土力学第七章详解.ppt

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1、第七章土的抗剪强度第一节概述第二节土体破坏准则和土的强度理论第三节土的抗剪强度试验及参数确定参数确定第四节土的应力应变特征第五节有效应力路径本章主要内容：第一节概述什么是土的抗剪强度？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。为什么要研究土的抗剪强度？剪切破坏是土体破坏的重要特点。变形破坏沉降、位移等超过规定限值(已学)地基破坏强度破坏地基整体或局部滑移、土工构筑物失稳、滑坡工程背景1.建筑物地基承载力问题基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形甚至倾覆。1.建筑物地基承载力问题(图1)建筑物地基承载力

2、问题(图2)2.构筑物环境的安全性问题即土压力问题挡土墙、基坑等工程中，墙后土体强度破坏将造成过大的侧向土压力，导致墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故。2.构筑物环境的安全性问题即土压力问题3.土工构筑物的稳定性问题3.土工构筑物的稳定性问题土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等，在超载、渗流乃至暴雨作用下引起土体强度破坏后将产生整体失稳边坡滑坡等事故。土体强度破坏的机理是什么？在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。stripfoot

3、ingembankmentfailuresurfacemobilisedshearresistancestripfootingembankmentfailuresurfacemobilisedshearresistance一、土的强度特点二、土的强度的机理三、摩尔-库仑强度理论第二节土体破坏准则与土的强度理论一、土的强度特点：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——主要是抗剪强度与剪切破坏，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。直剪试验库仑（177

4、6）试验原理试验结果σ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPa二、土的强度的机理PSTA上盒下盒施加σ（=P/A），S量测（=T/A）Occ粘聚力内摩擦角σ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPa直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果二、土的强度的机理库仑公式：f：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关密度（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（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件相同时：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦

5、角对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角影响土的摩擦强度的主要因素：二、土的强度的机理1.摩擦强度tg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----+二、土的强度的机理2.凝聚强度三、摩尔-库仑强度理论1.库仑公式2.应力状态与摩尔圆3.极限平衡应力状态4.摩尔-库仑强度理论5.破坏判断方法6.滑裂面的位置PSTAc粘聚力内摩擦角f：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关三、摩尔-库仑强度理论固定滑裂面一般应

6、力状态如何判断是否破坏？借助于莫尔圆1.库仑公式==三维应力状态三、摩尔-库仑强度理论2.应力莫尔圆二维应力状态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三、摩尔-库仑强度理论2.应力莫尔圆Oz+zx-xzx213rR+-1三、摩尔-库仑强度理论2.应力莫尔圆大主应力：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；圆周上一点代表一个面上的两个应力与3.极限平衡应力状态三、摩尔-库仑强度理论

7、f强度包线以内：下任何一个面上的一对应力与都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。3.极限平衡应力状态三、摩尔-库仑强度理论极限平衡应力状态：有一对面上的应力状态达到=f土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线。f4.莫尔—库仑强度理论（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

8、=f，该单元就达到了极限平衡应力状态三、摩尔-库仑强度理论4.莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件1f3O