工程水文及水利計(jì)算

工程水文及水利計(jì)算華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院1第1頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度2第五章土的抗剪強(qiáng)度學(xué)習(xí)指導(dǎo)內(nèi)容簡(jiǎn)介抗剪強(qiáng)度是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一，也是土力學(xué)的重要組成部分。本章主要介紹土的抗剪強(qiáng)度、破壞理論、土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法、土在剪切中的性質(zhì)和各類(lèi)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理及影響因素。

教學(xué)目標(biāo)掌握土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及試驗(yàn)方法、抗剪強(qiáng)度理論及其工程應(yīng)用。第2頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度3學(xué)習(xí)要求1、掌握土的直剪試驗(yàn)和庫(kù)侖定律；掌握內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角的物理含義2、掌握土的極限平衡關(guān)系式（莫爾-庫(kù)侖破壞理論）的實(shí)際意義，應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度曲線(xiàn)之間的關(guān)系3、掌握土的三軸剪切試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，三軸試驗(yàn)的三種試驗(yàn)方法及實(shí)際應(yīng)用4、了解無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)5、了解土在剪切中的性狀和各類(lèi)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)基本概念抗剪強(qiáng)度、極限平衡狀態(tài)、極限平衡條件、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度第3頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度4第一節(jié)：土的抗剪強(qiáng)度概述各類(lèi)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，為保證建筑物的安全，必須同時(shí)滿(mǎn)足下列兩個(gè)技術(shù)條件：①地基變形條件

包括沉降量、沉降差、傾斜、局部?jī)A斜都不超過(guò)地基容許變形值；②地基強(qiáng)度條件保證地基穩(wěn)定性，不發(fā)生剪切或滑動(dòng)破壞。（見(jiàn)圖（c））（a）、（b）產(chǎn)生滑動(dòng)面，在滑動(dòng)面處于受剪狀態(tài)，比較直觀，容易理解；（c）直觀上是受壓，但本質(zhì)上也是剪切破壞。（可用應(yīng)力圓解釋滑面處產(chǎn)生剪應(yīng)力）第4頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度5邊坡破壞（受剪破壞典型例子，后面章節(jié)要詳講）第5頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度6工程剪切破壞的實(shí)例第6頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度7云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡－開(kāi)挖

第7頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度8單軸壓縮試驗(yàn)實(shí)際上也是受剪破壞。第8頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度9(b)(c)(a)路堤總結(jié)土的抗剪強(qiáng)度決定了下面工程的穩(wěn)定(a)土坡滑動(dòng)、(b)擋土墻滑動(dòng)、(c)地基失穩(wěn)（a）土坡滑動(dòng)（b）擋土墻滑動(dòng)（c）地基失穩(wěn)將在后面分三章單獨(dú)講述。第9頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度10土的抗剪強(qiáng)度指土體抵抗剪切破壞的極限能力，其數(shù)值等于土體產(chǎn)生剪切破壞時(shí)滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力。

決定土的抗剪強(qiáng)度的因素：土本身的基本性質(zhì)土的類(lèi)型、組成、顆粒級(jí)配、礦物成分、含水狀態(tài)、土粒結(jié)構(gòu)、土粒構(gòu)造等土的應(yīng)力狀態(tài)（單軸、雙軸、三軸）；應(yīng)力水平（大?。?；應(yīng)力歷史第10頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度11土的抗剪強(qiáng)度表示方法土的抗剪強(qiáng)度表示方法可分為：總應(yīng)力表示法砂土的抗剪強(qiáng)度：粘性土的抗剪強(qiáng)度：第11頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度12第12頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度13有效應(yīng)力表示法第13頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度14第二節(jié)：土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，主要可以分為以下幾種：直接剪切試驗(yàn)三軸剪切試驗(yàn)工程現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)第14頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度15直接剪切試驗(yàn)直剪儀第15頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度16直接剪切試驗(yàn)剪切容器與應(yīng)力環(huán)第16頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度17直接剪切試驗(yàn)根據(jù)施加直剪力的速率和土樣被剪切的速度，直接剪切試驗(yàn)可分為：快剪：是在土樣上下兩面均貼以臘紙，在加法向壓力后即施加水平剪力，使土樣在3~5分鐘內(nèi)剪壞。使土樣在剪切過(guò)程中來(lái)不及排水。固結(jié)快剪：是在法向壓力作用下使土樣固結(jié)，然后很快施加水平剪力，使土樣在剪切過(guò)程中來(lái)不及排水。

