7土的抗剪强度学习课程

1、挡土墙滑裂面基坑支护1. 挡土结构物的破坏第7章 土的抗剪强度7.1 概述第1页/共69页第一页，编辑于星期五：八点 三十分。平移滑动2. 各种类型的滑坡崩塌旋转滑动流滑第7章 土的抗剪强度7.1 概述第2页/共69页第二页，编辑于星期五：八点 三十分。地基p滑裂面3. 地基的破坏第7章 土的抗剪强度7.1 概述第3页/共69页第三页，编辑于星期五：八点 三十分。p 土压力p 边坡稳定p 地基承载力p 挡土结构物破坏p 各种类型的滑坡p 地基的破坏核心第7章 土的抗剪强度7.1 概述第4页/共69页第四页，编辑于星期五：八点 三十分。库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标1776年，库仑

2、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 tanfcftanc:土的粘聚力:土的内摩擦角ff第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论抗剪强度指标第5页/共69页第五页，编辑于星期五：八点 三十分。库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论p直剪试验n库仑（1776） n试验原理施加 （=P/A），量测 （=T/A）上盒下盒PSTAfOc tan fcf tan内摩擦力内摩擦力内摩擦系数；内摩擦系数； tantan第6页/共69页第六页，编辑于星期五

3、：八点 三十分。内摩擦力的来源内摩擦力的来源: : 1. 1.土粒间表面粗糙所产生的摩擦力。土粒间表面粗糙所产生的摩擦力。 2.2.土粒间互相镶嵌、联锁所产生的咬合力。土粒间互相镶嵌、联锁所产生的咬合力。 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。库仑公式及抗剪强度指标第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论第7页/共69页第七页，编辑于星期五：八点 三十分。 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担，因此，土的抗剪强度根据太沙基的有

4、效应力原理，土体内的剪应力只能由土的骨架承担，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：应表示为与剪切面上的法向有效应力成正比。即：（7-3）库仑公式及抗剪强度指标第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论 tanfcf tan第8页/共69页第八页，编辑于星期五：八点 三十分。 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。 材料强度理论有多种不同理论，适用不同的材料材料强度理论有多种不同理论，适用不同的材料。莫尔库仑强度理论及极限平衡条件强度理论1.认为材料破坏是剪坏2.认为材料破坏是拉坏莫尔理论适用土，具一定安全

5、度密色斯理论特雷斯卡理论适用于金属材料格里菲斯理论第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论第9页/共69页第九页，编辑于星期五：八点 三十分。 大量实践及试验证明，土的破坏主要是剪坏，所以适用大量实践及试验证明，土的破坏主要是剪坏，所以适用莫尔强度理论。莫尔强度理论。 莫尔强度理论认为：土中一点的剪应力莫尔强度理论认为：土中一点的剪应力达到该点的抗剪强达到该点的抗剪强度度f时，该点便处于极限平衡状态。即土的破坏条件为时，该点便处于极限平衡状态。即土的破坏条件为 = f 根据莫尔强度理论，土中任一点的受力状态可以用一莫尔园表根据莫尔强度理论，土中任一点的受力状态可以用一莫尔园表示：示：莫尔库仑

6、强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论莫尔强度理论第10页/共69页第十页，编辑于星期五：八点 三十分。莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论x z xz zx x z xz zx 莫尔圆应力分析符号规定材料力学+-+-土力学正应力剪应力拉为正压为负顺时针为正逆时针为负压为正拉为负逆时针为正顺时针为负摩尔强度理论应力莫尔圆第11页/共69页第十一页，编辑于星期五：八点 三十分。莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论Oz+zx-xzx213rR222xzxzr2xzR1Rr3Rrz x zx xz +-

7、1摩尔强度理论应力莫尔圆大主应力：小主应力:圆心：半径：z按顺时针方向旋转x按顺时针方向旋转莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力与第12页/共69页第十二页，编辑于星期五：八点 三十分。莫尔莫尔库仑强度理论库仑强度理论（7-5） 因为莫尔强度理论与库仑定律的坐标完全一致，将他们放在一起用来研究土中一点的抗剪强度问题既是莫尔库仑强度理论莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论 2sin)(212cos)(21)(21313131 第13页/共69页第十三页，编辑于星期五：八点 三十分。莫尔园与库仑强度线的三种情莫尔园与库仑强度线的三种

