土力學(xué)土的抗剪強(qiáng)演示文稿

土力學(xué)土的抗剪強(qiáng)度演示文稿目前一頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)§6.1土體強(qiáng)度的工程應(yīng)用§6.2摩爾—庫侖強(qiáng)度理論§6.3土的極限平衡條件§6.4抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定§6.5孔隙壓力系數(shù)§6.6砂性土的剪切性狀§6.7黏性土的剪切性狀主要內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容目前二頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)6.1土體強(qiáng)度的工程應(yīng)用

大量的工程實(shí)踐和室內(nèi)試驗(yàn)表明：建筑物地基和土工建筑物的破壞，絕大多數(shù)是屬于剪切破壞，即沿著某一滑動(dòng)面產(chǎn)生破壞。目前三頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)基坑坑壁滑動(dòng)破壞坑壁支護(hù)6.1土體強(qiáng)度的工程應(yīng)用目前四頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)邊坡滑坡滑裂面6.1土體強(qiáng)度的工程應(yīng)用因此，剪切破壞是土體破壞的主要形式。土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力。

土的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)目前五頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)aa6.2摩爾——庫侖強(qiáng)度理論

前面我們從太沙基的土有效應(yīng)力原理已經(jīng)知道：土體承受的上覆荷載主要由土顆粒的有效應(yīng)力承擔(dān)。

而有效應(yīng)力是由土顆粒之間的黏結(jié)作用和相互之間的咬合作用組成。黏結(jié)作用產(chǎn)生的力稱為土的黏聚力（內(nèi)聚力），咬合作用產(chǎn)生的咬合與摩擦稱為土的內(nèi)摩擦角。σ′σ′目前六頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)土體內(nèi)某一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)如下：1—豎向應(yīng)力(最大主應(yīng)力)3—側(cè)向應(yīng)力(最小主應(yīng)力)剪切面上為—法向應(yīng)力—剪應(yīng)力331131目前七頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)一、庫侖定律在一定載荷范圍內(nèi)，土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間呈直線關(guān)系。其中C、被稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。為剪切破裂面與大主應(yīng)力的作用面成夾角，其值等于（45°+φ/2）的。31庫侖經(jīng)過試驗(yàn)，得出以下關(guān)系式：砂土：黏性土：目前八頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)黏性土cC=0砂土ff目前九頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)庫侖定律的總應(yīng)力表達(dá)式庫侖定律的有效應(yīng)力表達(dá)式C′稱為土的有效黏聚力′稱為土的有效內(nèi)摩擦角飽和土有效應(yīng)力：一、庫侖定律目前十頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)二、摩爾——庫侖強(qiáng)度理論莫爾認(rèn)為土中某點(diǎn)達(dá)到該點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土即發(fā)生破壞。莫爾把f=f（）的曲線，稱為摩爾破壞包線。f=f()可用直線（庫侖定律）代替，故稱為莫爾—庫侖強(qiáng)度理論。目前十一頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)f1、安全（彈性平衡狀態(tài)）2、臨界狀態(tài)（極限平衡狀態(tài)）3、破壞摩爾——庫侖強(qiáng)度判斷土單元的狀態(tài)目前十二頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)某一單元土體上的作用力如下右圖所示，將作用于△ABC的各力分別在水平和垂直方向投影（合力為零），根據(jù)靜力平衡條件可得：331131dldlcosdlsin6.3土的極限平衡條件一、摩爾應(yīng)力圓水平方向合力垂直方向合力ABC目前十三頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)由上述兩式得：6.3土的極限平衡條件一、摩爾應(yīng)力圓解上述聯(lián)立二元一次方程式得：法向應(yīng)力剪應(yīng)力目前十四頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)AO16.3土的極限平衡條件31在τ-σ坐標(biāo)中，以[1/2(1+3)，0]為圓心、1/2(1－3

