土力学：土的抗剪强度课件.ppt

1、1土的抗剪强度基本要求：基本要求：掌握掌握土的抗剪强度理论，粘性土抗剪强度指标的测定和土的抗剪强度理论，粘性土抗剪强度指标的测定和选择；选择；熟悉熟悉无粘性土的剪胀性和临界孔隙比；无粘性土的剪胀性和临界孔隙比；了解了解孔隙水压力系数的概念和用途，应力历史、应力路孔隙水压力系数的概念和用途，应力历史、应力路径对土体强度指标的影响。径对土体强度指标的影响。2022-11-112本章内容本章内容n7.1 概述概述n7.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论n7.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验n7.4 三轴压缩试验中的孔隙水压力系数三轴压缩试验中的孔隙水压力系数n7.5 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘

2、性土的抗剪强度n7.6 应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用n6.7 无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度2022-11-1137.1 概述概述1、抗剪强度：抵抗剪切破坏的极限能力。、抗剪强度：抵抗剪切破坏的极限能力。2、强度问题：地基承载力、土压力、边坡稳定。、强度问题：地基承载力、土压力、边坡稳定。3、抗剪指标的确定方法。、抗剪指标的确定方法。4、本章内容：抗剪强度理论、本章内容：抗剪强度理论指标测定指标测定粘性土粘性土与无粘性土抗剪强度与无粘性土抗剪强度 2022-11-1147.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论7.2.1 库伦公式及抗剪强度指标库伦公式及抗剪强度指标

3、 法国工程师库伦提出：法国工程师库伦提出：tanf c粘性土粘性土tanf无粘性土无粘性土ftanfctanf c其中，其中，fc抗剪强度；抗剪强度；粘聚力，粘聚力，kPa；内摩擦角。内摩擦角。土的抗剪强度可以用土的抗剪强度可以用有效应力法有效应力法表示：表示：tan)(tanfucc其中，其中，为有效抗剪指标。为有效抗剪指标。c2022-11-1157.2.2 莫尔莫尔-库伦强度理论及极限平衡条件库伦强度理论及极限平衡条件1、莫尔库仑强度条件、莫尔库仑强度条件 f莫尔（莫尔（Mohr，1910）提出材料产生剪切破坏时，剪切面上的剪应力（抗）提出材料产生剪切破坏时，剪切面上的剪应力（抗剪强度）

4、剪强度）是该面上法向应力是该面上法向应力 的函数，呈曲线，即：的函数，呈曲线，即：)(ff莫尔理论对土比较合适，土的莫尔包线可以近似用直线代替，即库仑莫尔理论对土比较合适，土的莫尔包线可以近似用直线代替，即库仑公式表示的方程。由库仑公式表示的莫尔包线的强度理论称为公式表示的方程。由库仑公式表示的莫尔包线的强度理论称为莫尔莫尔库仑强度理论。库仑强度理论。2022-11-1162、土体中一点的应力状态、土体中一点的应力状态取土中的一单元体进行受力分析：在微元体内与大主应力取土中的一单元体进行受力分析：在微元体内与大主应力 作用平面作用平面成任意角成任意角 的的mn平面上有正应力平面上有正应力 和剪

5、应力和剪应力 。11133mn取隔离体，根据静力平衡条件可得：取隔离体，根据静力平衡条件可得：0cossinsin3dsdsds0sincoscos1dsdsds13dssindscosds联立求解以上方程得联立求解以上方程得mn平面上的应力为：平面上的应力为：2sin)(212cos)(21)(21313131O 213r表示在表示在 坐标系中即为一莫尔圆。某斜截面上的正应力与剪应力与坐标系中即为一莫尔圆。某斜截面上的正应力与剪应力与莫尔圆上的点具有莫尔圆上的点具有一一 一对应一对应关系。关系。2022-11-1173、极限平衡条件、极限平衡条件 对某一截面而言，对某一截面而言，稳定；，稳定

6、；，极限平衡；，极限平衡；，破坏。，破坏。fff对于土体单元（或土体中一点），当过该点的最危险斜截面上剪应力达对于土体单元（或土体中一点），当过该点的最危险斜截面上剪应力达到抗剪强度时，该点被剪切破坏，或者说处于极限平衡状态。此时，强到抗剪强度时，该点被剪切破坏，或者说处于极限平衡状态。此时，强度线与该点的莫尔应力圆相切。度线与该点的莫尔应力圆相切。1 313ctg2c132tanfc O c根据相切时的应力条件，可得根据相切时的应力条件，可得：sin21cot23131c2),(),(f2022-11-118整理后得：整理后得：粘性土粘性土无粘性土无粘性土2/45tan22/45tan231

