《土的抗剪强度》 ppt课件

1、第第7 7章章土的抗剪强度土的抗剪强度第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 概述概述土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限才干土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限才干 挡土墙挡土墙滑裂面滑裂面基坑支护基坑支护1. 1. 挡土构造物的破坏挡土构造物的破坏第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 概述概述平移滑动平移滑动2. 2. 各种类型的滑坡各种类型的滑坡崩塌崩塌旋转滑动旋转滑动流滑流滑第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 概述概述地基地基p滑裂面滑裂面3. 3. 地基的破坏地基的破坏第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 概述概述p 土压力土压力p 边坡稳定边坡稳定p 地基承

2、载力地基承载力p 挡土构造物破坏挡土构造物破坏p 各种类型的滑坡各种类型的滑坡p 地基的破坏地基的破坏中心中心第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.1 概述概述7.2.1 7.2.1 库仑公式及抗剪强度目的库仑公式及抗剪强度目的17761776年，库仑根据砂土剪真实验年，库仑根据砂土剪真实验 f = tan 砂土砂土后来，根据粘性土剪真实验后来，根据粘性土剪真实验 f =c+ tan 粘土粘土c 库仑定律：土的抗剪强库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总度是剪切面上的法向总应力应力 的线性函数的线性函数 tanfcftanc:土的粘聚力土的粘聚力 :土的内摩擦角土的内摩擦角 f f第第7章

3、章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践抗抗剪剪强强度度目目的的7.2.1 7.2.1 库仑公式及抗剪强度目的库仑公式及抗剪强度目的第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践p直剪实验直剪实验p库仑库仑17761776 p实验原理实验原理施加施加 =P/A，量测量测 =T/A上盒上盒下盒下盒PSTA fOc tan fcf tan内摩擦力内摩擦力内摩擦系数；内摩擦系数； tantan内摩擦力的来源内摩擦力的来源: : 1. 1.土粒间外表粗糙所产生的摩擦力。土粒间外表粗糙所产生的摩擦力。 2.2.土粒间相互镶嵌、联锁所产生的咬合力。土粒间相互镶嵌、联锁所产生的咬合力。

4、 粘聚力的来源粘聚力的来源: :1. 1.由土粒之间的电分子引力。由土粒之间的电分子引力。2.2.土中胶体物质的胶结力。土中胶体物质的胶结力。3.3.薄膜水的粘滞阻力。薄膜水的粘滞阻力。7.2.1 7.2.1 库仑公式及抗剪强度目的库仑公式及抗剪强度目的第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践 根据太沙基的有效应力原理，土体内的剪应力只根据太沙基的有效应力原理，土体内的剪应力只能由土的骨架承当，因此，土的抗剪强度应表示能由土的骨架承当，因此，土的抗剪强度应表示为与剪切面上的法向有效应力成正比。即：为与剪切面上的法向有效应力成正比。即：7-37-37.2.1 7.2.1 库仑公

5、式及抗剪强度目的库仑公式及抗剪强度目的第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践 tanfcf tan 土的强度就是指土的抗剪强度土的强度就是指土的抗剪强度, ,既土的破坏为剪切破坏。既土的破坏为剪切破坏。 资料强度实践有多种不同实践，适用不同的资料。资料强度实践有多种不同实践，适用不同的资料。7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件强强度度实实践践1.以为资料以为资料破坏是剪坏破坏是剪坏2.以为资料以为资料破坏是拉坏破坏是拉坏莫尔实践莫尔实践适用土，具一定平适用土，具一定平安度安度密色斯实践密色斯实践特雷斯卡实践特雷斯卡实践适用于金属资料适用于金属资料格里菲斯实践格里菲斯实

