第五章 抗剪强度

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1、高等土力学——谢康和§5抗剪强度ShearStrength§5.1概述§5.2抗剪强度测定方法§5.3无粘性土抗剪强度§5.4粘性土抗剪强度§5.1概述土的抗剪强度是重要的土力学课题之一（承载力、土坡稳定、土压力等有关）土的抗剪强度：土抵抗土体颗粒间产生相互滑动的极限能力。影响因素：土的组成、结构、孔隙比、排水条件、应力历史、荷载形式、土中应力（总应力、有效应力、孔隙水压力）、时间、温度。以土中有效应力和孔隙比最为重要。土的抗剪强度摩擦力滑动摩擦力咬合摩擦力与颗粒间的法向应力有关粘聚力：与土粒间的粘结力有关（胶结作用、电分子力）与颗粒间的法向应力无

2、关§5.1概述土体破坏准则：1.Tresca破坏条件和广义Tresca破坏条件最大剪应力准则——土体中最大剪应力达到某一极限时，土体即发生破坏。——数學表达式或式中K—试验常数§5.1概述进一步考虑静水压力对土体破坏的影响，则有广义Tresca破坏条件：—试验常数;，应力张量第一不变量，应力张量第二不变量，应力张量第三不变量主应力方程：§5.1概述2.VonMises破坏条件和广义VonMises屈服条件VonMises破坏条件又称为最大歪形能破坏准则，即认为土体歪形能达到某一极限值时，土体发生破坏：或式中是试验常数—应力偏张量第二不变量当，。§5

3、.1概述—应力偏张量第一不变量—应力偏张量第三不变量偏主应力方程：偏主应力：§5.1概述广义VonMises屈服条件—进一步考虑静水压力对土体破坏的影响式中：K，—试验常数当，称为Drucker—Prager破坏条件。§5.1概述3.Mohr—Coulomb破坏条件也可用主应力表示：或：当几何关系：§5.1概述4.Lade破坏条件5.Matsuoka—Nakai破坏条件—日本6.双剪应力破坏条件—西安交大俞茂宏教授材料的破坏决定于两个较大的主剪应力之和：式中：C为试验常数§5.1概述任何破坏条件都可以在p平面（子午面）上用图形表示。Mohr—Cou

4、lomb条件在p平面上为等边不等角的六边形。试验表明：日本Matsuoka—Nakai的破坏条件与真实破坏点较为相符。但Mohr—Coulomb破坏准则直观(分成c、j两部分)、实用、且偏安全，故在实际中应用最广。历史上曾有人认为：含水量是决定饱和土抗剪强度的重要因素。但事实并非如此，由右图中A、B两点可知。§5.1概述Terzaghi(1936):土体抗剪强度的摩擦力部分主要取决于法向有效应力s‘，即s‘=s-u[有效应力与应力历史有关（超固结土）]式中：c’、j‘称为有效应力强度指标。有效应力分析法：采用有效应力强度指标进行土工分析的方法。总应

5、力分析法：采用总应力强度指标（不排水条件测得）进行土工分析的方法。§5.1概述在对某具体工程进行稳定分析时，通常需要处理好下述三个问题：1、根据工程的具体情况（例如：是排水条件还是不排水条件；是短期稳定性的问题，还是长期稳定性问题）合理确定选用的分析方法。例如采用总应力分析法，还是采用有效应力分析法；2、根据选用的分析方法，确定需要的强度指标。例如是总应力强度指标还是有效应力强度指标。并根据情况合理选用一定的室内外试验测定其需要的强度指标；3、根据选用的分析方法、强度指标的确定方法，并根据规范，结合工程实践经验，选用合适的安全系数。学习土的抗剪强度

6、一定要有工程观点，不仅要掌握土体抗剪强度的基本概念，各种土的抗剪强度指标的测定方法，还有学会根据具体工程分析的要求，正确选用土的抗剪强度指标。§5.2抗剪强度测定方法Mohr—Coulomb破坏条件可用总应力和有效应力表示。其抗剪强度指标常由以下实验测定：直剪、三轴、单剪、十字板§5.2.1直剪试验最古老、最简单，但应力不均匀、排水条件难以控制，剪切面预先规定。快剪试验：Cq、jq土体快剪强度指标固结快剪试验：Ccq、jcq土体固结快剪强度指标慢剪试验：Cs、js土体慢剪强度指标§5.2抗剪强度测定方法§5.2.2三轴试验三轴试验是在三向加压条件下

7、的剪切试验。常规三轴仪示意图如下：1－调压筒；2－周围压力表；3－周围压力阀；4－排水阀；5－体变管；6－排水管；7－变形量表；8－量力环；9－排气孔；10－轴向加压设备；11－压力室；12－量管阀；13－零位指示器；14－孔隙压力表；15－量管；16－孔隙压力阀；17－离合器；18－手轮；19－马达；20－变压管常规三轴仪示意图§5.2抗剪强度测定方法§5.2.2三轴试验最常用的试验一．不固结不排水剪切试验（UU试验）土样在施加周围压力和随后增加轴向压力直至土样剪切破坏的全过程中均处于不排水状态。饱和土样在不排水过程中土体体积保持不变。试验过程中

8、围压保持不变，可测量轴向力、轴向位移和土样中超孔隙水压力的变化过程，可测定剪切破坏时最大和最小主应力和超孔隙水压力值。UU