)為半徑作圓則A點(diǎn)的坐標(biāo)（σa，τa）即為△ABC斜面AB上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力。摩爾應(yīng)力圓OABC目前十五頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)cAOO16.3土的極限平衡條件我們把庫侖公式強(qiáng)度線繪制于同一坐標(biāo)系中，則該強(qiáng)度線為摩爾圓的切線。B目前十六頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)f1、安全（彈性平衡狀態(tài)）2、臨界狀態(tài)（極限平衡狀態(tài)）3、破壞摩爾——庫侖強(qiáng)度判斷土單元的狀態(tài)目前十七頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)摩爾——庫侖強(qiáng)度判斷土單元的狀態(tài)目前十八頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)①τ＜τf時(shí)，彈性平衡狀態(tài)，整個(gè)摩爾圓位于抗剪強(qiáng)度線的下方，說明該點(diǎn)在任何平面上的剪應(yīng)力都小于土所能發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度，因此不會(huì)發(fā)生剪切破壞。二、土的極限平衡應(yīng)力狀態(tài)②τ=τf時(shí)，極限平衡狀態(tài)，摩爾圓與抗剪強(qiáng)度線相切于A點(diǎn)，表明通過A點(diǎn)的任意平面上的剪應(yīng)力都等于抗剪強(qiáng)度，該點(diǎn)就處于極限平衡狀態(tài)。③τ＞τf時(shí)，剪切破壞狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度線是摩爾圓的一條割線，該點(diǎn)的任意平面上的剪應(yīng)力已超過了土的抗剪強(qiáng)度，實(shí)際上這種情況是不可能存在的。目前十九頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)cAOO1

下圖是土體處于極限平衡條件（即破壞臨界狀態(tài)）的關(guān)系圖。B三、土的極限平衡條件

由圖直角△ABO1可知：目前二十頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)

整理下面公式：三、土的極限平衡條件得出以下三式：此三式均可用于判斷土體是否處于極限平衡狀態(tài)教材P114式(6-15)更正目前二十一頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)cAOO1B三、土的極限平衡條件

由圖直角△ABO1外角與內(nèi)角的關(guān)系可知：即：由此可見：剪切破裂面與大主應(yīng)力的作用面成（45°+φ/2）的夾角。目前二十二頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)四、土的極限平衡條件的應(yīng)用

根據(jù)上述三式，分別計(jì)算出極限平衡所能承受的σ1f與當(dāng)時(shí)所施加的σ1來作比較，即可判斷出土體是處于何種狀態(tài)：

（1）當(dāng)σ1<σ1f，土體處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)；

（2）當(dāng)σ1=σ1f，土體處于極限平衡狀態(tài)；

（3）當(dāng)σ1>σ1f，土體處于破壞狀態(tài)；目前二十三頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)四、土的極限平衡條件的應(yīng)用

根據(jù)上述三式，分別計(jì)算出極限平衡所能承受的σ3f與當(dāng)時(shí)所施加的σ3來作比較，即可判斷出土體是處于何種狀態(tài)：

（1）當(dāng)σ3>σ3f，土體處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)；

（2）當(dāng)σ3=σ3f，土體處于極限平衡狀態(tài)；

（3）當(dāng)σ3<σ3f，土體處于破壞狀態(tài)；目前二十四頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)四、土的極限平衡條件的應(yīng)用

根據(jù)上述三式，計(jì)算出達(dá)到極限平衡所需要的φm與當(dāng)前土體的φ來作比較，即可判斷出土體是處于何種狀態(tài)：

（1）當(dāng)φm<φ，土體處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)；

（2）當(dāng)φm=φ，土體處于極限平衡狀態(tài)；

（3）當(dāng)φm>φ，土體處于破壞狀態(tài)；目前二十五頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)四、土的極限平衡條件的應(yīng)用

總結(jié)，分別比較φm、σ1f、σ3f，與φ、σ1、σ3，即可判斷出土體是處于何種狀態(tài)：

（1）當(dāng)φm<φ、σ1<σ1f、σ3>σ3f，土體處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)；