7、c2/45tan22/45tan213c2/45tan2312/45tan213采用采用有效应力分析有效应力分析时，可得：时，可得：2/45tan22/45tan231 c2/45tan22/45tan213 c破坏时破坏时 245f知道了一点的大、小主应力，如何判断其状态？举例说明。知道了一点的大、小主应力，如何判断其状态？举例说明。2022-11-119补充例题补充例题地基中某点，；地基土，。问该地基中某点，；地基土，。问该点是否会剪坏？点是否会剪坏？kPa4501kPa2003kPac20 30c13解解（）图解（）图解相离，不会剪坏。相离，不会剪坏。（）（）kPa4501极限平衡时：极

8、限平衡时：kPacf85.148)2/3045tan(202)2/3045(tan450)2/45tan(2)2/45(tan221333f不会破坏。不会破坏。c31f32022-11-1110（3）kPa2003极限平衡时：极限平衡时：kPacf3.669)2/3045tan(202)2/3045(tan200)2/45tan(2)2/45(tan223111f不会破坏。不会破坏。13f1c13c（）最危险截面上（）最危险截面上602/45kPakPa3.108120sin22004502sin25.262120cos220045022004502cos22313131kPacf6.1712

9、030tan5.262tanf不会破坏。不会破坏。2),(),(f2022-11-11117.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验7.3.1 直接剪切试验直接剪切试验（）试验过程（）试验过程 PST（）成果：图与图（）成果：图与图f（）试验分类（）试验分类快剪、固结快剪、慢剪快剪、固结快剪、慢剪（）优缺点（）优缺点设备简单，操作方便；设备简单，操作方便；结果结果便于整理；便于整理；测试时间短。测试时间短。试样应力状态复杂；试样应力状态复杂；应变不应变不均匀；均匀；不易控制排水条件；不易控制排水条件；剪切面固定。剪切面固定。2022-11-11127.3.常规三轴压缩试验常规三轴压缩试验（）试验

10、过程（）试验过程（）成果（）成果（）试验分类（）试验分类UU、CU、CD 试样试样压力室施加围压进水管，可测孔压轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽出水管（）优缺点（）优缺点能较严格控制排水条件及能较严格控制排水条件及测孔压，应力状态明确。测孔压，应力状态明确。，与实际情况不符；，与实际情况不符；试验技术较为复杂。试验技术较为复杂。322022-11-11137.3.无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验（）无侧限抗压强度（）无侧限抗压强度uq对于对于饱和粘土饱和粘土，可采用无侧限抗压强度试验确定不排水强度（相当于在，可采用无侧限抗压强度试验确定不排水强度（相当于在三轴仪中进行三轴仪中进行 的不

11、排水剪）。的不排水剪）。03（）粘性土的灵敏度（）粘性土的灵敏度 uqqSut0u2uuqc 7.3.4十字板剪切试验十字板剪切试验HVDHDM326121假定假定 fHV)3/(22DHDMf则则 适用于饱和软粘土，试验结果与无侧限适用于饱和软粘土，试验结果与无侧限抗压强度试验相当：抗压强度试验相当：2/ufqM2DMH2022-11-11147.4三轴压缩试验中的孔隙水压力系数三轴压缩试验中的孔隙水压力系数三轴压缩试验孔隙水压力变化如图：三轴压缩试验孔隙水压力变化如图：（1）对于等向压缩应力增量所引起的孔隙水压力增量：）对于等向压缩应力增量所引起的孔隙水压力增量：33BuB表示单位围压增量

12、所引起的孔隙水压力增量，对饱和土体表示单位围压增量所引起的孔隙水压力增量，对饱和土体B1。（2）偏应力增量所引起的孔隙水压力增量，按弹性理论计算：）偏应力增量所引起的孔隙水压力增量，按弹性理论计算：31131Bu由于土为非理想弹性体，以由于土为非理想弹性体，以A替换替换1/3。2022-11-1115（）则总孔隙水压力增量为：（）则总孔隙水压力增量为：313ABu313313AABuUU31AuCU0uCDA受多种因素影响。受多种因素影响。对于变形验算，对于变形验算，A值有：灵敏粘土值有：灵敏粘土正常固结土正常固结土超固结土。超固结土。对于强度验算，对于强度验算，A值有：松的细砂值有：松的细砂

