土的強度理論——極限平衡條件課件.ppt

《土的強度理論——極限平衡條件課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、主編：盛海洋土質學與體力學高職高專道路橋梁工程技術專業(yè)“十二五”規(guī)劃教材【學習目標】1、敘述土體的強度定律和強度理論；2、知道測定地基土抗剪強度指標的各種方法，完成用直接剪切試驗測定抗剪強度指標的實訓任務；3、熟悉確定地基土容許承載力的各種方法；4、完成用規(guī)范法確定地基土承載力，并用理論計算法進行驗算的工作任務。土的強度與地基土承載力的確定任務7土的強度與測定方法學習重點：抗剪強度概念；庫侖定律；土的極限平衡條件；測定地基土抗剪強度指標的各種方法。學習難點：土的極限平衡條件；測定地基土抗剪強度指標的各種方法。土的強度與地基土承載力的確定學習相關知識7.1抗剪強度與庫侖

2、定律7.1.1抗剪強度的概念土的抗剪強度是指土體抵抗剪切變形與破壞的極限能力，其大小等于剪切破壞時滑動面上的剪應力。土的抗剪強度又稱為土的強度。在實踐工程中，與土的抗剪強度有關的工程問題主要有以下三方面：第一，是土坡穩(wěn)定性問題，包括土壩、路堤等人工填方土坡和山坡、河岸等天然土坡以及挖方邊坡等的穩(wěn)定性問題，如圖7-1（a）所示。第二，是土壓力問題，包括擋土墻、地下結構物等所受的周圍土體對其產(chǎn)生的側向壓力，可能導致這些構造物發(fā)生滑動或傾覆，如圖7-1（b）所示。第三，是地基的承載力問題，若外荷載很大，基礎下地基產(chǎn)生整體滑動或因局部剪切破壞而導致過大的地基變形，都會造成上部

3、結構的破壞或影響其正常使用的事故，如圖7-1（c）所示。土的強度與地基土承載力的確定圖7-1工程中土的強度問題（a）路堤滑動（b）擋土墻傾覆（c）地基失穩(wěn)土的強度與地基土承載力的確定7.1.2庫侖定律為了砂究土的抗剪強度，最簡單的方法是將土樣裝在剪切盒里（圖7-2），在土樣上施加一定的法向壓力P，然后再在下盒上施加剪Fs，使上盒與下盒發(fā)生相對錯動，把土樣在上下盒接觸面處剪壞，從而測得土的抗剪強度?f，取三個以上的土樣，加上不同的法向壓力，分別測得相應的抗剪強度，并由此繪出土的抗剪強度包線（圖7-2)。1776年法國科學家?guī)靵?C.A.Coulomb)通過一系列砂土剪切

4、試驗發(fā)現(xiàn)，在法向應力變化范圍不大時，抗圖7-2剪切試驗簡圖剪強度與法向應力的關系近似為一條直線，由此提出砂土的抗剪強度表達公式：土的強度與地基土承載力的確定后來又根據(jù)黏性土的試驗結果，提出更為普遍的抗剪強度表達公式：圖7-3抗剪強度與法向應力之間的關系（a）砂土（b）黏性土式中：——土的抗剪強度，kPa；——作用在剪切破壞面上的法向總應力，kPa；——土的粘聚力，kPa；對于無黏性土，c=0；——土的內(nèi)摩擦角，度。土的強度與地基土承載力的確定式（7-1）、（7-2）一起統(tǒng)稱為庫侖公式或庫侖定律，、反映了土的抗剪強度規(guī)律，稱為土的抗剪強度指標。從式（7-1）可以看出，無

5、黏性土（如砂土）的c=0，因而式（7-1）是（7-2）的一個特例，其抗剪強度與作用在剪切面上的法向應力成正比。當=0時，=0，這表明無黏性土的抗剪強度由剪切面上土粒間的內(nèi)摩擦力()所形成。內(nèi)摩擦力包括土粒間的滑動摩擦力和土粒間相互嵌入所產(chǎn)生的咬合力，其大小除了與剪切面上的法向應力有關外，還與土粒表面的粗糙度、密實度、土顆粒的大小以及顆粒級配等因素有關。由式（3-2）可知，黏性土的抗剪強度包括內(nèi)摩擦力（）和粘聚力（c）兩部分，粘聚力是由于黏性土粒之間的膠結作用和電分子吸引力作用等形成的，其大小與土的礦物組成和壓密程度有關。土粒越細，塑性越大，其粘聚力就越大。土的強度與地

6、基土承載力的確定7.2土的強度理論——極限平衡條件土的強度破壞通常是指剪切破壞，當土體中任意一點在某一平面上的剪應力等于土的抗剪強度時，該點即處于極限平衡狀態(tài)。此時土的大、小主應力與土的抗剪強度指標之間的關系稱為土的極限平衡條件。為了得到土的極限平衡條件，通常需先研究土中一點的應力狀態(tài)。土的強度與地基土承載力的確定7.2.1土體中任一點的應力狀態(tài)為簡單起見，以下僅研究平面應變問題。在土體中任取一微單元體，如圖7-4（a）所示，設作用在該單元體上的大、小主應力分別為和，在微單元體內(nèi)與主應力作用平面成任意角的mn平面上有正應力和剪應力。取楔形脫離體abc如圖7-4（b）所

7、示。圖7-4土中任一點的應力（a）微單元體上的應力；(b)隔離體上的應力；(c)莫爾應力圓土的強度與地基土承載力的確定根據(jù)靜力平衡條件建立方程組如下：聯(lián)立求解，可得mn平面上的應力為：土的強度與地基土承載力的確定由材料力學應力狀態(tài)分析可知，以上、和、之間的關系也可以用莫爾應力圓表示，如圖7-4（c），即在-直角坐標系中，按一定的比例尺，沿軸截取OB和OC分別表示和，以O1點為圓心，為直徑作圓，從O1C開始逆時針旋轉2角，得O1A線?？梢宰C明，A點的橫坐標即為斜面mn上的正應力，縱坐標即為斜面mn上的剪應力。該點所對應的圓心角2表示該方向面與最大主應力