（2）當(dāng)φm=φ、σ1=σ1f、σ3=σ3f，土體處于極限平衡狀態(tài)；

（3）當(dāng)φm>φ、σ1>σ1f、σ3<σ3f，土體處于破壞狀態(tài)；目前二十六頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)<σ3，處于穩(wěn)定狀態(tài)目前二十七頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)實(shí)際應(yīng)用1、當(dāng)計(jì)算A點(diǎn)時(shí)：σ1=？、σ3=？黏土C、φ、γA2、當(dāng)計(jì)算B點(diǎn)時(shí)：σ1=？、σ3=？Bσ1=γh1、σ3=k0σ1h1h2σ1=γh2、σ3=0k0為靜止土壓力系數(shù)，可查47頁表4-1確定3、開挖多深不會(huì)失穩(wěn)？即C點(diǎn)的深度為多大？當(dāng)σ3=0時(shí)，認(rèn)為此處為剪切滑動(dòng)面的最底端,此時(shí)Ch目前二十八頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)測(cè)定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)稱為剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)(適用:飽和軟粘土)大型直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)無側(cè)限抗壓試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)室內(nèi)室外6.4抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定目前二十九頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)直剪儀一、直剪試驗(yàn)6.4抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定目前三十頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)剪切力計(jì)量?jī)x表剪切盒目前三十一頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)PSTA一、直剪試驗(yàn)水平推力垂直壓力p應(yīng)力環(huán)水平力T目前三十二頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)一、直剪試驗(yàn)水平推力垂直壓力P6.4抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定應(yīng)力環(huán)水平力T目前三十三頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)一、直剪試驗(yàn)水平推力6.4抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定應(yīng)力環(huán)水平力T垂直壓力P目前三十四頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)一、直剪試驗(yàn)水平推力6.4抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定應(yīng)力環(huán)水平力T垂直壓力P目前三十五頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)一、直剪試驗(yàn)水平推力6.4抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定應(yīng)力環(huán)水平力T垂直壓力P目前三十六頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)一、直剪試驗(yàn)水平推力6.4抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定應(yīng)力環(huán)水平力T垂直壓力P目前三十七頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)一、直剪試驗(yàn)水平推力應(yīng)力環(huán)水平力T垂直壓力P目前三十八頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)A一、直剪試驗(yàn)A——土樣面積應(yīng)力環(huán)水平力T垂直壓力P目前三十九頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)正應(yīng)力：剪應(yīng)力：A一、直剪試驗(yàn)應(yīng)力環(huán)水平力T垂直壓力P目前四十頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)施加P，量測(cè)T，然后計(jì)算fOc一、直剪試驗(yàn)三組試樣正應(yīng)力：剪應(yīng)力：最后畫點(diǎn)，連直線，求出抗剪強(qiáng)度指標(biāo)目前四十一頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)直剪三種試驗(yàn)類型試驗(yàn)類型加垂直荷載時(shí)剪切時(shí)速度模擬類型快剪q不固結(jié)快速不排水剪切固結(jié)快剪cq固結(jié)快速固結(jié)不排水剪切慢剪s固結(jié)慢速固結(jié)排水剪切目前四十二頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)直剪儀的優(yōu)點(diǎn):

設(shè)備簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,操作方便,易于掌握直剪儀的缺點(diǎn)④試驗(yàn)時(shí)不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測(cè)孔隙水壓力。①限定的剪切面不是土樣最薄弱面；②應(yīng)力應(yīng)變分布不均勻，且垂直荷載發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使主應(yīng)力大小方向都發(fā)生偏轉(zhuǎn)；③受剪面積逐漸縮小，而在計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)仍按土樣的原截面積計(jì)算；直剪試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)目前四十三頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)

二、三軸壓縮（剪切）試驗(yàn)壓力室加壓設(shè)備電腦采集目前四十四頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)三軸剪切試驗(yàn)

試驗(yàn)裝置①壓力室；②圍壓系統(tǒng)；③軸壓系統(tǒng)；④孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)；⑤排水系統(tǒng)主要組成：目前四十五頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓桿有機(jī)玻璃罩橡皮膜透水石頂帽壓力室分解目前四十六頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)1Pc二、三軸剪切試驗(yàn)3目前四十七頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)1Pc3二、三軸剪切試驗(yàn)?zāi)壳八氖隧揬總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)1Pc3二、三軸剪切試驗(yàn)?zāi)壳八氖彭揬總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)31總應(yīng)力表示法有效應(yīng)力表示法三組試樣目前五十頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)三軸剪切三種試驗(yàn)類型試驗(yàn)類型施加圍壓后剪切時(shí)簡(jiǎn)稱不固結(jié)不排水剪不固結(jié)不排水不排水UU試驗(yàn)固結(jié)不排水剪固結(jié)排水不排水CU試驗(yàn)固結(jié)排水剪固結(jié)排水排水CD試驗(yàn)?zāi)壳拔迨豁揬總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)三軸試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①試驗(yàn)中能嚴(yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)孔隙水壓力，了解土中有效應(yīng)力變化情況；②試樣中的應(yīng)力分布比較均勻，剪切面在試樣的最薄弱處，結(jié)果比直剪試驗(yàn)可靠。缺點(diǎn)：①試驗(yàn)儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜；②試驗(yàn)在2=3的軸對(duì)稱條件下進(jìn)行，與土體實(shí)際受力情況可能不符。目前五十二頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無側(cè)限壓縮儀無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，與巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)類似，是三軸壓縮試驗(yàn)的特例，對(duì)試樣不施加周圍壓力，即3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時(shí)試樣承受的最大軸向壓力qu，稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。試樣三、無側(cè)限抗壓試驗(yàn)?zāi)壳拔迨揬總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)無側(cè)限壓縮儀目前五十四頁\總數(shù)五十九頁\編于十九點(diǎn)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果只能作出一個(gè)極限應(yīng)力圓（3=0，1=qu）。因此對(duì)一般黏性土，無法作出強(qiáng)度包絡(luò)線。qucu