大小主应力σ1σ3，由σ1、σ3计算，与比较第三十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二31f45°＋/2Oc1f3226.滑裂面的位置与大主应力面夹角：

α=45+/2图中虚线所指位置为滑裂面第三十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二第三十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二一、室内试验二、野外试验§6.3抗剪强度测定试验直剪试验、三轴试验等制样（重塑土）或现场取样缺点：扰动优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等原位试验缺点：应力条件不易掌握优点：原状土的原位强度第三十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二PSTAσ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPaOc一、室内试验1.直剪试验第三十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二通过控制剪切速率来近似模拟排水条件3.快剪施加正应力后立即剪切3-5分钟内剪切破坏1.固结慢剪：施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压2.固结快剪施加正应力-充分固结在3-5分钟内剪切破坏第三十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二

设备简单，操作方便结果便于整理测试时间短

试样应力状态复杂应变不均匀不能控制排水条件剪切面固定优点缺点第三十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二直接剪切试验土的剪切试验方法第三十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二抗剪强度曲线第三十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二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2.三轴试验（1）试样应力特点与试验方法（2）强度包线（3）试验类型（4）优缺点第四十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应力控制式三轴仪试验步骤:1.装样2.施加周围压力3.施加竖向压力

3

3

3

3

3

3△△三轴剪切试验第四十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二方法：首先试样施加静水压力—室压（围压）1=2=3；然后通过活塞杆施加的是应力差Δ1=

1-3。

（1）试样应力特点与试验方法：特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r第四十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二强度包线(1-)fc

(1-)f11-31

=15%分别作围压为100kPa、200kPa、300kPa的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f绘制三个破坏状态的应力摩尔圆，画出它们的公切线——强度包线，得到强度指标c与

（2）强度包线第四十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二固结排水试验（CD试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，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以便充分排水，避免产生超静孔压固结不排水试验（CU试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水不固结不排水试验（UU试验）1关闭排水阀门，围压下不固结；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水cd、d

ccu、cu

cu、u

（3）试验类型第四十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二固结排水试验（CD试验）

ConsolidatedDrainedTriaxialtest(CD)

抗剪强度指标：cdd（c）固结不排水试验（CU试验）

ConsolidatedUndrainedTriaxialtest(CU)

抗剪强度指标：ccucu不固结不排水试验（UU试验）

UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU)

抗剪强度指标：cuu（

cuuuu）试验类型汇总第四十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二优点：1应力状态和应力路径明确；2排水条件清楚，可控制；3破坏面不是人为固定的；4试验单元体试验缺点：设备相对复杂，现场无法试验说明：3＝0即为无侧限抗压强度试验（4）优点和缺点第四十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二二、野外试验十字板剪切试验第四十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；通过施加的扭矩计算土的抗剪强度第四十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二时M1HDM2第四十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二无侧限抗压强度试验第五十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二强度指标：§6.4饱和粘性土的抗剪强度粘聚力c

内摩擦角强度指标的分类：按照分析方法，可分为总应力强度指标与有效应力强度指标；按照试验方法，可分为直剪强度指标与三轴试验强度指标；按照应力应变状态，可分为峰值强度指标与残余强度指标。第五十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二一.总应力指标与有效应力指标二.三轴试验强度指标三.土的强度指标的工程应用本节主要内容：第五十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二一、总应力指标与有效应力指标1.两种强度指标的比较2.有效应力、总应力强度包线第五十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二1.两种强度指标的比较土的抗剪强度的有效应力指标c,=c+tg=-u符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定土的抗剪强度的总应力指标c,=c+tg便于应用,但u不能产生抗剪强度，不符合强度机理强度指标抗剪强度简单评价第五十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二二、饱和粘性土的抗剪强度1、不固结不排水抗剪强度2、固结不排水抗剪强度3、固结排水抗剪强度第五十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二凡是可以确定（