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文檔簡介
1、 概 述o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。o工程實踐中與土的抗剪強度有關的工程主要有以下3類: (1)路堤的穩(wěn)定 (2)土壓力 (3)地基的承載力問題強度的概念與莫爾庫侖理論固體間的摩擦力直接取決于接觸面上的法向力和接觸材料的摩擦角0 由物體滑動概念出發(fā),應力偏角 小于剪切面上的摩擦角 ,物體就不會滑動tanWT 0tanW強度的概念與莫爾庫侖理論材料力學理論材料力學理論強度的概念與莫爾庫侖理論(13)/2ooo(13)/2強度的概念與莫爾庫侖理論強度的概念與莫爾庫侖理論tgf強度的概念與莫爾庫侖理論tg cf土的極限平衡條件tg cfABDOf極限平衡條件莫爾庫侖
2、破壞準則極限應力圓破壞應力圓剪切破壞面土的極限平衡條件-土的極限平衡條件土的極限平衡條件確定強度指標的試驗o測定土抗剪強度指標的試驗稱為剪切試驗o按照常用的試驗儀器將剪切試驗分為 直接剪切試驗 三軸壓縮試驗 無側向抗壓強度試驗 十字板剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗o在直剪試驗過程中,不能量測孔隙水應力,也不能控制排水,所以只能以總應力法來表示土的抗剪強度。但是為了考慮固結程度和排水條件對抗剪強度的影響,根據(jù)加荷速率的快慢可將之間試驗劃分為o快剪o固結快剪o慢剪直接剪切試驗直接剪切試驗o直剪試驗的缺點:直剪試驗
3、的缺點:o剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面o試驗中試驗的排水程度靠試驗速度的快慢控制o由于上下土盒的錯動,剪切過程中試樣的有效面積減小,使試樣中的應力分布不均勻,主應力方向發(fā)生變化,當剪切變形較大時這一缺陷表現(xiàn)更為突出。三軸壓縮試驗o三軸壓縮試驗直接量測的是試樣在不同恒定周圍壓力下的抗壓強度,然后利用莫爾庫侖破壞理論間接推求土的抗剪強度。三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗o三軸試驗根據(jù)試樣的固結和排水條件不同,可分為不固結不排水剪(UU)、固結不排水剪(CU)、固結排水剪(CD)。分別對應于直剪試驗的快剪、固結快剪和慢剪試驗。三軸壓縮試驗o剪破有效應力 有效應力圓與
4、總應力圓大小相同,只是當剪破時的孔隙水應力為正值時,有效應力圓在總應力圓的左邊;而當剪破時的孔隙水應力為負值時,有效應力圓在總應力圓的右邊。無側限抗壓強度試驗o三軸壓縮試驗當周圍壓力為零時即為無側限試驗條件,此時只有軸向壓力,所以也稱單軸壓縮試驗。o由于試樣的側向力為零,在軸向受壓時,其側向變形不受限制,故又稱無側限壓縮試驗。o由于試樣是在軸向壓縮的條件下破壞的,因此把這種情況下土能承受的最大軸向壓力稱為無側限抗壓強度,以qu表示無側限抗壓強度試驗無側限抗壓強度試驗極限應力圓原位十字板剪切試驗o原位十字板剪切試驗是一種利用十字板剪切儀在現(xiàn)場測定土的抗剪強度的方法。這種方法適用于在現(xiàn)場測定飽和粘
5、性土的原位不排水強度,特別適用于均勻的飽和軟粘土。原位十字板剪切試驗原位十字板剪切試驗三軸壓縮試驗中的孔隙應力系數(shù)uc+ 3c+ 1三軸壓縮試驗中的孔隙應力系數(shù)u0=0ccu133u201 321uuu孔隙應力系數(shù)Bo定義:當試樣在不排水條件下受到各向相等壓力增量時,產(chǎn)生的孔隙應力增量與壓力增量之比定義為孔隙應力系數(shù)31uBoB反映土體在各向相等壓力作用下,孔隙應力變化情況的指標,也是反映土體飽和程度的指標孔隙應力系數(shù)BoB=1 飽和土的不固結不排水試驗試驗中,試樣在周圍壓力增量下將不發(fā)生豎向和側向變形,這時的周圍壓力增量完全由孔隙水承擔oB=0 土完全干燥,周圍壓力增量完全由土骨架承擔o0B
6、1 非飽和土,孔隙中流體的壓縮性與土骨架的壓縮性為一個量級,飽和度越大,B越接近于1孔隙應力系數(shù)Ao定義:當試樣在不排水條件下軸向應力增量q作用時,產(chǎn)生的孔隙水應力為u2,我們定義另一孔壓系數(shù)A為對于飽和土:)(312AuA的大小取決于土的壓縮性和膨脹性,對于靈敏度很高的黏土A值可大于1,而對于嚴重的超固結土,A值可以為負值??紫稇代入得:孔隙應力不固結不排水試驗:固結不排水試驗:固結排水試驗:B=1對于飽和土:例把半干硬黏土樣放在單軸壓力儀中進行試驗,當垂直壓力1=100 kPa 時,土樣被剪破,如把同一土樣置入三軸儀中,先在壓力室中加水壓3=150 kPa,再加垂直壓力,直到1=40
