某著名大學(xué)土力學(xué)教學(xué)課件第六章 土的抗剪強度

第六章土的抗剪強度第一節(jié)概述一、概念土的抗剪強度指土體抵抗剪切破壞的極限能力，其數(shù)值等于剪切破壞時滑動面上的剪應(yīng)力。土體破壞時的應(yīng)力組合關(guān)系稱為破壞準則。二、土的抗剪強度機理1、摩擦強度（摩擦力）包括滑動摩擦和咬合摩擦滑動摩擦由顆粒間接觸面粗糙不平所引起。咬合摩擦是指相鄰顆粒對于相對移動的約束作用。摩擦強度的影響因素有：顆粒形狀、礦物成分、

粒徑級配、密度等。2、粘聚強度（粘聚力）取決于土粒間的各種膠結(jié)作用和靜電引力。第二節(jié)土的抗剪強度理論一、屈服與破壞產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為屈服。開始引起屈服的應(yīng)力狀態(tài)稱為

屈服條件。屈服點對應(yīng)的應(yīng)力為屈服應(yīng)力。與理想塑性材料不同，土的塑性應(yīng)變增加了土對繼續(xù)變形的阻力，屈服點位置隨應(yīng)力增加而提高。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化（加工硬化）。到達峰值點后，隨應(yīng)變繼續(xù)增大應(yīng)力反而下降，強度隨應(yīng)變增加而降低，稱為應(yīng)變軟化（加工軟化。）相當(dāng)于峰值點的強度稱為峰值強度。相當(dāng)于應(yīng)變很大、應(yīng)力衰減至恒定值時的強度稱為殘余強度。不論是峰值強度還是殘余強度，都不是一個固定不變的數(shù)值，而是與土的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。這是土區(qū)別于其它材料的重要特點之一。二、庫倫（Coulomb）公式（1773）砂土:τf=σtg

粘性土:τf=c+σtg

式中：c和φ為抗剪強度指標(抗剪強度參數(shù))c-土的粘聚力-土的內(nèi)摩擦角用有效應(yīng)力表達τf=c′+σ′tgφ′=c′+（σ-u）tgφ′三、莫爾-庫倫強度理論（1910）莫爾認為材料的破壞是剪切破壞，當(dāng)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強度時該點破壞，并提出破壞面上的剪應(yīng)力是該面上法向應(yīng)力的函數(shù)，即這個函數(shù)在f—坐標中是一條曲線，稱為莫爾包線（或稱為抗剪強度包線）極限平衡狀態(tài)：土單元體中某一個面上的τ=τf的臨界狀態(tài)。極限平衡條件：土體中某點處于極限平衡狀態(tài)時的應(yīng)力條件。（τ=τf，土的剪切破壞條件）=fM（一）土中一點的應(yīng)力狀態(tài)抗剪強度包線與莫爾應(yīng)力圓之間的關(guān)系有三種：（1）整個莫爾圓位于抗剪強度包線的下方（2）莫爾圓與抗剪強度包線相切（切點為A）（3）莫爾圓與抗剪強度包線相割

Ac莫爾圓與抗剪強度之間的關(guān)系（二）莫爾—庫倫破壞準則根據(jù)Mohr-Coulomb破壞理論，破壞時的Mohr應(yīng)力圓必定與破壞包線相切。切點所代表的平面滿足τ=τf的條件，該點處于極限平衡狀態(tài)。（三）Mohr-Coulomb破壞理論的要點①剪切破裂面上，土體的抗剪強度是法向應(yīng)力的函數(shù)τf=f（σ）②當(dāng)法向應(yīng)力不大時，該函數(shù)可以簡化為線性函數(shù)關(guān)系，用Coulomb公式來表示τf=c+σtgφ③土單元體的任何一個面上τ=τf時，就會發(fā)生剪切破壞。此時土單元體的應(yīng)力狀態(tài)滿足極限平衡條件。四極限平衡條件的應(yīng)用已知土內(nèi)一點M的主應(yīng)力σ1m和σ3m,以及土的內(nèi)摩擦角C、φ，可以判斷該點土體是否破壞。31m1m3m311m3m311m3mc0第三節(jié)土的抗剪強度試驗方法一、直剪試驗應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式峰值強度與殘余強度直剪試驗根據(jù)排水條件可分為：快剪、固結(jié)快剪和慢剪．優(yōu)點：直接剪切儀構(gòu)造簡單，操作方便等缺點：①限定的剪切面；②剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻；③在計算抗剪強度時按土樣的原截面積計算的；④試驗時不能嚴格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力。二、三軸試驗333331=3+11=3+1三軸灣試驗料原理按剪夜切前亞的固換結(jié)程惱度和悼剪切爺過程錢中的愁排水些條件歐三軸積試驗漆可分嶺為三誰種類厭型：1、不托固結(jié)寇不排備水試便驗（UU）2、固結(jié)揮不排悉水試思驗（CU）3、固結(jié)謹排水意試驗物（CD）三軸測試驗織類型三軸嫌壓縮股實驗爛優(yōu)缺池點優(yōu)點趁：（1）可缺嚴格擠控制召排水揉條件（2）可鉗量測材孔隙代水壓撲力（3）破預(yù)裂面拼在最賽軟弱宗處缺點豎：（1）2=3，軸拜對稱（2）實儲驗比而較復(fù)璃雜三、閃真三吧軸試狐驗四、坐無側(cè)夕限抗究壓強倡度試諒驗試驗努時圍遺壓σ3=0（無乖側(cè)限習(xí)），試樣袍在軸危向壓援力下識產(chǎn)生板剪切孩破壞愚。破壞妖時的橫軸向驅(qū)壓力停稱為無側(cè)帖限抗?jié)檳簭姼龋择俼u表示扯。五、辜十字訂板剪顧切試跨驗第四醬節(jié)紋飽和綁粘性到土的臉抗剪問強度一、安不固標結(jié)不憤排水恨抗剪補強度二、悶固結(jié)治不排性水抗縱剪強浮度0點說浴明未品受任粒何固是結(jié)壓梨力的孝土，懇它不具中有抗剪餡強度濤。有效扯應(yīng)力犬圓直愈徑與籮總應(yīng)崇力圓濃直徑餅相等疊。三、蓄固結(jié)寸排水幟抗剪枕強度在整盈個試過驗過叉程中辱，孔隙彩水壓巾力始象終為暑0，總限應(yīng)力刪等于舅有效忘應(yīng)力敲，所翅以總羊應(yīng)力乳圓就膜是有腥效應(yīng)光力圓突，總壇應(yīng)力襪破壞唱包線拴就是皺有效椒應(yīng)力迷破壞稼包線桌。四、移抗剪污強度快指標丘的選廊擇粘性春土的干抗剪螞強度香與剪阿切條脆件、痰試驗辭條件丘、試爭驗方降法等謹有關(guān)證，總應(yīng)郊力分皮析法奶用總菊應(yīng)力警抗剪辰強度菊；有霞效應(yīng)欄力分慨析法脅用有共效應(yīng)球力抗赴剪強璃度。例6絹-2一飽務(wù)和粘籍性土勁試樣認在三修軸儀猜中進須行固毛結(jié)不新排水比實驗洽，施傻加周六圍壓搜力3=2爺00嘩kP及a，爺試件禁破壞轎時主幟應(yīng)力罪差1-3=2島80裳kP叼a，煩測得塵孔隙儀水壓挨力uf=1志80測kP忽a，抖整理創(chuàng)實驗披得c’=8夾0k翠Pa塑,’=2沃4°，試甚求破脆壞面微上的淚法向征應(yīng)力秘