5.土的強(qiáng)度理論

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1、第五章土的強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度1.庫(kù)侖定律2.土的極限平衡條件剪切試驗(yàn)方法(直剪，三軸，無(wú)側(cè)限，十字板）不同排水條件下剪切試驗(yàn)成果*主要內(nèi)容工程中的強(qiáng)度問(wèn)題概述土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力§5.1土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件一、庫(kù)侖定律剪切試驗(yàn)播放1776年，庫(kù)侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)?f=?tan?砂土后來(lái)，根據(jù)粘性土剪切試驗(yàn)?f=c+?tan?粘土c??庫(kù)侖定律：土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力?的線性函數(shù)c:土的粘聚力?:土的內(nèi)摩擦角??f??f二、土體抗剪強(qiáng)度影響因素摩擦力的兩個(gè)來(lái)源1.滑動(dòng)摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦2.咬合

2、摩擦：土粒間互相嵌入所產(chǎn)生的咬合力粘聚力：由土粒之間的膠結(jié)作用和電分子引力等因素形成抗剪強(qiáng)度影響因素摩擦力：剪切面上的法向總應(yīng)力、土的初始密度、土粒級(jí)配、土粒形狀以及表面粗糙程度粘聚力：土中礦物成分、粘粒含量、含水量以及土的結(jié)構(gòu)三、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)土體內(nèi)一點(diǎn)處不同方位的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力?和法向應(yīng)力?）?3?3?1?1????3?1?dldlcos?dlsin?楔體靜力平衡???3?1?dldlcos?dlsin?斜面上的應(yīng)力莫爾應(yīng)力圓方程??O?1?31/2(?1+?3)?2?A(?,?)圓心坐標(biāo)[1/2(?1+?3)，0]應(yīng)力圓半徑r＝1/

3、2(?1－?3)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述四、土的極限平衡條件應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離：??強(qiáng)度線應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：極限應(yīng)力圓τ<τf彈性平衡狀態(tài)τ=τf極限平衡狀態(tài)τ>τf破壞狀態(tài)莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則莫爾應(yīng)力圓與庫(kù)侖強(qiáng)度線相切的應(yīng)力狀態(tài)作為土的破壞準(zhǔn)則(目前判別土體所處狀態(tài)的最常用準(zhǔn)則)?強(qiáng)度線?莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則?3?1c??f2?fA??cctg?(?1+?3)/2無(wú)粘性土：c=0土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為?f?f2?f?3?1c?A??cctg?1/2(?1+?3)說(shuō)明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪

4、應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成?/2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力τmax所控制?max五、例題分析【例】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430kPa，小主應(yīng)力為200kPa。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=15kPa，?=20o。試問(wèn)①該單元土體處于何種狀態(tài)？②單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？【解答】已知?1=430kPa，?3=200kPa，c=15kPa，?=20o1.計(jì)算法計(jì)算結(jié)果表明：?1f大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力?1，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)計(jì)算結(jié)果表明

5、：?3f小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)力?3，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)在剪切面上庫(kù)侖定律由于τ<τf，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)2.圖解法???c?1?1f?3f實(shí)際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成45o最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力庫(kù)侖定律最大剪應(yīng)力面上τ<τf，所以，不會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破壞τmax§5.2土的剪切試驗(yàn)方法一、直接剪切試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）剪切試驗(yàn)剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上的法向應(yīng)力?，剪應(yīng)力由剪切力除以試樣面積在法向應(yīng)力?作用下，剪應(yīng)力與剪切位

6、移關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得到該?作用下，土的抗剪強(qiáng)度4mmab剪切位移△l(2mm)剪應(yīng)力?（kPa)12在不同的垂直壓力?下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度τf，繪制τf-?曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，易于操作缺點(diǎn)：①剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。②試驗(yàn)中不能?chē)?yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。③上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過(guò)程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻二、三軸剪切試驗(yàn)應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測(cè)系統(tǒng)組

7、成應(yīng)力控制式三軸儀試驗(yàn)步驟:?3?3?3?3?3?3△?△?2.施加周?chē)鷫毫?.施加豎向壓力1.裝樣應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，量測(cè)系統(tǒng)抗剪強(qiáng)度包線分別在不同的周?chē)鷫毫?3作用下進(jìn)行剪切，得到3～4個(gè)不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線抗剪強(qiáng)度包線??c?三軸試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①試驗(yàn)中能?chē)?yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)孔隙水壓力，了解土中有效應(yīng)力變化情況②試樣中的應(yīng)力分布比較均勻缺點(diǎn)：①試驗(yàn)儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜②試驗(yàn)在?2=?3的軸對(duì)稱(chēng)條件下進(jìn)行，與土體實(shí)際受力情況可能不符總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)庫(kù)侖定律說(shuō)明：施

8、加于試樣上的垂直法向應(yīng)力?為總應(yīng)力，c、?為總應(yīng)力意義上的土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，稱(chēng)之為總應(yīng)力強(qiáng)