6、践第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践 大量实践及实验证明，土的破坏主要是剪坏，所以适用莫大量实践及实验证明，土的破坏主要是剪坏，所以适用莫尔强度实践。尔强度实践。 莫尔强度实践以为：土中一点的剪应力莫尔强度实践以为：土中一点的剪应力到达该点的抗剪到达该点的抗剪强度强度f时，该点便处于极限平衡外形。即土的破坏条件为时，该点便处于极限平衡外形。即土的破坏条件为 = f 根据莫尔强度实践，土中任一点的受力外形可以用一莫尔根据莫尔强度实践，土中任一点的受力外形可以用一莫尔园表示：园表示：7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪

7、强度实践莫尔强度实践莫尔强度实践7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践x z xz zx x z xz zx 莫尔圆应力分析符号规定莫尔圆应力分析符号规定资料力学资料力学+-+-土力学土力学正应力正应力剪应力剪应力拉为正拉为正压为负压为负顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负压为正压为正拉为负拉为负逆时针为正逆时针为正顺时针为负顺时针为负摩尔强度实践摩尔强度实践应力莫尔圆应力莫尔圆7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践 O z+ zx- xz x2 1 3rR222xz

8、xzr2xzR1Rr3Rrz x zx xz +- 1 摩尔强度实践摩尔强度实践应力莫尔圆应力莫尔圆大主应力：大主应力：小主应力小主应力: :圆心：圆心：半径：半径：zz按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转xx按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转莫尔圆：代表一个土单元的应力外形；圆莫尔圆：代表一个土单元的应力外形；圆周上一点代表一个面上的两个应力周上一点代表一个面上的两个应力与与莫尔库仑强度实践7-5 由于莫尔强度实践与库仑定律的坐标完全一致，将由于莫尔强度实践与库仑定律的坐标完全一致，将他们放在一同用来研讨土中一点的抗剪强度问题既是他们放在一同用来研讨土中一点的抗剪强度问题既是莫尔莫尔库仑强度实践库

9、仑强度实践7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践 2sin)(212cos)(21)(21313131 莫尔园与库仑强度线的三种情况 f强度包线以内：下任何强度包线以内：下任何一个面上的一对应力一个面上的一对应力 与与 都没有到达破坏包线，都没有到达破坏包线，不破坏；不破坏；与破坏包线相切：有一与破坏包线相切：有一个面上的应力到达破坏；个面上的应力到达破坏；与破坏包线相交：有一与破坏包线相交：有一些平面上的应力超越强度；些平面上的应力超越强度；不可以发生。不可以发生。7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度

10、土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践判别土中一点某方向面破坏与否的方法判别土中一点某方向面破坏与否的方法知条件：知条件：土的土的c、f=tg+c土中一点的应力外形土中一点的应力外形1、3或或z、x、xz知知解：求出该斜截面上的正应力解：求出该斜截面上的正应力和剪应力和剪应力将将代入库仑公式代入库仑公式f=tg+c求出破坏时的抗剪强度求出破坏时的抗剪强度f判别：判别：f 没破坏稳定没破坏稳定f 破坏破坏=f 极限平衡外形极限平衡外形 2sin)(212cos)(21)(21313131 7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践【例】知土中

11、某一平面上作用的法向应力为【例】知土中某一平面上作用的法向应力为260Kpa, 剪应剪应力为力为92Kpa, 该平面能否会剪切破坏？为什么？该平面能否会剪切破坏？为什么？ctgf Kpatg5 .1042018260 f=104.5Kpaf=104.5Kpa实实=92Kpa=92Kpa，未破坏未破坏判别土中一点某方向面破坏与否 留意：留意： 某截面没有破坏并不能说该点没破坏。某截面没有破坏并不能说该点没破坏。 但假设已断定某截面破坏了，那么该点破坏了。但假设已断定某截面破坏了，那么该点破坏了。怎样直接断定土中怎样直接断定土中一点破坏与否？一点破坏与否？根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系

