土力学课件第五章土的抗剪强度

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1、第五章土的抗剪强度本章主要内容5.1抗剪强度概述5.2土的抗剪强度试验5.3土的抗剪强度及破坏理论5.4砂类土的抗剪强度特征5.5粘性土的抗剪强度特征5.6特殊粘性土的抗剪强度特征5.7粘性土的流变特性5.8土的动力强度特性土工结构物或地基土渗透问题变形问题强度问题渗透特性变形特性强度特性1.碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用——主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘聚力与摩擦力；2.三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理；3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。土的强度特点§5.1概述在外荷载的作用下，土体中任一截面将同时产生法向应力和剪应力，其中法向应力作用将

2、使土体发生压密，而剪应力作用可使土体发生剪切变形。土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。当土中一点某一截面上由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，它将沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。土的破坏主要是由于剪切所引起的，剪切破坏是土体破坏的主要特点。与土体强度有关的工程问题：建筑物地基稳定性、填方或挖方边坡、挡土墙土压力等。概述平移滑动崩塌旋转滑动流滑概述1994年4月30日上午11时45分崩塌体积530万m3，30万m3堆入乌江，形成长110m、宽100m、高100m的碎石坝，阻碍乌江通航达数月之久。死4人，伤5人，失踪12人乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭

3、山体崩塌概述龙观嘴黄崖沟乌江2000年西藏易贡巨型滑坡概述边坡滑裂面概述日本新泻1964年地震引起大面积液化地基的破坏概述粘土地基上的某谷仓地基破坏概述地基p滑裂面地基的破坏概述§5.2莫尔—库伦强度理论一、库伦公式1773年C.A.Coulomb根据砂土试验，提出了：f=·tan1776年他又提出了适用于粘土的更普遍公式：f=c+·tanc和是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标。(教材§5.1，§5.3.2，§5.3.3)以后，由于有效应力原理的发展，人们认识到土体内的剪应力只能由土骨架承担，只有有效应力的变化才能引起抗剪强度的变化。因此，上述库伦公式应修改为：

4、f=΄·tan΄f=c΄+΄·tan΄式中：c΄—土的有效粘聚力；΄—土的有效内摩擦角。以上实际上将土的抗剪强度分成了总应力表达法和有效应力表达法。二、莫尔理论莫尔（Mohr）继库伦的早期研究工作之后，在1900年提出了材料的剪切破坏理论。莫尔认为，根据试验得到的各种应力状态下的极限应力圆具有一条公共包络线，如下图所示。一般来讲，这条包络线是曲线，并被称为莫尔包（络）线或抗剪强度包线。ff=f()图5-1莫尔包络线如果材料中某点的应力圆位于包线之下，表明该点安全；如果某点的应力圆与莫尔包线相切，表明该点处于极限平衡状态；如果应力圆与莫尔包线相交，说明该点已经破坏。莫尔包

5、线的一般表达式是f=f()具体形式多种多样，有斜直线，双曲线、抛物线、摆线等，应当通过试验确定，而不是靠什么理论和假设推导出来。对各种型式的莫尔包络线的讨论在以后选修的岩石力学课程中能够见到。三、莫尔—库伦理论实验证明，在应力变化范围不很大的情况下，土的莫尔破坏包线可以近似的用直线代替，该直线的方程与库伦公式一致。这种用库伦公式来表示莫尔包线的强度理论就称为莫尔-库伦强度理论。f=c+·tan在-平面上作莫尔应力圆，如右图(教材P178图5.3.2)所示。图土体中某点极限平衡时的摩尔圆由于土体处于极限平衡状态，根据莫尔-库伦理论，破坏应力圆必定与破坏包线相切，切点A的位置也就

6、是破坏面的位置，并且：2f=+90f=45+/2即破坏面与最大主应力作用面成45+/2的夹角，与最大剪应力面成/2的夹角，这是岩土类材料与钢等连续材料在强度上的又一区别，由于内摩擦的作用，破坏既不发生在最大主应力作用面，也不发生在最大剪应力作用面。通常情况下，只要土样均质，应力均匀，试件内就会出现两组共轭破裂面，如右图所示。45o+/23f1f图土中的共轭破裂面四、主应力表示的莫尔—库伦准则（极限平衡条件）进一步分析莫尔直线包线与莫尔破坏应力圆，还会发现以下关系：AD=RDsin而AD=(1-3)/2RD=ctan+(1+3)/2故(1-3)/2=

7、[ctan+(1+3)/2]sin1(1-sin)=3(1+sin)+2ccos（5-6）（5-7）对于无粘性土，由于c=0，（5-6）和（5-7）式可以简化为：1=3tan2(45+)（5-8）3=1tan2(45-)（5-9）虽然莫尔-库伦准则在不同土体中的有效性都得到了较好的证实，但有时也不尽准确，造成差别的重要原因就是它没有考虑中间主应力2的影响。由于f决定于有效应力，所以，