慢剪：是先讓土樣在豎向壓力下充分固結(jié)，然后再慢慢施加水平剪力，直至土樣發(fā)生剪切破壞。使試樣在受剪過(guò)程中一直充分排水和產(chǎn)生體積變形。第17頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度18直接剪切試驗(yàn)根據(jù)直接剪切試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，可以求解數(shù)值求解法圖解法思考：若實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的個(gè)數(shù)多于2怎么辦？第18頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度19直接剪切試驗(yàn)第19頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度20直接剪切試驗(yàn)直剪試驗(yàn)的評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便、試樣薄、固結(jié)快、省時(shí)、儀器剛度大、不可能發(fā)生橫向變形等缺點(diǎn)：（1）剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞；（2）剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻；（3）在剪切過(guò)程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)仍按土樣的原截面積計(jì)算；（4）試驗(yàn)時(shí)不能?chē)?yán)格控制排水條件，并且不能量測(cè)孔隙水壓力。

第20頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度21例題5.1用某粘性土做直剪試驗(yàn)，垂直壓應(yīng)力分別是100kPa、200kPa、300kPa、400kPa，破壞時(shí)的切應(yīng)力分別是91kPa、144kPa、184kPa、245kPa。解：思考：應(yīng)力狀態(tài)能否處于斜直線(xiàn)之上？第21頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度22三軸剪切試驗(yàn)儀（也稱(chēng)三軸壓縮儀）由受壓室、周?chē)鷫毫刂葡到y(tǒng)、軸向加壓系統(tǒng)、孔隙水壓力系統(tǒng)以及試樣體積變化量測(cè)系統(tǒng)等組成。三軸剪切試驗(yàn)第22頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度23按土樣三向受壓的大小組合分：三軸剪切試驗(yàn)的分類(lèi)常規(guī)三軸試驗(yàn)三軸壓縮真三軸試驗(yàn)三軸擠長(zhǎng)第23頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度24根據(jù)土樣的排水條件，三軸剪切試驗(yàn)可分為：三軸剪切試驗(yàn)的分類(lèi)不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU）（Unconsolidated-undrained)與直剪的快剪相當(dāng)。試驗(yàn)過(guò)程由始至終關(guān)閉排水閥門(mén)，土樣在剪切破壞時(shí)不能將土中的孔隙水排出。土樣在加壓和剪切過(guò)程中，含水量始終保持不變。固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）（Consolidated-undrained)與直剪的固結(jié)快剪相當(dāng)。先對(duì)土樣施加周?chē)鷫毫?，將排水閥門(mén)開(kāi)啟，讓土樣中的水排入量水管中，直至排水終止，土樣完全固結(jié)。然后關(guān)閉排水閥門(mén)，施加豎向壓力Δσ，使土樣在不排水條件下剪切破壞

。固結(jié)排水試驗(yàn)（CD）（Consolidated-drained)與直剪的慢剪相當(dāng)。在固結(jié)過(guò)程和Δσ的施加過(guò)程中，都讓土樣充分排水(將排水閥門(mén)開(kāi)啟)，使土樣中不產(chǎn)生孔隙水壓力。故施加的應(yīng)力就是作用于土樣上的有效應(yīng)力

。第24頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度25三軸剪切試驗(yàn)的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：（1）可嚴(yán)格控制排水條件

（2）可量測(cè)孔隙水壓力

（3）破裂面在最軟弱處

缺點(diǎn)：（1）σ2=σ3，難以體現(xiàn)真三軸（2）實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜

第25頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度26無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是周?chē)鷫毫Ζ?=0（無(wú)側(cè)限）的一種特殊三軸壓縮試驗(yàn)，又稱(chēng)單軸試驗(yàn)，該試驗(yàn)多在無(wú)側(cè)限抗壓儀上進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)，在不加任何側(cè)向壓力的情況下，對(duì)圓柱體試樣施加軸向壓力，直至試樣剪切破壞為止。試樣破壞時(shí)的軸向壓力以qu表示，稱(chēng)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。第26頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章土的抗剪強(qiáng)度27現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)可分為：工程現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)大面積直剪試驗(yàn)垂直方向和水平方向都用千斤頂施加剪力；水平推剪試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)（介紹）第27頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月