工程巖土的評(píng)價(jià)與圖標(biāo)編制-土的抗剪強(qiáng)度

土的抗剪強(qiáng)度概述與庫(kù)侖定律項(xiàng)目二工程巖土的評(píng)價(jià)4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.2庫(kù)倫定律4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題土工結(jié)構(gòu)物或地基土滲透問(wèn)題變形問(wèn)題強(qiáng)度問(wèn)題滲透特性變形特性強(qiáng)度特性4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題使基坑旁辦公室、民工宿舍和倉(cāng)庫(kù)倒塌，死3人，傷17人。4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題1）.擋土結(jié)構(gòu)物的破壞廣州京光廣場(chǎng)基坑塌方4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題1）.擋土結(jié)構(gòu)物的破壞滑裂面擋土墻基坑支護(hù)4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題2）.各種類(lèi)型的滑坡4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題2）.各種類(lèi)型的滑坡平移滑動(dòng)崩塌旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)流滑4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題2）.各種類(lèi)型的滑坡滑裂面邊坡4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題3）.地基的破壞粘土地基上的某谷倉(cāng)地基破壞4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題3）.地基的破壞地基p滑裂面4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題土壓力邊坡穩(wěn)定地基承載力擋土結(jié)構(gòu)物破壞各種類(lèi)型的滑坡地基的破壞核心強(qiáng)度理論1.散體性：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（剪切破壞），顆粒間粘聚力與摩擦力；2.三相體系：三相承受與傳遞荷載——有效應(yīng)力原理；4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.1.1工程中土的強(qiáng)度和穩(wěn)定問(wèn)題3.自然變異性：土的強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)雜性。4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.2庫(kù)侖定律一、庫(kù)侖定律表達(dá)式1776年，庫(kù)侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)

f=

tan

砂土

f4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.2庫(kù)侖定律一、庫(kù)侖定律表達(dá)式PT土樣下盒上盒S面積A1776年，庫(kù)侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.2庫(kù)侖定律一、庫(kù)侖定律表達(dá)式法向應(yīng)力：剪應(yīng)力

：剪切變形S

—土的內(nèi)摩擦角4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.2庫(kù)侖定律一、庫(kù)侖定律表達(dá)式后來(lái)，根據(jù)粘性土剪切試驗(yàn)

f=c+

tan

粘土c

fc—土的粘聚力

—土的內(nèi)摩擦角庫(kù)侖定律：土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力

的線性函數(shù)4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.2庫(kù)侖定律二、總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)庫(kù)侖定律說(shuō)明：施加于試樣上的垂直法向應(yīng)力

為總應(yīng)力，c、

為總應(yīng)力意義上的土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，稱(chēng)之為總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.2庫(kù)侖定律二、總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)有效應(yīng)力原理：土的抗剪強(qiáng)度并不是由剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是取決于剪切面上的法向有效應(yīng)力c

、

為土的有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，即土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)4.1土的抗剪強(qiáng)度概述4.2庫(kù)侖定律二、總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)確切地表達(dá)出了土的抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)，是比較合理的表達(dá)方法。4.1土的抗剪強(qiáng)度概述6.2.1庫(kù)侖定律三、土的抗剪強(qiáng)度影響因素剪切面上的法向應(yīng)力、土的初始密度、土粒級(jí)配、土粒形狀以及表面粗糙程度；土中礦物成分、粘粒含量、含水率以及土的結(jié)構(gòu)。1.摩擦力的影響因素有：2.粘聚力影響因素有：土的強(qiáng)度理論—極限平衡條件土體內(nèi)一點(diǎn)處任一個(gè)截面上剪應(yīng)力

和法向應(yīng)力

，如圖示：一、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

3

3

1

1

3

1

dldlcos

dlsin

土的強(qiáng)度理論土體內(nèi)一點(diǎn)處任一個(gè)截面上剪應(yīng)力

和法向應(yīng)力

，如圖示：一、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)楔體靜力平衡土的強(qiáng)度理論斜面上的應(yīng)力一、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

3

1

dldlcos

dlsin

莫爾應(yīng)力圓方程土的強(qiáng)度理論圓心坐標(biāo)[1/2(

1+

3)，0]一、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力圓半徑r＝1/2(

1－

3)

O

1

31/2(1+3)

2A(,)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述

土的強(qiáng)度理論土的強(qiáng)度理論二、土的極限平衡條件

強(qiáng)度線極限應(yīng)力圓土的強(qiáng)度理論二、土的極限平衡條件應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：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)

三、庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則的各種表示法無(wú)粘性土：c=0土的強(qiáng)度理論

3

1c

f2fA

cctg1/2(1+3)四、破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為

土的強(qiáng)度理論

2

3

1c

A

C/tg1/2(1+3)

max五、破壞判斷方法土的強(qiáng)度理論

3=常數(shù)：方法一：根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算出大小主應(yīng)力σ1、σ3由σ3計(jì)算σ1f，比較σ1與σ1f判斷破壞可能性五、破壞判斷方法土的強(qiáng)度理論方法一：

