项目5土的抗剪强度分析.ppt

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1、项目5土的抗剪强度分析1本章主要内容土的抗剪强度概念和破坏理论土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度机理和影响因素土在剪切中的性状和抗剪强度指标2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)3建筑物地基承载力问题(图2)4建筑物地基承载力问题(图4)52.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63.土工构筑物的稳定性问题3.土工构筑物的稳定性问题

2、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。7任务5.1土的抗剪强度和破坏理论认知一、概念土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。土体破坏时的应力组合关系称为破坏准则。8二、土的抗剪强度机理1、摩擦强度(Frictionstrength)（摩擦力）包括滑动摩擦(Slidingfriction)和咬合摩擦．滑动摩擦由颗粒间接触面粗糙不平所引起。咬合摩擦是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用。摩擦强度的影响因素有：颗粒形状、矿物成分、粒径级配(Sizegrading)

3、、密度等。2、粘聚强度（粘聚力）取决于土粒间的各种胶结作用和静电引力。9库仑定律1776年，库仑根据砂土剪切试验f=tan砂土后来，根据粘性土剪切试验f=c+tan粘土c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c:土的粘聚力:土的内摩擦角ff10抗剪强度土的粘聚力破坏面上法向应力土的内摩擦角(Angleofinternalfriction)11抗剪强度有效粘聚力(Effectivecohesionintercept)有效法向应力有效内摩擦角(Effectiveangleofinternalfriction)12三、莫尔-库

4、伦强度理论（1910）莫尔认为材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点破坏，并提出破坏面上的剪应力是该面上法向应力的函数，即这个函数在f—坐标中是一条曲线，称为莫尔包线(Mohr'senvelope)（或称为抗剪强度包线）13极限平衡状态(Stateoflimitequilibrium)：土单元体中某一个面上的τ=τf的临界状态。极限平衡条件：土体中某点处于极限平衡状态时的应力条件。（τ=τf，土的剪切破坏条件）=fM14图莫尔－库伦破坏包线15课堂思考题：已知土的c=75kPa,=30°，问当作用于土中某平面上的斜应力P=

5、160kPa且P的方向与该平面成30°时，该平面会不会产生剪切破坏。16四、土中一点的应力状态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dldlcosdlsin楔体静力平衡1731dldlcosdlsin斜面上的应力O13(1+3)/22A(,)圆心坐标[(1+3)/2，0]应力圆半径r＝(1－3)/2土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述18土的极限平衡条件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

6、平衡状态τ>τf破坏状态19五、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)强度线20莫尔－库仑破坏准则31cfAcctg1/2(1+3)无粘性土：c=02f21Mohr-Coulomb破坏理论的要点①剪切破裂面上，土体的抗剪强度是法向应力的函数τf=f（σ）②当法向应力不大时，该函数可以简化为线性函数关系，用Coulomb公式来表示τf=c+σtgφ③土单元体的任何一个面上τ=τf时，就会发生剪切破坏。此时土单元体的应力状态满足极限平衡条件。22根据应力状态计算出大小主应力σ1

7、、σ3判断破坏可能性由σ3计算σ1f比较σ1与σ1fσ1<σ1f弹性平衡状态σ1=σ1f极限平衡状态σ1>σ1f破坏状态Oc1f311判别对象：土体微小单元（一点）当3=常数：六、莫尔－库仑破坏准则应用23根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1计算σ3f,比较σ3与σ3fσ3>σ3f弹性平衡状态σ3=σ3f极限平衡状态σ3<σ3f破坏状态Oc13f33判别对象：土体微小单元（一点）当1=常数：24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f2f31cAcctg1/2(1+3)说

8、明：剪破面