7、0 kPa,土樣才破壞。試求: 土樣的和c值; 土樣破裂面與垂線的夾角; 在三軸儀中剪破時破裂面上的法向應力和剪應力。 【解】 根據(jù)在單軸儀和三軸儀中土樣破壞時的應力狀態(tài), 可以在應力坐標上繪制兩個極限應力圓O和O,如圖 所示。其共同切線為強度線,由該圖可求算: O圓的半徑50O b kPa,O圓的半徑400 1501252O a kPa。 因O O e ,故 1255075sin0.333150 12550225O eO O 所以 19.47 由于1(90)54.742OdO, 由O Od中可解出: 5035.36tan1.414O Oc kPa 土樣破裂面與垂線的夾角19.46454535
8、.2722。 由極限應力圓O看出,剪裂面上的法向應力Oa為f,剪應力aa為f,由于O aa,從O aa可導出f和f為 400 150400 150sin275 125 0.333233.322fOa kPa 400 150cos125 0.943117.92faa kPa 三軸試驗中土的剪切性狀o前面介紹了測定土抗剪強度的試驗儀器及其試驗的一般原理和方法,并討論了土的抗剪強度的一般規(guī)律。但對土在剪切試驗中某些性狀,影響土抗剪強度的某些因素,如密度、應力歷史等都未涉及到。本節(jié)將就土在剪切試驗中表現(xiàn)出的抗剪強度特性進行進一步的討論。砂性土的剪切性狀o砂土的抗剪強度受密度、顆粒形狀、表面粗糙度和級配
9、的影響。對于一般砂土來講,影響抗剪強度的主要因素是其初始孔隙比(或初始干密度);o初始孔隙比越小,抗剪強度越高;o同一種砂土在相同的孔隙比下飽和時的內摩擦角比干燥時小。砂性土的剪切性狀砂土的應力軸向應變體變o松砂受剪時,顆粒滾落到平衡位置,排列更緊密些,所以體積縮小,把這種因剪切而體積縮小的現(xiàn)象稱為剪縮性。松 砂砂土的應力軸向應變體變o緊砂受剪時,顆粒必須升高以離開它們原來的位置而彼此才能滑過,從而導致體積膨脹,把這種因剪切而體積膨脹的現(xiàn)象稱為剪脹性。緊 砂砂土的應力軸向應變體變 隨著軸向應變的增加,松砂的強度逐漸增加,曲線應變硬化。體積逐漸減小緊砂的強度達到一定值后,隨著軸向應變的繼續(xù)增加,
10、強度反而減小,最后呈應變軟化型 體積開始時稍有減小,繼而增加,超過它的初始體積砂土的應力軸向應變體變o飽和砂土在低周圍壓力下受剪時,如果不允許它的體積發(fā)生變化,則 緊砂為抵抗剪脹的趨勢,將通過調整土體內部應力,緊砂產(chǎn)生負孔隙水壓緊砂產(chǎn)生負孔隙水壓力力,使周圍壓力增加,以保持體積不變o松砂為抵抗體積縮小的趨勢,松砂將產(chǎn)生正孔隙水壓力松砂將產(chǎn)生正孔隙水壓力,使周圍壓力減小,以保持體積不變。砂土的殘余強度砂土的液化o液化:任何物質轉化為液體的行為或過程o砂土液化:砂土在突發(fā)的動荷載作用下,不能在短時間排水固結,為抵抗剪力引起的體積縮小的趨勢,將產(chǎn)生很大的孔隙水壓力,從而導致土體的抗剪能力完全喪失的現(xiàn)
11、象。飽和粘性土的剪切性狀o固結不排水試驗,固結排水試驗采用飽和重塑土;不固結不排水試驗,超固結土采用原狀試樣。o飽和粘性土試樣的抗剪強度除受固結程度和排水條件影響外,在一定程度上還受它的應力歷史的影響。正常固結土UU試驗正常固結土CU試驗cu正常固結土CD試驗d三種試驗結果的對比超固結粘土UU試驗o超固結飽和粘土的試驗方法與正常固結土的情況完全相同。它們的試驗結果主要不同點在于:對試驗施加的周圍壓力即初始有效固結應力小于原位應力,體現(xiàn)試驗剪前為超固結狀態(tài)。o超固結飽和粘土在受剪過程中表現(xiàn)出類似緊砂的特征,即開始稍有剪縮,接著體積膨脹。因而便在試樣內部先出現(xiàn)正的孔隙水應力,繼而減小。超固結粘土UU試驗超固結粘土CU試驗ccuccu超固結粘土CD試驗cdcd三種試驗結果的強度包線cud正常固結土cudcccud超固結土抗剪強度指標的選擇 根據(jù)工程問題的性質,決定采用總應力或有效應力強度指標。 一般認為由三軸固結不排水試驗確定的有效應力強度參數(shù)c和 宜用于分析地基的長期穩(wěn)定性;而對于飽和軟黏土的短期穩(wěn)定問題,宜采用不固結不排水試驗的強度指標(cu)
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