O

c

1f

3

1

1σ1<σ1f

安全狀態(tài)σ1=σ1f

極限平衡狀態(tài)σ1>σ1f

不可能狀態(tài)五、破壞判斷方法土的強(qiáng)度理論

1=常數(shù)：方法二：

O

c

1

3f

3

3根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算出大小主應(yīng)力σ1、σ3判斷破壞可能性由σ1計(jì)算σ3f比較σ3與σ3fσ3>σ3f

安全狀態(tài)σ3=σ3f

極限平衡狀態(tài)σ3<σ3f

不可能狀態(tài)【例】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430kPa，小主應(yīng)力為

200kPa。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=15kPa，

=20o。六、例題分析土的強(qiáng)度理論①該單元土體處于何種狀態(tài)？②單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？試問(wèn):六、例題分析土的強(qiáng)度理論【解答】已知

1=430kPa，

3=200kPa，c=15kPa，

=20o

方法一：六、例題分析土的強(qiáng)度理論

1f大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力

1，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)。表明：

六、例題分析土的強(qiáng)度理論【解答】已知

1=430kPa，

3=200kPa，c=15kPa，

=20o

方法二：六、例題分析土的強(qiáng)度理論

3f小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)力

3，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果表明：

六、例題分析土的強(qiáng)度理論【解答】已知

1=430kPa，

3=200kPa，c=15kPa，

=20o

方法三：在剪切面上：六、例題分析土的強(qiáng)度理論【解答】已知

1=430kPa，

3=200kPa，c=15kPa，

=20o

方法三：在剪切面上：庫(kù)侖定律：由于τ<τf，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定方法項(xiàng)目二工程巖土的評(píng)價(jià)4.3.1直接剪切試驗(yàn)4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)4.3抗剪強(qiáng)度的測(cè)定方法4.3.3無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)4.3.4十字板剪切試驗(yàn)直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）試驗(yàn)儀器4.3.1直接剪切試驗(yàn)一、試驗(yàn)儀器4.3.1直接剪切試驗(yàn)一、試驗(yàn)儀器圖1圖24.3.1直接剪切試驗(yàn)一、試驗(yàn)儀器PSTA4.3.1直接剪切試驗(yàn)二、強(qiáng)度指標(biāo)的確定在法向應(yīng)力作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得到該作用下土的抗剪強(qiáng)度，如圖示：σ

=100KPa

Sσ

=200KPaσ

=300KPaσ=400KPa

S

S

S

S4.3.1直接剪切試驗(yàn)二、強(qiáng)度指標(biāo)的確定

Oc

在不同的垂直壓力

下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度τf，繪制τf-

曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線如圖示：4.3.1直接剪切試驗(yàn)三、直剪試驗(yàn)優(yōu)、缺點(diǎn)儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便。優(yōu)點(diǎn)：4.3.1直接剪切試驗(yàn)三、直剪試驗(yàn)優(yōu)、缺點(diǎn)①剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。缺點(diǎn)：②試驗(yàn)中不能?chē)?yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。缺點(diǎn)：③上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過(guò)程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻缺點(diǎn)：4.3.1直接剪切試驗(yàn)三、直剪試驗(yàn)優(yōu)、缺點(diǎn)PSTA4.3.1直接剪切試驗(yàn)四、直剪試驗(yàn)的方法通過(guò)控制剪切速率近似模擬排水條件施加正應(yīng)力后立即剪切，剪切速度0.8mm/分3-5分鐘內(nèi)剪切破壞(1)快剪4.3.1直接剪切試驗(yàn)四、直剪試驗(yàn)的方法通過(guò)控制剪切速率近似模擬排水條件(2)固結(jié)快剪施加正應(yīng)力充分固結(jié)后，以0.8mm/分的速度進(jìn)行剪切在3-5分鐘內(nèi)剪切破壞4.3.1直接剪切試驗(yàn)四、直剪試驗(yàn)的方法通過(guò)控制剪切速率近似模擬排水條件(3)慢剪施加正應(yīng)力-充分固結(jié)剪切速率很慢，<0.02mm/分，以保證無(wú)超靜孔壓4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)一、試驗(yàn)儀器：三軸儀應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測(cè)系統(tǒng)組成應(yīng)力控制式三軸儀4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)壓力室示意圖：試樣壓力室壓力水排水管閥門(mén)軸向加壓桿有機(jī)玻璃罩橡皮膜透水石頂帽量測(cè)體變或孔壓4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)二、試驗(yàn)方法首先試樣施加靜水壓力—室壓（圍壓）1=2=3

