第五章土力学ppt课件.ppt

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1、第5章土的抗剪强度5.1抗剪强度概述5.3土的抗剪强度及破坏理论5.5粘性土的抗剪强度特征5.2土的抗剪强度试验5.4砂类土的抗剪强度特征5.6特殊粘性土的抗剪强度特征5.7粘性土的流变特性5.8土的动力强度特性§5.1抗剪强度概述（一）抗剪强度概念：土体抵抗剪切破坏的极限能力，数值上等于土体发生剪切破坏时的剪切应力。边坡滑动地基破坏τfττfτ5.1.1总应力表示法库仑定律表达式无粘性土f=σ×tanφ粘性土f=c+σ×tanφ式中：c—内聚力；φ—内摩擦角，土的抗剪强度参数无粘性土粘性土§5.1抗剪强度概述（二）5.1.2有效应力表示法库仑定律

2、表达式无粘性土f=σ’×tanφ’=(σ-u)×tanφ’粘性土f=c’+σ’×tanφ’=c’+(σ-u)×tanφ’式中：c’—有效内聚力；φ’—有效内摩擦角；土的有效抗剪强度参数。§5.1抗剪强度概述（三）§5.2土的抗剪强度试验（一）5.2.1直接剪切试验根据施加直剪力的速率和土样被剪坏的速度可分为：不排水剪：快剪、固结快剪排水剪：慢剪优点：简单、方便、省时缺点：固定的剪切破坏面，不能控制排水条件四联直剪仪作者摄3-5min内水平推力小手轮转速：6round/min应变式直剪仪5.2.2三轴剪切试验真三轴试验（σ1>σ2>σ3）常规/拟三轴

3、试验σ1>σ2=σ3不固结不排水（UU）快剪固结不排水（CU）固结快剪固结排水（CD）慢剪§5.2土的抗剪强度试验（二）三轴仪作者摄应变控制式三轴仪§5.3土的抗剪强度及破坏理论（一）5.3.1岩土材料的屈服、强度、破坏屈服：开始产生塑性变形；破坏：断裂（拉断、剪断）强度：对荷载的最大抵抗能力或承载力破坏准则或强度理论作为工程安全的控制标准或控制界限各种破坏准则土力学常用破坏准则或强度理论最大剪应力理论τmax=(σ1-σ3)/2=常量库仑-莫尔(Mohr)理论τf=f(σ)莫尔抗剪强度包线米泽斯(Mises)理论(σ1–σ2)2+(σ2-σ3)2+(

4、σ3–σ1)2=6K2德鲁克-普拉格(Drucker-Prager)理论aI1+J21/2–K=0I1=σ1+σ2+σ3应力张量第一不变量J2=[(σ1–σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3–σ1)2]/6应力偏张量第二不变量§5.3土的抗剪强度及破坏理论（二）§5.3土的抗剪强度及破坏理论（三）双剪理论双剪理论的应力函数可写为τ13+τ12=σ1–(σ2+σ3)/2(τ12≥τ23)τ13+τ23=(σ1+σ2)/2–σ3(τ12≤τ23)双剪屈服准则为f3=τ13+τ12≤(1+b)σs/2(τ12>τ23)f3’=τ13+τ23≤(1+b)σs/2

5、(τ12<τ23)σs—材料拉伸屈服极限；b—中间主应力影响系数。5.3.2库仑-莫尔理论莫尔圆的概念根据材料力学，某一单元体上作用有大主应力σ1和小主应力σ3时，则与大主应力成α角的任一平面上的法向应力σ和剪应力τ关系有：在σ-τ坐标上土体单元的应力状态的轨迹是一个圆，称为莫尔圆§5.3土的抗剪强度及破坏理论（四）莫尔圆上每一点都代表一个斜截面，材料的破坏和该斜截面上的切向及法向应力有关。根据土样破坏时的σf和τf作出的莫尔圆称为极限莫尔应力圆，其与抗剪强度包络线相切。抗剪强度包络线§5.3土的抗剪强度及破坏理论（五）破坏时斜截面实际破坏面有两组，横

6、轴下方还有一条极限莫尔圆的切线，土体达到极限平衡时：实际破坏面上的切应力为：库伦-莫尔理论推导由图中的直角三角形OAN得：§5.3土的抗剪强度及破坏理论（六）5.3.3库仑－莫尔理论的应用确定强度参数c、φ值作极限莫尔圆的抗剪强度包络线，得内摩擦角φ和与纵坐标的截距粘聚力c。判断土样的破坏(σ1-σ3)/[σ1+σ3+2c×cotφ]sinφ；已破坏破坏时的倾角：cr=45°+φ/2§5.3土的抗剪强度及破坏理论（七

7、）例题1例题5-1一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不排水试验，施加围压σ3＝200kPa，试样破坏时主应力差σ1-σ3＝280kPa。测得孔隙水压力uf＝180kPa，整理试验结果得：有效内摩擦角φ’=24°，有效粘聚力c’=80kPa，试求破坏面上的σf和τf及试样中的τmax。解：已知σ3＝200kPa，σ1=280+200=480kPa，破坏面与最大主应力面的夹角：求破坏面上的法向和切向应力σf和τf最大切应力τmax发生在α＝45°的斜面上例题5-2已知条件同上题，说明为什么破坏面发生在α＝57°的平面上而不发生最大切应力作用面上？解：由有效

8、应力原理，在实际破裂面上在α＝45°的斜面上，有：例题2可见，即使τmax=140kPa，但此