13、灵敏粘土灵敏粘土正常固结土正常固结土超固结土。超固结土。施加施加 和和 引起的固结变形就是引起的固结变形就是 消散的结果：消散的结果：13uHHz)A(Amzums0131v0vcd1dtan)(tanfucc如何理解如何理解?2022-11-11167.5 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度 7.5.1 不排水抗剪强度不排水抗剪强度0u)(2131u cf有效应力圆只有一个，不能得到有效的、，故只用于测定饱和土有效应力圆只有一个，不能得到有效的、，故只用于测定饱和土的不排水强度。的不排水强度。c不同围压下的总应力圆直径相等，增加围压只会使破坏时的增加，不同围压下的总应力圆直径相等，增加

14、围压只会使破坏时的增加，有效应力圆不变。有效应力圆不变。fu2022-11-11177.5.2 固结不排水抗剪强度固结不排水抗剪强度根据试验时与的关系，分为正常固结土和超固结土。根据试验时与的关系，分为正常固结土和超固结土。3cp（1）正常固结土（）正常固结土（）cp3cuftantanfcu（）超固结土（）（）超固结土（）cp3cucuftan ctanfc一般有：一般有：cucc cu2022-11-11187.5.3 排水抗剪强度排水抗剪强度试验过程中孔隙水压力始终为零，故只总应力圆与有效应力圆一致。试验过程中孔隙水压力始终为零，故只总应力圆与有效应力圆一致。CD试验得到的与与试验得到的

15、与与CU试验得到的、很接近，实用上取试验得到的、很接近，实用上取CU试验结果。但由于试验结果。但由于CD试验在剪切过程中体积一般发生变化，试验在剪切过程中体积一般发生变化，故与要略大于与。故与要略大于与。dcdcdcdc同一种粘土在不同的排水条件下的试验，总抗剪指标不同，有同一种粘土在不同的排水条件下的试验，总抗剪指标不同，有效抗剪指标唯一。抗剪强度与有效应力具有唯一的对应关系。效抗剪指标唯一。抗剪强度与有效应力具有唯一的对应关系。2022-11-11197.5.3 抗剪强度指标的选择抗剪强度指标的选择地基、边坡、挡土结构的长期稳定分析：地基、边坡、挡土结构的长期稳定分析：cCU 饱和软粘土地

16、基的短期稳定问题：饱和软粘土地基的短期稳定问题：UU uc0u一般工程问题多用总应力法分析：取决于施工速度与地基土的一般工程问题多用总应力法分析：取决于施工速度与地基土的透水性，采用相应三轴试验或直剪试验结果。透水性，采用相应三轴试验或直剪试验结果。A辛格的强度指标选用表。辛格的强度指标选用表。2022-11-1120例题例题7-1P201某正常固结饱和粘性土试样，某正常固结饱和粘性土试样，CU试验，破坏时，试验，破坏时，如果破坏面与水平面（大主应力面）夹角，如果破坏面与水平面（大主应力面）夹角，求：破坏面上的、；以及试件中的。求：破坏面上的、；以及试件中的。kPa2003kPa28031 5

17、7fmax解：解：kPa2003kPa48028031 57fkPaf283114cos220048022004802cos223131kPaf128114sin22004802sin231则：则：kPa1402200480231max最大剪应力在的面上最大剪应力在的面上 4513cf2),(),(max拓展：粘性土样的抗剪指标是多少？拓展：粘性土样的抗剪指标是多少？572/45f 24)2/45tan(2)2/45(tan231ckPac23157452022-11-1121例题例题7-2P202粘性土粘性土CU试验，试验，为何破坏面在面上而不是发生在最大剪应力面？为何破坏面在面上而不是发生

18、在最大剪应力面？kPa2003kPa480157fkPauf180kPac8025解：解：kPauf20018048011kPauf2018020033kPaf103114cos2203002203002cos223131kPaf128114sin2203002sin23157fkPacf1288025tan103tanf破坏（极限平衡）不会产生剪切破坏。45kPa160220300231kPa140220300231kPacf1558025tan160tanfc3131),(f2),(max),(f3157452022-11-11227.6 应力路径在强度问题中的应用（自学）应力路径在强度问题中的应用（自学）7.7 无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度1、松砂的硬化与紧砂的软化，低围压下松砂剪缩与紧砂的先剪缩后剪胀。、松砂的硬化与紧砂的软化，低围压下松砂剪缩与紧砂的先剪缩后剪胀。2、临界孔隙比与砂土液化、临界孔隙比与砂土液化无粘性土的抗剪强度取决于有效法向应力与内摩擦角，还受各无粘性土的抗剪强度取决于有效法向应力与内摩擦角，还受各向异性、试样的沉积方法及应力历史等因素影响。向异性、试样的沉积方法及应力历史等因素影响。2022-11-1123答案（答案（B）2022-11-1124