ca巖土力學(xué)課件--第五章土的抗剪強(qiáng)度

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1、第五章土的抗剪強(qiáng)度§1概述一、抗剪強(qiáng)度的基本概念土的強(qiáng)度是指一部分土體相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)時(shí)的抵抗力，實(shí)質(zhì)上就是土體與土體之間的摩擦力。土的抗剪強(qiáng)度，首先決定于它本身的性質(zhì)，即土的組成，土的狀態(tài)和土的結(jié)構(gòu)，這些性質(zhì)又與它形成的環(huán)境和應(yīng)力歷史等因素有關(guān)；其次還決定于它當(dāng)前所受的應(yīng)力狀態(tài)。7/6/2021巖土力學(xué)滑動(dòng)面滑前邊坡原地面滑動(dòng)面圖5-1土坡滑動(dòng)圖5-2地基失穩(wěn)7/6/2021巖土力學(xué)二、工程中常見的強(qiáng)度問題（1）土作為土工結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性問題如人工筑成的路堤，土壩的邊坡以及天然土坡等的穩(wěn)定性問題。（2）土作為工程結(jié)構(gòu)的環(huán)境的問題即土壓力問題。這和邊坡穩(wěn)

2、定問題有直接聯(lián)系，若邊坡較陡不能保持穩(wěn)定，又由于場(chǎng)地或其他條件限制而不允許采用平緩邊坡時(shí)，就可以修筑擋土墻來保持力的平衡。這類工程問題如擋土墻、橋臺(tái)、地下隧道等。（3）土作為建筑物的地基問題，即地基承載力的問題。三、土的抗剪強(qiáng)度測(cè)試方法室內(nèi)試驗(yàn)：應(yīng)力狀態(tài)被改變，取土過程受到干擾原位測(cè)試：精度不高7/6/2021巖土力學(xué)§2土的抗剪強(qiáng)度和破壞理論屈服或塑流：軟土材料破壞形式斷裂：巖石，硬粘土一、土的屈服與破壞1．理想彈、塑性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系①應(yīng)力-應(yīng)變成直線關(guān)系②變形是完全彈性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是唯一的，與應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史無關(guān)③稱屈服應(yīng)力或破壞應(yīng)力abba

3、123應(yīng)變硬化應(yīng)變軟化彈性階段?1圖5-37/6/2021巖土力學(xué)2．土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（1）正常固結(jié)（松砂），圖5-3曲線（3）加工硬化,屈服點(diǎn)至b點(diǎn),無峰值（2）超固結(jié)（密松），圖5-3曲線（2）加工軟化，出現(xiàn)峰值3．實(shí)際計(jì)算時(shí)土的彈塑性問題（1）按線彈性體（2）按理想塑性材料二、莫爾——庫倫破壞理論（一）土的破壞理論1．廣義特萊斯卡理論?1-?3?1?3=300kpa?3=200kpa?3=100kpa圖5-4土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系7/6/2021巖土力學(xué)2．廣義密色斯理論式中E——材料的彈性模量——材料的泊松比——畸變能的極限值，3．莫爾——庫倫理論圖5

4、-5固定剪切面的剪切試驗(yàn)7/6/2021巖土力學(xué)（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——破壞面上的法向應(yīng)力——土的粘聚力，對(duì)于無粘性土，——土的內(nèi)摩擦角*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)（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u——土中的超靜孔隙水壓力——土的有效粘聚力——土的有效內(nèi)摩擦角，土的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)于同一種土，其值理論上與試驗(yàn)方法無關(guān)，應(yīng)接近于常數(shù)。7/6/2021巖土力學(xué)4．莫爾抗剪強(qiáng)度公式當(dāng)應(yīng)力變化范圍不很大時(shí)可用庫倫直線代替莫爾破壞包線（二）莫爾——庫

5、倫破壞準(zhǔn)則——極限平衡條件1．土體中剪切破壞面位置的確定（1）在地面荷載p作用下，土中某點(diǎn)M的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力圓在強(qiáng)度包線下面，該點(diǎn)應(yīng)力條件處于彈性狀態(tài)應(yīng)力圓正好與強(qiáng)度相切，該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài).A.C.B·Mp7/6/2021巖土力學(xué)O450+?/2450+?/2?1f（2）破裂面位置與最大主平面成2．極限平衡條件推導(dǎo)由(5-7)整理后：?3?1f???c圖5-7土的破裂面確定7/6/2021巖土力學(xué)又因故得（5-7）′又因得：故公式（5-7）′可寫為：7/6/2021巖土力學(xué)若，即對(duì)潔凈的砂土，則有當(dāng)時(shí)，歸納莫爾——庫倫破壞理論，可表達(dá)為如下三個(gè)要點(diǎn)：1．破

6、壞面上，材料的抗剪強(qiáng)度是法向應(yīng)力的函數(shù)?？杀磉_(dá)為：2．當(dāng)法向應(yīng)力不很大時(shí)，抗剪強(qiáng)度可簡(jiǎn)化為法向應(yīng)力的線性函數(shù)，即表示為庫倫公式7/6/2021巖土力學(xué)3．土單元體中，任何一個(gè)面上的剪應(yīng)力大于該面上土的抗剪強(qiáng)度，土單元體即發(fā)生破壞，用破壞準(zhǔn)則表示即為式（5-7）至式（5-10）的極限平衡條件（三）極限平衡條件的應(yīng)用達(dá)到極限平衡所要求的內(nèi)磨擦角單元體已破壞單元體處于彈性平衡狀態(tài)單元體處于塑性平衡狀態(tài)達(dá)極限平衡所要求的大主應(yīng)力土體已破壞，反之，處于彈性平衡狀態(tài)7/6/2021巖土力學(xué)§3土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法一、三軸剪切試驗(yàn)（一）常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)方法（1）排水剪：圖

7、及試驗(yàn)結(jié)果見第四章第二節(jié)（2）不排水剪：詳細(xì)討論見第五節(jié)圖5-11不排水剪切的應(yīng)力-應(yīng)變-孔壓關(guān)系曲線密實(shí)中密軸向應(yīng)變?1(%)u密實(shí)中密松0松軸向應(yīng)變?1(%)-1000-500501007/6/2021巖土力學(xué)（二）破壞包線和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)1．從應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線尋找破壞時(shí)的偏差應(yīng)力的方法有三種（1）取曲線的最大偏差應(yīng)力值當(dāng)需要用土的殘余強(qiáng)度時(shí)取試驗(yàn)曲線的終值作（2）以最大有效主應(yīng)力比處的偏差應(yīng)力值作為（3）取規(guī)定的軸向應(yīng)變值所相應(yīng)的偏差應(yīng)力作為值2．包絡(luò)線的作法由可作出包絡(luò)線?l7/6/2021巖土力學(xué)（三）三軸試驗(yàn)中的應(yīng)力路徑和破壞主應(yīng)力線1．三軸排水

8、所以應(yīng)力路徑：直線p=q*破壞主應(yīng)力線，——破壞點(diǎn)的