抗剪強(qiáng)度概述

本章提要學(xué)習(xí)難點(diǎn)第五章：土的抗剪強(qiáng)度土是如何破壞的？如何衡量土的強(qiáng)度？如何測定土的強(qiáng)度？如何應(yīng)用土的強(qiáng)度指標(biāo)？土的抗剪強(qiáng)度理論及本質(zhì)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及測試方法土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的種類及選取§5.1抗剪強(qiáng)度概述§5.2抗剪強(qiáng)度的測定第五章：土的抗剪強(qiáng)度§5.1抗剪強(qiáng)度概述概述土體強(qiáng)度及其特點(diǎn)工程中土的強(qiáng)度問題土的抗剪強(qiáng)度土的強(qiáng)度的特點(diǎn)各種類型的滑坡(sliding)擋土和支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞地基的破壞砂土的液化(liquefaction)土的強(qiáng)度及其特點(diǎn)天然狀態(tài)下的砂沿坡方向的平衡：天然休止角，也是最松狀態(tài)下的砂內(nèi)摩擦角砂堆TWN§5.1抗剪強(qiáng)度概述土的強(qiáng)度及其特點(diǎn)靜止砂丘移動(dòng)砂丘30~35天然狀態(tài)下的沙丘固定沙丘背風(fēng)坡角度接近天然休止角，一般為=30-35，大于礦物滑動(dòng)摩擦角顆粒間存在一定的咬合作用§5.1抗剪強(qiáng)度概述土體強(qiáng)度的特點(diǎn)碎散性：強(qiáng)度不是顆粒礦物本身的強(qiáng)度，而是顆粒間相互作用-主要是抗剪強(qiáng)度與剪切破壞，顆粒間粘聚力與摩擦力三相體系：三相承受與傳遞荷載-有效應(yīng)力原理

自然變異性：土的強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)雜性§5.1抗剪強(qiáng)度概述各種類型的滑坡崩塌平移滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)流滑滑裂面§5.1抗剪強(qiáng)度概述1994年4月30日崩塌體積400萬方，10萬方進(jìn)入烏江死4人，傷5人，失蹤12人；擊沉多艘船只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡滑坡體崩入烏江近百萬方；江水位差數(shù)米，無法通航。烏江武隆雞冠嶺

山體崩塌§5.1抗剪強(qiáng)度概述滑坡堰塞湖—易貢湖湖水每天上漲50cm！天然壩

壩高290m滑坡堰塞湖

庫容15億方2000年西藏易貢巨型滑坡§5.1抗剪強(qiáng)度概述錨固破壞整體滑動(dòng)底部破壞土體下沉墻體折斷擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞§5.1抗剪強(qiáng)度概述廣州京光廣場基坑塌方使基坑旁辦公室、民工宿舍和倉庫倒塌，死3人，傷17人§5.1抗剪強(qiáng)度概述大阪的港口碼頭擋土墻由于液化前傾§5.1抗剪強(qiáng)度概述地基的破壞地基P滑裂面§5.1抗剪強(qiáng)度概述某谷倉地基的破壞§5.1抗剪強(qiáng)度概述砂土的液化(liquefaction)日本新瀉1964年地震引起大面積液化§5.1抗剪強(qiáng)度概述土壓力邊坡穩(wěn)定性地基承載力振動(dòng)液化特性擋土結(jié)構(gòu)物破壞各種類型的滑坡地基的破壞砂土的液化核心問題:土體的強(qiáng)度理論§5.1抗剪強(qiáng)度概述土的抗剪強(qiáng)度理論直剪試驗(yàn)與庫侖公式土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理

莫爾-庫侖強(qiáng)度理論§5.1抗剪強(qiáng)度概述法國軍事工程師，在摩擦、電磁方面做出了奠基性的貢獻(xiàn)。1773年發(fā)表了關(guān)于土壓力方面論文，成為土壓力的經(jīng)典理論庫侖（C.A.Coulomb）(1736-1806)§5.1抗剪強(qiáng)度概述直剪試驗(yàn)PT土樣下盒上盒S面積A直剪試驗(yàn)法向應(yīng)力：剪應(yīng)力：剪切變形S1S23§5.1抗剪強(qiáng)度概述直剪試驗(yàn)的強(qiáng)度包線S123Oc庫侖公式：（1776）f1f2f3f

