土力学-5土的抗碱强度.ppt

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1、5土的抗剪强度§5.1土的抗剪强度概述§5.2抗剪强度的测定方法§5.3孔隙压力系数§5.4抗剪强度指标§5.5应力路径§5.1土的抗剪强度概述土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力加拿大特朗斯康谷仓：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米产生原因：地基承载力不够，超载引发强度破坏而产生滑动。一、库仑定律1776年，库仑根据砂土剪切试验f=tan砂土f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，用τf表

2、示。:土的内摩擦角后来，根据粘性土剪切试验f=c+tan粘土cc:土的粘聚力:土的内摩擦角f土体强度破坏的机理：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。有效应力抗剪强度公式式中——剪切破坏面上的有效法向应力u——土中的超静孔隙水压力——土的有效粘聚力——土的有效内摩擦角土的有效抗剪强度指标，对于同一种土，其值理论上与试验方法无关，应接近于常数。1）无粘性土：来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）。包括：a.一部分由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力；b.另一部

3、分是粗颗粒之间互相镶嵌，联锁作用产生的咬合力。2）粘性土：除内摩擦力外，还有内聚力。内聚力主要来源于：土颗粒之间的电分子吸引力和土中胶结物质（eg.硅、铁物质和碳酸盐等）对土粒的胶结作用。二、土体抗剪强度影响因素三、土体中任一点的应力状态假定土层为均匀、连续的半空间材料，研究地面以下任一深度处M点的应力状态。在土体中取一微单元体，作用在该单元体上的两个主应力为，作用在与大主应力作用面成角的平面上的正应力和剪应力。3311dl31dlcosdlsin楔体静力平衡斜面上的应力31dldlcosdlsin莫尔应力圆方程O131/2(

4、1+3)2A(,)圆心坐标[1/2(1+3)，0]应力圆半径r＝1/2(1－3)土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述应力圆与强度线相离：应力圆与强度线相切：应力圆与强度线相割：τ<τfτ=τfτ>τf破坏状态弹性平衡状态极限平衡状态极限应力圆四、土的极限平衡条件莫尔－库仑破坏准则莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则(目前判别土体所处状态的最常用准则)无粘性土：c=0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，可知，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax

5、所控制五、例题分析【例】地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa，小主应力为200kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=15kPa，=20o。试问①该单元土体处于何种状态？②单元土体最大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生剪破？在剪切面上库仑定律由于τ<τf，所以，该单元土体处于弹性平衡状态解:1.计算法极限应力圆c实际应力圆τmax2.图解法最大剪应力与主应力作用面成45o最大剪应力面上的法向应力库仑定律最大剪应力面上τ<τf，所以，不会沿剪应力最大的面发生破坏一、直接剪切试验试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）5.2土的剪切试验方法剪切试

6、验剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力，剪应力由剪切力除以试样面积。APT4mmab剪切位移△l(0.01mm)剪应力（kPa)12在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该作用下土的抗剪强度。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。ts222111ffPPts直剪试验优缺点优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作。缺点：①剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，不一定是土样的最薄弱面。②试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压

7、力。③上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀。二、三轴剪切试验应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应力控制式三轴仪试验步骤:1.装样2.施加周围压力3.施加竖向压力333333△△抗剪强度包线分别在不同的周围压力3作用下进行剪切，得到3～4个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线抗剪强度包线c三轴试验优缺点优点：①试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了解土中有效应力变化情况；②试样中的应力分布比较均匀。缺点：①试验仪