土的強度理論

第五章土的強度理論主要內容§5.1土的抗剪強度 1.庫侖定律2.土的極限平衡條件§5.2剪切試驗方法 (直剪，三軸，無側限，十字板）§5.3不同排水條件下剪切試驗成果*

工程中的強度問題概述土的抗剪強度：土體抵抗剪切破壞的極限能力

工程實例－地基承載力問題加拿大特朗斯康谷倉：1911年動工1913年完工谷倉自重20000噸1913年10月17日發(fā)現1小時內豎向沉降達30.5厘米，結構物向西傾斜，并在24小時內傾倒，谷倉西端下沉7.32米，東端上抬1.52米產生原因：地基承載力不夠，超載引發(fā)強度破壞而產生滑動。工程實例－地基承載力問題美國紐約某水泥倉庫：是近代世界上最嚴重的建筑物破壞之一位于紐約漢森河旁1940年水泥倉庫裝載水泥，使粘性土超載，引起地基土剪切破壞而滑動。傾斜45度，地基土被擠出達5.18米，23米外的辦公樓也發(fā)生傾斜。工程實例－地基承載力問題§5.1土的抗剪強度與極限平衡條件一、庫侖定律剪切試驗播放1776年，庫侖根據砂土剪切試驗f=tan砂土后來，根據粘性土剪切試驗f=c+tan粘土c庫侖定律：土的抗剪強度是剪切面上的法向總應力

的線性函數

c:土的粘聚力:土的內摩擦角ff返回本章二、土體抗剪強度影響因素摩擦力的兩個來源

1.滑動摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產生的摩擦2.咬合摩擦：土粒間互相嵌入所產生的咬合力粘聚力：由土粒之間的膠結作用和電分子引力等因素形成抗剪強度影響因素摩擦力：剪切面上的法向總應力、土的初始密度、土粒級配、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、含水量以及土的結構三、土中一點的應力狀態(tài)土體內一點處不同方位的截面上應力的集合（剪應力

和法向應力）

331131dldlcosdlsin楔體靜力平衡31dldlcosdlsin斜面上的應力莫爾應力圓方程O13(1+3)/22A(,)圓心坐標[1/2(1+3)，0]應力圓半徑r＝1/2(1－3

)土中某點的應力狀態(tài)可用莫爾應力圓描述

四、土的極限平衡條件應力圓與強度線相離：

強度線應力圓與強度線相切：應力圓與強度線相割：極限應力圓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)

返回本章莫爾－庫侖破壞準則莫爾應力圓與庫侖強度線相切的應力狀態(tài)作為土的破壞準則(目前判別土體所處狀態(tài)的最常用準則)

強度線

莫爾－庫侖破壞準則31c

f2

fAcctg(1+3)/2無粘性土：c=0土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應力作用面的夾角為

f

f2

f31cAcctg(1+3)/2說明：剪破面并不產生于最大剪應力面，而與最大剪應力面成/2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應力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力為430kPa，小主應力為200kPa。通過試驗測得土的抗剪強度指標c=15kPa，

=20o。試問①該單元土體處于何種狀態(tài)？②單元土體最大剪應力出現在哪個面上，是否會沿剪應力最大的面發(fā)生剪破？【解答】已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa，

=20o

1.計算法計算結果表明：1f大于該單元土體實際大主應力1，實際應力圓半徑小于極限應力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

計算結果表明：

3f小于該單元土體實際小主應力

3，實際應力圓半徑小于極限應力圓半徑

，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

c11f3f實際應力圓極限應力圓最大剪應力與主應力作用面成45o最大剪應力面上的法向應力庫侖定律

最大剪應力面上τ<τf

，所以，不會沿剪應力最大的面發(fā)生破壞

τmax§5.2 土的剪切試驗方法

一、直接剪切試驗三、無側限抗壓強度試驗四、十字板剪切試驗(原位測試)返回本章二、三軸剪切試驗一、直接剪切試驗試驗儀器：直剪儀（應力控制式，應變控制式）返回本節(jié)剪切試驗剪前施加逝在試樣頂德面上的豎權向壓力為孤剪破面上盈的法向應騎力，剪應力由香剪切力除娘以試樣面扮積在法向賞應力作用下銳，剪應和力與剪膽切位移取關系曲童線，根厭據曲線暴得到該作用下，土的抗息剪強度4mm

a

b

剪切位移△l(0.01mm)

剪應力（kPa)

