土力学土的抗剪强度

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1、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5-1概述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。土体强度表现为：一部分土体相对与另一部分土体的滑动，滑动面上剪应力超过了极限抵抗能力－抗剪强度；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。5-1概述5-1概述5-1概述土压力边坡稳定地基承载力挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏核心强度理论工程中土体的破坏类型在外荷载的作用下，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使土体发生压密，而剪应力作用

2、可使土体发生剪切变形。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。5-1概述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。首先需要了解土的强度特点5-1概述5-2土的抗剪强度理论一、库伦公式及抗剪强度指标库伦(Coulomb,1773)根据砂土的

3、试验，将土的抗剪强度，表达为滑动面上法向总应力的函数，即(5－1)PSTAOσ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPa摩擦强度σ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPa直剪试验结果以后又提出了适合粘性土的更普遍的表达式：（5－2）式中：c－土的粘聚力(内聚力)，kPa；－土的内摩擦角，度；式(5-1)和(5-2)统称为库伦公式，或库伦定律，c、称为抗剪强度指标(抗剪强度参数)。Oc粘聚强度摩擦强度+PSTA5-2土的抗剪强度理论NT=NtgφuT滑动摩擦土的强度机理——摩擦强度＋粘聚强度（1）滑动

4、摩擦摩擦强度tg由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒大小，矿物组成等因素有关0.020.060.20.623020颗粒直径(mm)滑动摩擦角u粗粉细砂中砂粗砂（2）咬合摩擦摩擦强度tgCABCAB剪切面是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处被剪断（C），才能移动土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量5-2土的抗剪强度理论密度（e,粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分对于：砂土>粘性土；高岭石>伊里石>蒙特石粒径的形状（颗粒的棱角与

5、长宽比）在其他条件相同时：一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角影响土的摩擦强度的主要因素：摩擦强度tg5-2土的抗剪强度理论5-2土的抗剪强度理论粘聚强度机理静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）粘聚强度影响因素地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度----+粘聚强度5-2土的抗剪强度理论土的抗剪强度有两种表达方法，一种是以总应力表示剪切破坏面上的法向应力，抗剪强度表达式即为库伦公式，称为抗剪强度总应力法，相应的c、φ称为总应力强度指标(参数)；另一种则以有效应力表示剪切破坏面上的法向应力，称为抗

6、剪强度有效应力法，c’、φ’称为有效应力强度指标(参数)。试验研究表明，土的抗剪强度取决于土粒间的有效应力，然而，由库伦公式建立的概念在应用上比较方便，许多土工问题的分析方法都还建立在这种概念的基础上，故在工程上仍沿用至今。抗剪强度有效应力表达式：对于砂土对于粘性土二、莫尔——库伦强度理论5-2土的抗剪强度理论（1）土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数,f=f()（莫尔：1900年）（2）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似：f=c+tg（3）某土单元的任一个平面上=f，该单元就达到了

7、极限平衡应力状态二、莫尔——库伦强度理论5-2土的抗剪强度理论一、莫尔应力圆5-3土中一点的应力极限平衡条件莫尔圆应力分析符号规定材料力学+-+-土力学正应力剪应力拉为正压为负顺时针为正逆时针为负压为正拉为负逆时针为正顺时针为负一、莫尔应力圆5-3土中一点的应力极限平衡条件Ox213t31s3stss1sO’由材料力学知识，已知大小主应力，可以求得与大主应力作用平面成角的平面上的法向应力和剪应力。土单元应力状态的轨迹是一个圆。圆心离圆点距离圆半径一、莫尔应力圆5-3土中一点的应力极限平衡条件对于一般应力状态，即不知

8、道大、小主应力Oz+zx-xzx213rpxs+-1大主应力：小主应力:圆心：半径：σz按顺时针方向旋转ασx按顺时针方向旋转α莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆上一点：代表一个面上的两个应力与极点的概念极