；然后通過(guò)活塞桿施加的是應(yīng)力差Δ

1=

1-3

。三、強(qiáng)度包線分別作圍壓

為100kPa

、200kPa

、300kPa的三軸試驗(yàn)，得到破壞時(shí)相應(yīng)的（

1-

)f

1

1-3

1

=15%4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)三、強(qiáng)度包線繪制三個(gè)破壞狀態(tài)的應(yīng)力莫爾圓，畫(huà)出它們的公切線——強(qiáng)度包線，得到強(qiáng)度指標(biāo)c與強(qiáng)度包線(

1-

)fc

(

1-

)f

4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)四、試驗(yàn)方法根據(jù)固結(jié)排水的不同條件固結(jié)排水試驗(yàn)（CD試驗(yàn)）固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU試驗(yàn)）不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU試驗(yàn)）4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)四、試驗(yàn)方法實(shí)際工作中，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件決定采用實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)方法，以獲得合適的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。試驗(yàn)方法適用條件不固結(jié)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固結(jié)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(jié)不排水剪或固結(jié)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4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)五、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)1.可以控制土樣的排水固結(jié)條件；4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：2.能測(cè)量試樣兩端的孔隙水壓力，從而可算得有效應(yīng)力；優(yōu)點(diǎn)：3.試樣的應(yīng)力條件比較明確，有利于理論分析。優(yōu)點(diǎn)：五、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)難以試驗(yàn)4.3.2三軸壓縮試驗(yàn)缺點(diǎn)：

3＝0，即為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。說(shuō)明假三軸與儀真三軸儀一、儀器設(shè)備4.3.3無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿試樣一、儀器設(shè)備4.3.3無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)三軸剪切試驗(yàn)的特例，對(duì)試樣不施加周?chē)鷫毫?，?/p>

3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無(wú)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(chēng)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。一、儀器設(shè)備及原理4.3.4十字板剪切試驗(yàn)屬原位測(cè)試方法一般適用于測(cè)定軟粘土的不排水強(qiáng)度指標(biāo)；鉆孔到指定的土層，插入十字形的探頭；通過(guò)施加的扭矩計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度土的直接剪切試驗(yàn)土的直接剪切試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)設(shè)備試驗(yàn)方法試驗(yàn)操作結(jié)果整理試驗(yàn)?zāi)康闹奔粼囼?yàn)是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的一種常用的、古老的、又最簡(jiǎn)單的方法。測(cè)定土不同壓力下的抗剪強(qiáng)度，得出土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)粘聚力c和摩擦角φ，可以估算地基承載力，評(píng)價(jià)地基穩(wěn)定性，計(jì)算擋土墻土壓力等。試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)設(shè)備直剪儀（應(yīng)變控制式，應(yīng)力控制式）、環(huán)刀、百分表、刮土刀、鋼絲鋸、塑料片等。試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備××√環(huán)刀：內(nèi)徑61.8mm，高20mm百分表：量程10mm，分度值0.01試驗(yàn)方法在直剪試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)加荷速率的快慢可將試驗(yàn)劃分為:快剪固結(jié)快剪慢剪注：應(yīng)按地基土的實(shí)際受力和固結(jié)情況選定合理選擇試驗(yàn)方法。黏質(zhì)土快剪試驗(yàn)操作1.試樣制備：對(duì)同一種土至少用環(huán)刀切取4個(gè)試樣，平行試驗(yàn)或同一組密度差值不大于±0.1g/cm3，含水率差值不大于2%。試件飽和：根據(jù)土的性質(zhì)，決定飽和方法。2.對(duì)準(zhǔn)剪切盒的上下盒，插上固定銷(xiāo)，在下盒內(nèi)放透水石和濾紙，將帶有試樣的環(huán)刀刀口向上，平口向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣上放濾紙和透水石，將土樣小心地推入剪切盒內(nèi)。黏質(zhì)土快剪試驗(yàn)操作3.將剪切盒放入加壓框架中，依次加上傳壓板、加壓框架，使框架、傳壓螺釘對(duì)準(zhǔn)壓板鋼球中心。旋轉(zhuǎn)手輪，使上盒前端鋼珠剛好與測(cè)力計(jì)接觸。安裝水平位移量測(cè)裝置，并調(diào)至零位或測(cè)記初讀數(shù)。4.根據(jù)工程實(shí)際和土的軟硬程度分別施加各級(jí)垂直壓力，一般可取100kPa、200kPa、300kPa、400kPa。對(duì)松軟試樣垂直壓力應(yīng)分級(jí)施加，以防土樣擠出。施加壓力后，向盒內(nèi)注水，當(dāng)試樣為非飽和試樣時(shí)，應(yīng)在加壓板周?chē)詽衩藜啞ｐべ|(zhì)土快剪試驗(yàn)操作5.施加垂直壓力，拔出固定銷(xiāo)立即開(kāi)動(dòng)秒表，均