1

2

在不同的置垂直壓力下進行剪同切試驗，裹得相應的烘抗剪強度τf，繪制τf-曲線，妻得該土房誠的抗剪鎮(zhèn)強度包廊線直剪試驗悲優(yōu)缺點優(yōu)點：儀器構造之簡單，試窩樣的制備畝和安裝方養(yǎng)便，易于讀操作缺點：①剪切可破壞面紫固定為刻上下盒爸之間的盾水平面宴不符合鞭實際情資況，不叼一定是制土樣的蹤蝶最薄弱狐面。②試驗摘中不能顧嚴格控棒制排水夢條件，勺對透水掀性強的茂土尤為旺突出，與不能量漏測土樣孩的孔隙隊水壓力寸。③上下程盒的錯筑動，剪寒切過程秋中試樣辰剪切面禾積逐漸原減小，主剪切面禍上的剪世應力分緊布不均甚勻二、三慣軸剪切饑試驗應變控葛制式三根軸儀：偏壓力室盞，加壓配系統，鞋量測系汗統組成應力控制袖式三軸儀試驗步驟癥:

3

3

3

3

3

3△△2.施加周喪圍壓力3.施捏加豎向功壓力1.裝濫樣返回本節(jié)應變控制億式三軸儀掀：壓力室替，量測系沸統抗剪強度而包線分別在罩不同的校周圍壓錯力3作用下體進行剪課切，得析到3～需4個傷不同的徑破壞應溝力圓，茄繪出各吩應力圓攪的公切燙線即為斗土的抗掃剪強度怖包線抗剪強度包線

c三軸試挑驗優(yōu)缺壤點優(yōu)點：①試驗中知能嚴格控殖制試樣排證水條件，繳量測孔隙貼水壓力，診了解土中鋸有效應力煎變化情況②試樣中刻的應力分榆布比較均欲勻缺點：①試驗消儀器復薪雜，操遵作技術圈要求高卻，試樣藏制備較賽復雜②試驗在2=3的軸對佛稱條件冶下進行添，與土投體實際砌受力情念況可能它不符三、無口側限抗判壓強度戲試驗ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無側限壓縮儀無側限凈抗壓強傘度試驗科是三軸犯剪切試馳驗的特晴例，對妨試樣不籃施加周紅圍壓力哭，即3=0，只施雪加軸向勁壓力直籍至發(fā)生窮破壞，奧試樣在尊無側限棄壓力條貪件下，盲剪切破坡壞時試彈樣承受糠的最大英軸向壓慰力qu，稱為無側限爬抗壓強萄度試樣返回本節(jié)無側限撥壓縮儀根據試澆驗結果滔只能作喉出一個刊極限應親力圓（3=0，1=qu）。因此對跪一般粘降性土，客無法作桃出強度國包線說明：對于飽和晚軟粘土，戀根據三軸規(guī)不排水剪償試驗成果撞，其強度翠包線近似細于一水平已線，即u=0，因此無側拐限抗壓強狹度試驗適籠用于測定形飽和軟粘售土的不排抖水強度qucuu=0無側限聚抗壓強返度試驗泛儀器構糖造簡單吩，操作鑼方便，擱可代替判三軸試辟驗測定都飽和軟財粘土的蝦不排水舌強度靈敏度粘性土弱的原狀隸土無側簽限抗壓奶強度與夏原土結攤構完全謠破壞的牌重塑土壩的無側若限抗壓貸強度的鑄比值反映土的宴結構受撓錫動對強度腔的影響程肅度根據靈敏鮮度將飽和攪粘性土分工類：低靈敏度拒土1<St≤2中靈敏丑度土2<St≤4高靈敏統度土St>4適用于友現場測忌定飽和套粘性土賴的不排偷水強度得，尤其道適用于龜均勻的鑰飽和軟豈粘土四、十字率板剪切試倉驗柱體上下栽平面的抗證剪強度產秩生的抗扭魄力矩柱體側諒面剪應情力產生應的抗扭若力矩返回本節(jié)§5.脫3曬排滅水條件串與試驗偶成果的獵關系一、總應力強睜度指標與薯有效應力瘡強度指標二、不同斯排水條件伴時的剪切漫試驗方法桂及成果表拉達三、抗剪支強度指標瓶的選用1、不固結胳不排水漲剪（UU）2、固結不辜排水剪揉（CU）3、固結排水觸剪（CD）四、例題返回本顧章一、總渾應力強蓋度指標授與有效般應力強內度指標庫侖定律說明：施加于試飯樣上的垂蠢直法向應逆力為總應力診，c、為總應力動意義上的持土的粘聚巡壽力和內摩領擦角，稱袍之為總應摘力強度指濕標根據有效向應力原理預：土的抗剪峰強度并不判是由剪切般面上的法拉向總應力愛決定，而屈是取決于腎剪切面上他的法向有效贏應力c、為土的有田效粘聚力淺和有效內檔摩擦角，故即土的有紗效應力強樣度指標有效應移力強度濟指標確遙切地表斥達出了筋土的抗篇剪強度朵的實質獲，是比圾較合理敞的表達療方法返回本節(jié)二、不稻同排水割條件時謝的剪切味試驗方油法及成緩果表達1.不男固結不噸排水剪筑（UU）三軸試驗疾：施加周仇圍壓力3、軸向壓寨力△直至剪隊破的整沫個過程擺都關閉兔排水閥驕門，不撇允許試校樣排水擁固結

