土力学第5章剪切教育课资

1、第五章 土的抗剪强度§5-1抗剪强度地基的发生剪切破坏现象： 边坡失稳问题地基强度破坏 挡土墙支挡失稳 eal 抗剪强度表达式l 抗剪强度指标的室内测试l 抗剪强度指标的现场测试l 影响抗剪强度的因素分析一、库仑抗剪强度表达式（1） 总应力表示法： f=tg+c （粘性土） f=tg （砂性土）其中 f土的抗剪强度值 土中剪切面上法向总应力（=，+u） 內摩擦角 c 內聚力（粘聚力）（2） 有效应力表示法： f=tg+c （粘性土） f=tg （砂性土）其中 土中剪切面上法向有效应力（ =-u） 有效內摩擦角 c有效內聚力 从上述表达式可以看出，土体的抗剪强度不是一个定值；它与、c有

2、关。分析表达式 f=tg+c 与摩擦力 f = ntg之间的关系，可以看出两者有着相似之处。抗剪强度来源于：a） 颗粒间的摩擦力、咬合力；b） 颗粒间的电分子引力、胶结力。二、抗剪强度指标的室内测试土的室内抗剪强度测定，即测出土的两项强度指标 c、 试验原理： 1 1 f。 。 三、影响抗剪强度的因素分析a） 土体的基本物理性质，如松密程度、含水量大小、颗粒粗细及其矿物成分等；b） 土中的应力大小影响；c） 加荷过程中的加荷速率、排水固结程度等等；d） 应力路径。 f f 砂土强度直线 粘性土强度直线 c， ，§5-2强度理论一 土中的应力状态： （1） 空间一点应力状态 三个正应力

3、z、y、x、 三个剪应力xz、xy、xy （2） 平面状态应力 z y=x、 xzx=zy （3） 平面状态的主应力表示 1大主应力 1 3 3小主应力 3 1（4） 应力的摩尔圆表示法 a 20 3 1 注意应力圆与一点应力状态的相互关系 1 3 3 1与主应力1作用面成角度斜面上的应力为用摩尔圆表示即a点的坐标。当=45°，=max=（1-3）/2二 极限平衡条件：当土中某点某一面上的=f，即土中该点在该面上达到极限平衡状态。（1） 极限状态的表达式：通常认为地面水平，该面上无剪力，土体在其自重应力作用下，1=cz 1=z 3 3 =k0z 1问题是，当1、3 处于何种关系时，该

4、点剪切破坏？若沿mn面剪切破坏， =（1+3）/2+（1-3）cos2/2 =（1-3）sin2/2 n 3 f=tg+c m 1由剪切破坏准则=f，得到：或 上式即极限平衡条件，用极限应力圆表示为： 3 1 c·ctg（1+3）/2极限应力圆与抗剪强度直线相切，其切点对应为土体的破坏面位置，由上图可知破坏面与大主应力作用面成45°+/2(2) 例题1已知土中某点的应力为：1=420kpa，3=180kpa，土的抗剪强度指标为：c=18kpa，=20°。问：（1）土体该点是否剪切破坏？ （2）是否会沿剪应力最大的面剪切破坏？解答问题方法有几条。1） 可用几何作图法

5、，看看应力圆是否与抗剪强度直线相切，以此判断是否达到极限平衡。2） 可套用极限平衡条件，当1=420kpa时，满足极限平衡状态时的小主应力为：3f=1tg2（45°-/2）-2c tg（45°-/2） =420 * tg235°-2*18* tg35° =180.7 kpa，大于给定值180 kpa，已经剪切破坏。3） 最危险破坏面的正应力、剪应力是否达到f， 4） =（1+3）/2+（1-3）cos2/2=（1-3）sin2/2 f=tg+c看看与f的关系，来判断是否剪切破坏。例题2，已知土样3=180kpa，土的抗剪强度指标为：c=15kpa，=10

6、°，问当1=？时，土样剪切破坏？问题在于要找出1，使得1与3组成的应力圆为极限应力圆，解答方法可不同，但结论一样。§5-3抗剪强度试验原理根据已经做过的剪切试验和中的试验步骤介绍，我们已经对直剪试验、无侧限抗压强度试验的试验原理、试验方法有了掌握、了解。一、下面介绍三轴剪切试验的原理：取圆柱形土样三到四个，分别施加不同的周围压力3，发生固结。再施加竖向压力 f=tg+c每一组试件均可以得到一个极限应力圆，通过这些应力圆作一条公切线即为抗剪强度直线，从直线上量取强度指标c、。二、无侧限抗压强度试验测定的指标：qu无侧限抗压强度，由试验测得。st灵敏度，反映软粘土由于受扰动而强

7、度降低的特性。st =原状土无侧限抗压强度/重塑土无侧限抗压强度工程上根据灵敏度判断土的结构性强弱：1st2为低灵敏度土2st4为中灵敏度土st4 为高灵敏度土cu软土不排水剪强度，cu=qu/2三、不同排水条件下的强度指标（1） 不固结不排水剪（快剪）试验土样为原状土，不经过固结，剪切时几乎不排水；（2） 固结不排水剪（固结快剪）试验土样为原状土，但经过固结（固结的荷载为剪切时的竖向压力），而剪切时几乎不排水；（3） 固结排水剪（慢剪）试验土样为原状土，剪切前经过固结（固结的荷载为剪切时的竖向压力），剪切时能够充分排水，使土样的孔隙水压始终为零。根据已经做过的两种试验进行对比：可以根据一种土样的快剪、固结快剪试验结果进行比较，抗剪强度指标有何区别？针对某一工程场地土，如