土的抗剪強(qiáng)度課件.ppt

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1、土的抗剪強(qiáng)度王英浩內(nèi)蒙古科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院巖土教研組概述土的破壞主要是由于剪切引起的，剪切破壞是土體破壞的重要特點(diǎn).工程時(shí)間中與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的工程主要有以下3類:（1）土質(zhì)土壩的穩(wěn)定（2）土壓力（3）地基的承載力問題工程實(shí)例－土坡穩(wěn)定工程實(shí)例－土坡穩(wěn)定工程實(shí)例－土壓力工程實(shí)例－土壓力工程實(shí)例－地基承載力問題工程實(shí)例－地基承載力問題第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度概述土的抗剪強(qiáng)度:是指土體抵抗剪切破壞的極限能力?；瑒用?破壞面):當(dāng)土體受到荷載作用后,土中各點(diǎn)將產(chǎn)生剪應(yīng)力,若某點(diǎn)的剪應(yīng)力達(dá)到其抗剪強(qiáng)度,在剪切面兩側(cè)的土體將產(chǎn)生相對位移而產(chǎn)生滑動

2、破壞,該剪切面稱為滑動面或破壞面。一.庫侖公式1）庫倫公式基本形式（總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式）式中——剪切破壞面上的剪應(yīng)力，即土的抗剪強(qiáng)度(KPa)——破壞面上的法向應(yīng)力(KPa)——土的粘聚力，(KPa)對于無粘性土，——土的內(nèi)摩擦角(o)稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，同一種土，它們與試驗(yàn)方法有關(guān)無粘性土粘性土（2）有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式式中——剪切破壞面上的有效法向應(yīng)力(KPa)u——土中的超靜孔隙水壓力(KPa)——土的有效粘聚力(KPa)——土的有效內(nèi)摩擦角(o)稱為土的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，同一種土，其值理論上與試驗(yàn)方法無關(guān)，應(yīng)接近于常數(shù)。問題:總應(yīng)力法

3、與有效應(yīng)力法的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?總應(yīng)力法比有效應(yīng)力法簡單,因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)不需測量孔隙水壓力,進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí)也不考慮孔隙水壓力,只需測量總應(yīng)力即可.但是對于同一種土,施加相同的總應(yīng)力,如果試驗(yàn)方法不同,或者說控制的排水條件不同,則所得的強(qiáng)度指標(biāo)也就不相同.也就是說,總應(yīng)力和土的抗剪強(qiáng)度沒有唯一對應(yīng)的關(guān)系,應(yīng)用較多.有效應(yīng)力法考慮了孔隙水壓力的影響,只計(jì)入作用于粒間的有效應(yīng)力,試驗(yàn)證明,對于同一種土,不論采用何種試驗(yàn)方法,只要能準(zhǔn)確測量出孔隙水壓力,則所得的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是相同的.它們有唯一對應(yīng)的關(guān)系.但測量孔隙水壓力時(shí),比較麻煩,需要精確評價(jià)地基強(qiáng)

4、度和穩(wěn)定性時(shí)常采用.抗剪強(qiáng)度的來源：1）無粘性土：來源于土粒間的摩擦力（內(nèi)摩擦力）。包括：a.一部分由于土顆粒粗糙產(chǎn)生的表面摩擦力；b.另一部分是粗顆粒之間互相鑲嵌，聯(lián)鎖作用產(chǎn)生的咬合力。2）粘性土：除內(nèi)摩擦力外，還有內(nèi)聚力。內(nèi)聚力主要來源于：土顆粒之間的電分子吸引力和土中膠結(jié)物質(zhì)（硅、鐵物質(zhì)和碳酸鹽等）對土粒的膠結(jié)作用。二.莫爾-庫侖強(qiáng)度理論(一)、土體中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)假定土層為均勻、連續(xù)的半空間材料，研究地面以下任一深度處M點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。下面僅研究平面問題，在土體中取一微單元體，作用在該單元體上的兩個(gè)主應(yīng)力為，則作用在與大主應(yīng)力作用面

5、成角的平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力可根據(jù)靜力平衡條件求得：如下圖。以上可用莫爾圓表示，(二)、土的極限平衡條件的建立如果給定了土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)?和c以及土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，則可將抗剪強(qiáng)度包線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一張坐標(biāo)圖上。它們之間的關(guān)系有三種情況：（1）莫爾圓位于抗剪強(qiáng)度包線下方（圓1），說明該點(diǎn)在任何平面上的剪應(yīng)力都小于土所能發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度，因此不會發(fā)生剪切破壞；（2）圓3實(shí)際上不存在；（3）圓2，說明在A點(diǎn)所代表的平面上剪應(yīng)力正好等于抗剪強(qiáng)度，該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)。c土處于極限平衡狀態(tài)下時(shí)根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線相切的幾何關(guān)系，可建立以下

6、極限平衡條件：粘性土：化簡后得：無粘性土：破裂面破裂角：破壞面與大主應(yīng)力作用面間的夾角問題:土體的最大剪應(yīng)力面是否即剪切破裂面?對于飽和軟粘土,在不排水條件下,其內(nèi)摩擦角為0,此時(shí)土體的最大剪應(yīng)力面即為剪切破裂面.第二節(jié)抗剪強(qiáng)度的測定方法測定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)稱為剪切試驗(yàn)按照常用的試驗(yàn)儀器將剪切試驗(yàn)分為直接剪切試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)無側(cè)向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)近似模擬直接剪切試驗(yàn)應(yīng)變控制式直剪儀應(yīng)變控制式直剪儀的試驗(yàn)原理：對同一種土至少取4個(gè)平行試樣，分別在不同垂直壓力?下剪切破壞，將試驗(yàn)結(jié)果繪制抗剪強(qiáng)度?f與相應(yīng)垂直壓力?的關(guān)系圖。試驗(yàn)結(jié)

7、果表明，對于粘性土?f~?基本上呈直線關(guān)系，直線方程可用庫倫公式表示；對于無粘性土，?f~?則是通過原點(diǎn)的直線。的缺點(diǎn)直接剪切儀限定剪切面不一定是最薄弱面剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻剪切面在剪切過程中是逐漸縮小的不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力構(gòu)造簡單操作方便的優(yōu)點(diǎn)直接剪切儀三軸壓縮試驗(yàn)對同一種土至少取3個(gè)平行試樣，分別在不同周圍壓力?3和軸壓?1作用下剪切破壞，將試驗(yàn)結(jié)果繪制為若干個(gè)極限應(yīng)力圓。根據(jù)莫爾-庫倫理論，這一組極限應(yīng)力圓的公共切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線，可近似取為一條直線，直線的方程即為庫倫公式所表示的方程。三軸壓縮儀的試驗(yàn)原

8、理：c0三軸壓縮試驗(yàn)原理的優(yōu)點(diǎn)三軸壓縮儀的缺點(diǎn)三軸壓縮儀能較嚴(yán)格地控制排水條件剪切破壞面為最薄弱面試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)過程相對復(fù)雜試樣的受力狀態(tài)為軸對稱情況，與實(shí)際土體的受力狀態(tài)未必相