：土的抗剪強(qiáng)度tg：摩擦強(qiáng)度-正比于壓力：土的內(nèi)摩擦角c：粘聚強(qiáng)度-與所受壓力無關(guān)§5.1抗剪強(qiáng)度概述–直剪試驗(yàn)與庫倫公式土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和是決定土的抗剪強(qiáng)度的兩個(gè)指標(biāo)，稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)當(dāng)采用總應(yīng)力時(shí)，稱為總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)當(dāng)采用有效應(yīng)力時(shí)，稱為有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)對無粘性土通常認(rèn)為，粘聚力C=0庫侖公式:§5.1抗剪強(qiáng)度概述–直剪試驗(yàn)與庫倫公式摩擦強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度：決定于剪切面上的正應(yīng)力σ和土的內(nèi)摩擦角由顆粒之間發(fā)生滑動(dòng)時(shí)顆粒接觸面粗糙不平所引起，與顆粒的形狀，礦物組成，級配等因素有關(guān)0.020.060.20.623020顆粒直徑(mm)滑動(dòng)摩擦角u粗粉細(xì)砂中砂粗砂滑動(dòng)摩擦咬合摩擦包括如下兩個(gè)組成部分：滑動(dòng)摩擦§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理摩擦強(qiáng)度：決定于剪切面上的正應(yīng)力σ和土的內(nèi)摩擦角滑動(dòng)摩擦咬合摩擦包括如下兩個(gè)組成部分：是指相鄰顆粒對于相對移動(dòng)的約束作用當(dāng)發(fā)生剪切破壞時(shí)，相互咬合著的顆粒A必須抬起，跨越相鄰顆粒B，或在尖角處被剪斷（C），才能移動(dòng)土體中的顆粒重新排列，也會(huì)消耗能量咬合摩擦CABCAB剪切面§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理摩擦強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度密度粒徑級配顆粒的礦物成分粒徑的形狀粘土顆粒表面的吸附水膜影響土的摩擦強(qiáng)度的主要因素:§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理凝聚強(qiáng)度細(xì)粒土：粘聚力c取決于土粒間的各種物理化學(xué)作用力作用機(jī)理：庫倫力（靜電力）、范德華力、

膠結(jié)作用力和毛細(xì)力等影響因素：地質(zhì)歷史、粘土顆粒礦物成分、

密度與離子濃度粗粒土：一般認(rèn)為是無粘性土，不具有粘聚強(qiáng)度：當(dāng)粗間有膠結(jié)物質(zhì)存在時(shí)可具有一定的粘聚強(qiáng)度非飽和砂土，粒間受毛細(xì)壓力，具有假粘聚力§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理

應(yīng)力狀態(tài)與莫爾圓

極限平衡應(yīng)力狀態(tài)

莫爾-庫侖強(qiáng)度理論

破壞判斷方法

滑裂面的位置莫爾-庫侖強(qiáng)度理論§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論應(yīng)力狀態(tài)yyzxyzxxz三維應(yīng)力狀態(tài)二維應(yīng)力狀態(tài)zxzxzx§5.1抗剪強(qiáng)度概述–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論莫爾圓應(yīng)力分析符號規(guī)定材料力學(xué)+-正應(yīng)力剪應(yīng)力拉為正壓為負(fù)順時(shí)針為正逆時(shí)針為負(fù)+-土力學(xué)壓為正拉為負(fù)逆時(shí)針為正順時(shí)針為負(fù)§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論應(yīng)力莫爾圓O213rp大主應(yīng)力：小主應(yīng)力:圓心：半徑：zxzxzx1(z,zx)(x,xz)莫爾圓：單元的應(yīng)力狀態(tài)圓上點(diǎn)：一個(gè)面上的與莫爾圓轉(zhuǎn)角2：作用面轉(zhuǎn)角§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論極限平衡應(yīng)力狀態(tài)§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論極限平衡應(yīng)力狀態(tài)：當(dāng)一面上的應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到=f土的強(qiáng)度包線：所有達(dá)到極限平衡狀態(tài)的莫爾圓的公切線切點(diǎn)=破壞面應(yīng)力莫爾圓與強(qiáng)度包線f強(qiáng)度包線以下：任何一個(gè)面上的一對應(yīng)力與都沒有達(dá)到破壞包線，不破壞與破壞包線相切：有一個(gè)面上的應(yīng)力達(dá)到破壞與破壞包線相交：有一些平面上的應(yīng)力超過強(qiáng)度§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論不可能發(fā)生土單元的某一個(gè)平面上的抗剪強(qiáng)度f是該面上作用的法向應(yīng)力的單值函數(shù),f=f()（莫爾：1900年）在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近似f=c+tg某土單元的任一個(gè)平面上=f

，該單元就達(dá)到了極限平衡應(yīng)力狀態(tài)莫爾—庫侖強(qiáng)度理論§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論Ocf=c+tg13莫爾-庫侖強(qiáng)度理論的破壞準(zhǔn)則土的極限平衡條件：處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，1和3之間應(yīng)滿足的關(guān)系無粘性土§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論土單元是否破壞的判別根據(jù)極限平衡條件可以用來判別一點(diǎn)土體是否已發(fā)生剪切破壞計(jì)算主應(yīng)力1,3：確定土單元體的應(yīng)力狀態(tài)（x，z，xz）判別是否剪切破壞：由31f，比較1和1f由1

3f，比較3和3f由1,3m，比較和m§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論cf=c+tgO土單元是否破壞的判別1=1f

極限平衡狀態(tài)

（破壞）1<1f

安全狀態(tài)1>1f

不可能狀態(tài)

（破壞）1f3方法一：由31f，比較1和1f§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論Ocf=c+tg土單元是否破壞的判別方法二：由13f，比較3和3f3=3f

極限平衡狀態(tài)

（破壞）3>3f

安全狀態(tài)3<3f

不可能狀態(tài)

（破壞）13f§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論Of=c+tgOc土單元是否破壞的判別方法三：由1,3

m，比較和mm<

安全狀態(tài)m=極限平衡狀態(tài)

（破壞）m>不可能狀態(tài)

（破壞）處于極限平衡狀態(tài)所需的內(nèi)摩擦角§5.1抗剪強(qiáng)度概述

–莫爾-庫侖強(qiáng)度理論剪切破壞面的位置31f22=90+=45+/2O1f3