3

3

3

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3△△直剪試驗香：通過試邁驗加荷茅的快慢命來實現壯是否排荷水。使賣試樣在扭3～5min之內剪使破，稱牙之為快料剪關閉排水閥返回本維節(jié)

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3△△有效應稠力圓總應力圓u=0BCcuuAA

3A

1A飽和粘性勻土在三組3下的不齊排水剪右試驗得耗到A、B、C三個不連同3作用下破附壞時的總濤應力圓試驗表明拌：雖然三特個試樣胃的周圍察壓力3不同，但覺破壞時的完主應力差轎相等，三旅個極限應早力圓的直算徑相等，佩因而強度悠包線是一尤條水平線三個試樣木只能得到一個有效節(jié)應力圓2.躺固結不蘿排水剪輝（CU）三軸試驗耕：施加周耍圍壓力3時打開痕排水閥盼門，試域樣完全騾排水固開結，孔拍隙水壓善力完全哨消散。嚇然后關嘆閉排水圖閥門，偏再施加虜軸向壓回力增量橋△，使試銜樣在不羅排水條隔件下剪眼切破壞

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3△△直剪試殊驗：剪切前滴試樣在肅垂直荷躁載下充駛分固結脫，剪切艇時速率寇較快，績使土樣宮在剪切增過程中平不排水厚，這種很剪切方谷法為稱坐固結快賣剪打開排水閥關閉排水閥返回本節(jié)

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3△△將總應鵝力圓在女水平軸幻玉上左移uf得到相應惑的有效應柱力圓，按澆有效應力趟圓強度包廳線可確定c、ccuccu飽和粘在性土在蠅三組3下進行析固結不花排水剪替試驗得師到A、B、C三個不叨同3作用下破銷壞時的總方應力圓，祥由總應力奧圓強度包碗線確定固勻結不排水鞭剪總應力猛強度指標ccu、cuABC3.固邀結排水剪辯（CD）三軸試魄驗：試樣在剝周圍壓降力3作用下尾排水固僵結，再敲緩慢施杜加軸向都壓力增鍛量△，直至仁剪破，站整個試枝驗過程廈中打開舍排水閥射門，始漫終保持她試樣的襯孔隙水抹壓力為歷零

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3△△直剪試驗駁：試樣在垂祖直壓力下漆固結穩(wěn)定鴉，再以緩編慢的速率匠施加水平寄剪力，直蔬至剪破，鎖整個試驗擴過程中盡首量使土樣評排水，試墾驗方法稱粗為慢剪打開排水閥返回本節(jié)在整個妖排水剪掛試驗過臂程中，uf＝0，總典應力全部邊轉化為有融效應力，蹄所以總應慰力圓即是醋有效應力命圓，總應山力強度線膊即是有效中應力強度散線。強度械指標為cd、dcdd總結:

3

3

3

3

3＋△

3＋△對于同刮一種土收，在不柴同的排流水條件梢下進行萬試驗，努總應力班強度指智標完全漲不同有效應力干強度指標勒不隨試驗消方法的改梅變而不同地，抗剪強蘭度與有效嚇應力有唯繞一的對應己關系三、抗住剪強度膽指標的伴選用土的抗剪館強度指標粉隨試驗方廢法、排水堵條件的不沫同而異，店對于具體舉工程問題許，應該盡客可能根據群現場條件劈燕決定采用錘實驗室的文試驗方法寇，以獲得釘合適的抗摩剪強度指幅標試驗方法適用條件不排水剪或快剪地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較快排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物加荷速率較慢固結不排水剪或固結快剪建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件等介于上述兩種情況之間返回本節(jié)四、例題側分析(一)【例】對某種名飽和粘校性土做喚固結不鉆排水試尼驗，三前個試樣容破壞時堡的大、炊小主應