土力学与地基基础-05.土的抗剪强度

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1、5土的抗剪强度5土的抗剪强度5.1概述5.2土的强度理论与强度要求5.3土的抗剪强度指标的试验方法及其应用5.4关于土的抗剪强度影响因素的讨论土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力5.1概述工程实例－土坡稳定性问题工程实例－土坡稳定性问题工程实例－土坡稳定性问题工程实例－土坡稳定性问题工程实例－地基承载力问题1911年动工1913年完工谷仓自重20000吨1913年10月17日发现1小时内竖向沉降达30.5厘米，结构物向西倾斜，并在24小时内倾倒，谷仓西端下沉7.32米，东端上抬1.52米。原因：地基承载力不够，超载引发

2、强度破坏而产生滑动。加拿大特朗斯康谷仓近代世界上最严重的建筑物破坏之一1940年水泥仓库装载水泥，使粘性土超载，引起地基土剪切破坏而滑动。倾斜45度，地基土被挤出达5.18米，23米外的办公楼也发生倾斜。美国纽约某水泥仓库工程实例－地基承载力问题5.2土的强度理论与强度指标一、抗剪强度的库仑定律1776年，库仑根据砂土剪切试验得出库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力的线性函数f=tan砂土f后来，根据粘性土剪切试验得出5.2土的强度理论与强度指标f=c+tan粘土cf库伦公式:(无粘性土：

3、c=0)抗剪强度指标c:土的粘聚力:土的内摩擦角库仑定律说明：（1）土的抗剪强度由土的内摩阻力和粘聚力c两部分组成。（2）内摩阻力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩阻系数。（3）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角φ和粘聚力c.无粘性土的c＝0，内摩擦角主要取决于土粒表面的粗糙程度和土粒交错排列的情况；土粒表面越粗糙，棱角越多，密实度越大，则土的内摩擦系数大.粘性土的粘聚力c取决于土粒间的连结程度。5.2土的强度理论与强度指标土的抗剪强度的构成：一部分与颗粒间的法向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是内摩阻力；另一部

4、分是与法向应力无关的土粒之间的粘结力，通常称为粘聚力。5.2土的强度理论与强度指标二、土的抗剪强度的构成莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力f的关系，土的摩尔包线通常可以近似地用直线表示，如图虚线所示。莫尔包线f=c+tan二、土的强度理论—极限平衡理论5.2土的强度理论与强度指标土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应力和法向应力）331131斜面上的应力5.2土的强度理论与强度指标O131/2(1+3)2A(,)土中某点的应力

5、状态可用莫尔应力圆描述31莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。5.2土的强度理论与强度指标应力圆与强度线相离：强度线应力圆与强度线相切：应力圆与强度线相割：极限应力圆τ<τf弹性平衡状态τ=τf极限平衡状态τ>τf破坏状态5.2土的强度理论与强度指标31cf2fAcctg1/2(1+3)粘性土极限平衡条件：无粘性土极限平衡条件：c=05.2土的强度理论与强度指标土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为f31c

6、Acctg1/2(1+3)o45max=ta说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成/2的夹角。5.2土的强度理论与强度指标根据上述关系式可知：（1）判断土体中一点是否处于极限平衡状态，必须同时掌握大、小主应力以及土的抗剪强度指标的大小及其关系，即为前述所表达的极限平衡条件。（2）如果同一种土有几个试样在不同大小主应力组合下受剪破坏，则在图上可以得到几个摩尔极限应力圆，这些应力圆的公切线就是其强度包线，这些强度包线在高应力水平时实际上是一条曲线，但在实用上常做直线处理。5.2土的强度理论与强度指

7、标的方法测定土抗剪强度直接剪切试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验十字板剪切仪试验5.3土的抗剪强度试验方法及其应用试验仪器：直剪仪（应变控制式，应力控制式）（一）、直接剪切试验应变控制式直剪仪的试验原理：对同一种土至少取4个平行试样，分别在不同垂直压力下剪切破坏，将试验结果绘制抗剪强度f与相应垂直压力的关系图。（一）、直接剪切试验剪切容器与应力环（一）、直接剪切试验（一）、直接剪切试验（一）、直接剪切试验在不同的垂直压力下进行剪切试验，得相应的抗剪强度τf，绘制τf-曲线，得该土的抗剪强度包线（一）、直接剪切试验

8、在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线。4mmab剪切位移△l(0.01mm)剪应力（kPa)12（一）、直接剪切试验快剪：对试样施加竖向压力后，立即以0.8mm/min的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。固结快剪：对试样施加竖向压力后，让试样充分排水，待固结稳定后，再以0.8mm/mi