12、，根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，可建立土中一点的极限平衡方程式。可建立土中一点的极限平衡方程式。7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践131313132sin2ctgctg2cc 1f 313ctg2ctanfc O c132粘性土7.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践213231452tg 4522452tg 4522fftgctgc 1f 313ctg2c

13、tanfc O c1327-97-10 O c 1f 32 tanfc290 3 1f45 /2破裂面破裂面2 与大主应力面夹角：与大主应力面夹角： =45 + /27.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践 = 4 5 + / 2f13137.2.2 莫尔库仑强度实践及极限平衡条件第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.2土的抗剪强度实践断定方法断定方法:【例】知某点【例】知某点1=420Kpa, 3=180Kpa, c=18Kpa, =20问问:1、该点破坏否？、该点破坏否？ 2、能否沿剪应力最大面破坏？、能否沿剪应力最大面破坏？解

14、解1、A )245(2245231 tgctg）（极极Kpatgtg419)22045(182220451802 ）（)(41942011处处于于剪剪破破状状态态该该点点已已破破坏坏极极实实 KpaKpa BKpatgtg7 .180)22045(1822204542023 ）（极极 )(7 .18018033处于剪破状态处于剪破状态该点已破坏该点已破坏极极实实 KpaKpa 解解2、Kpa120)180420(21)(2131max )902(2sin)(2131max 或或ctgf 2cos223131 )02cos902( Kpa3002180420231 Kpatgf127182030

15、0 7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验 测定土抗剪强度目的的实验称为剪真实验测定土抗剪强度目的的实验称为剪真实验抗抗剪剪强强度度试试验验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3.1 直接剪真实验7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度直直剪剪仪仪的的缺缺点点:实验时不能严峻控制排水条件，不能量实验时不能严峻控制排水条件，不能量 测孔隙水压力。测孔隙水压力。限定的剪切面不是土样最薄弱面；限定的剪切面不是土样最薄弱面；应力应变分布不均匀应力应变分布不均匀,且垂直荷载发生偏转且垂直荷载发生偏转,使使主应力大小方向都发生偏转主应力大小方向都发生偏转;受剪面积

16、逐渐减少受剪面积逐渐减少,而在计算抗剪强度时仍而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算；按土样的原截面积计算；7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度PSTA = 100KPa = 200KPa = 300KPa Oc 7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度 取峰值或稳定值取峰值或稳定值 取剪切位移取剪切位移4mm对应的对应的作为作为f直接剪真实验7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3 土的抗剪强度实验

17、土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度0cqsqfcqsq7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3.2 三轴紧缩实验7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度不排水剪不固结不排水剪不排水剪不固结不排水剪UUUU Unconsolidated Undriaind Test Unconsolidated Undriaind Test固结不排水剪固结不排水剪 CU CU Consolidated Undriaind Test Conso

18、lidated Undriaind Test排水剪固结排水剪排水剪固结排水剪CDCD Consolidated Driaind Test Consolidated Driaind Test7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度ccu 、 cu 7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度cd 、 d cu 、 u 7.3.3 7.3.3 无侧限抗压强度实验无侧限抗压强度实验 是三轴实验的一个特例，即是三轴实验的一个特例，即3=03=0时的不排水剪。时的不排水剪。 适用条件：只能用于粘性土。尤其是高塑性饱和粘适用条件：只能用于

19、粘性土。尤其是高塑性饱和粘性土即性土即=0=0。 实验方法：在实验方法：在3=0 3=0 施加施加11至破坏。破坏时的至破坏。破坏时的11以以ququ表示表示ququ加加压压框框架架量量表表量力量力环环升升降降螺螺杆杆无侧限紧无侧限紧缩仪缩仪试试样样7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.3.3 7.3.3 无侧限抗压强度实验无侧限抗压强度实验7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度极限应力圆极限应力圆不排水强度饱和粘性土 u=0饱和粘性土7.3.3 无侧限抗压强度实验无侧限抗压强度实验7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪

20、强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度)245(2)245(231tgctg根据一点的极限平衡方程式qu=0)245(2tgcquu1.饱和粘性土 =0 fuuqc22.非饱和土 0 )245(2uuutgqc uufctg7.3.3 无侧限抗压强度实验无侧限抗压强度实验7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度1=qu)45(2245 fuuf 7.3 土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度uufctg第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.4 三轴紧缩实验中的孔隙水压力系数33 uB3 c 3 3 3 cuc c c 总

21、总u3 c 33cuuu 总总3第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.4 三轴紧缩实验中的孔隙水压力系数311 uA31uuu 总总q3u3 总总u1 q3 3 3 )(311 Au第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度7.4 三轴紧缩实验中的孔隙水压力系数)(311 BAu)(31313 ABBuuu )(313 ABu非非饱饱和和土土的的)(313 Au 3 3 3 3 3 3 有效应力圆有效应力圆总应力圆总应力圆 u=0u=0BCcu uAA 3A 1A三个试样只能得到一个有效应力圆三个试样只能得到一个有效应力圆 7.5.1 7.5.1 不排水剪抗剪强度不排水剪抗剪强度 UUUUfuuc

22、2031第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度n三轴实验：施加周围三轴实验：施加周围压力压力 3 3时翻开排水阀时翻开排水阀门，试样完全排水固门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全结，孔隙水压力完全散失。然后封锁排水散失。然后封锁排水阀门，再施加轴向压阀门，再施加轴向压力增量力增量 ，使试样在，使试样在不排水条件下剪切破不排水条件下剪切破坏坏 3 3 3 3 3 3 翻开排翻开排水阀水阀封锁排封锁排水阀水阀第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度 3 3 3 3 3 3 ccuc cucuABC第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度n三轴实验：试样在三轴实验：试样在周围压力周围压力 3 3作用下作用下排

23、水固结，再缓慢排水固结，再缓慢施加轴向压力增量施加轴向压力增量，直至剪破，整，直至剪破，整个实验过程中翻开个实验过程中翻开排水阀门，不断坚排水阀门，不断坚持试样的孔隙水压持试样的孔隙水压力为零力为零 3 3 3 3 3 3 翻开排翻开排水阀水阀第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度在整个排水剪实验过程中，在整个排水剪实验过程中， uf uf 0 0，总应力全部转化，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线。强度目的为强度线即是有效应力强度线。强度目的为cdcd、d d cd d d 3 3 3 3 3 3

24、第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度三种三轴实验结果的对比三种三轴实验结果的对比第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度实验方法实验方法适用条件适用条件不排水剪或不排水剪或快剪快剪地基土的透水性和排水条件不良，建筑物地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快施工速度较快排水剪或慢排水剪或慢剪剪地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢物加荷速率较慢固结不排水固结不排水剪或固结快剪或固结快剪剪建筑物开工以后较久，荷载又忽然增大，建筑物开工以后较久，荷载又忽然增大，或地基条件等介于上述两种情况之间或地基条件等介于上述两种情况之间第第7章章 土的抗剪强度

25、土的抗剪强度pf rf ctgf rrrfctg r 第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度pO 3 1 13q固结排水三轴实验131322pq第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度p 破坏包线 f p 在 坐标系中一切破坏外形摩尔圆的公切线p 破坏主应力线 Kfp 在p q 坐标系中一切处于极限平衡应力外形点的集合pq O f 线线Kf线线固结排水三轴实验两条直线与横坐标交点都是 0第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度p 破坏包线p 在 坐标系中一切破坏外形摩尔圆的公切线pq O cp 破坏主应力线p 在p q 坐标系中一切处于极限平衡应力外形点的集合 a f线线Kf线线OARtgRO A固结排水三轴实验第第7章章 土的抗剪强度土的抗剪强度pq O c a f线线Kf线线OARsinRO AtgsintgRO A固结排水三轴实验p