8、情况况f强度包线以内：下任何一个面上的一对应力与 都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论第14页/共69页第十四页，编辑于星期五：八点 三十分。判断土中一点某方向面破坏与否的方法判断土中一点某方向面破坏与否的方法已知条件：已知条件：土的c、（f=tg+c）土中一点的应力状态（1、3或z、x、xz已知）解：求出该斜截面上的正应力和剪应力将代入库仑公式f=tg+c求出破坏时的抗剪强度f判断：f 没破坏（稳定）f 破坏=f 极限平衡状态 2s

9、in)(212cos)(21)(21313131 莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论第15页/共69页第十五页，编辑于星期五：八点 三十分。【例】已知土中某一平面上作用的法向应力为260Kpa, 剪应力为92Kpa, 该平面是否会剪切破坏？为什么？ctgf Kpatg5 .1042018260 f=104.5Kpa实=92Kpa，未破坏第16页/共69页第十六页，编辑于星期五：八点 三十分。判断土中一点某方向面破坏与否判断土中一点某方向面破坏与否 注意：注意： 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。 但若已判定某截面破坏了，则

10、该点破坏了。但若已判定某截面破坏了，则该点破坏了。怎样直接判定土中一点破坏与否？根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，可建立土中一点的极限平衡方程式。莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论第17页/共69页第十七页，编辑于星期五：八点 三十分。莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论131313132sin2ctgctg2cc 1f313ctg2ctanfcOc132粘性土第18页/共69页第十八页，编辑于星期五：八点 三十分。莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论213231452tg

11、4522452tg 4522fftgctgc1f313ctg2ctanfcOc132（7-9）（7-10）第19页/共69页第十九页，编辑于星期五：八点 三十分。Oc1f32tanfc29031f45/2破裂面2 与大主应力面夹角： =45 + /2莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论第20页/共69页第二十页，编辑于星期五：八点 三十分。 =45+/2f1313莫尔库仑强度理论及极限平衡条件第7章 土的抗剪强度7.2土的抗剪强度理论第21页/共69页第二十一页，编辑于星期五：八点 三十分。判定方法:【例】已知某点1=420Kpa, 3=180Kpa, c=

12、18Kpa, =20问:1、该点破坏否？ 2、是否沿剪应力最大面破坏？解1、A )245(2245231 tgctg）（极极Kpatgtg419)22045(182220451802 ）（)(41942011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 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2、Kpa120)180420(21)(2131max )902(2sin)(2131max 或或第22页/共69页第二十二页，编辑于星期五：八点

13、三十分。ctgf 2cos223131 )02cos902( Kpa3002180420231 Kpatgf1271820300 第23页/共69页第二十三页，编辑于星期五：八点 三十分。代替，即代替，即f=tg+c第24页/共69页第二十四页，编辑于星期五：八点 三十分。7.3 土的抗剪强度试验 测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第25页/共69页第二十五页，编辑于星期五：八点 三十分。直接剪切试验7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第26页/共69页第二十六页，编辑于星期五：八点 三十分。直剪仪的缺点:试验时不能

14、严格控制排水条件，不能量 测孔隙水压力。限定的剪切面不是土样最薄弱面；应力应变分布不均匀,且垂直荷载发生偏转,使主应力大小方向都发生偏转;受剪面积逐渐缩小,而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算；7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第27页/共69页第二十七页，编辑于星期五：八点 三十分。7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度PSTA = 100KPa = 200KPa = 300KPaOc第28页/共69页第二十八页，编辑于星期五：八点 三十分。7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度 取峰值或稳定值 取剪切位移4mm对应的作为f第29页/共69页第二十九页，编辑于星期五

15、：八点 三十分。直接剪切试验直接剪切试验第30页/共69页第三十页，编辑于星期五：八点 三十分。7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第31页/共69页第三十一页，编辑于星期五：八点 三十分。7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第32页/共69页第三十二页，编辑于星期五：八点 三十分。7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第33页/共69页第三十三页，编辑于星期五：八点 三十分。0cqsqfcqsq7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第34页/共69页第三十四页，编辑于星期五：八点 三十分。三轴压缩试验三轴压缩试验7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第35页

16、/共69页第三十五页，编辑于星期五：八点 三十分。不排水剪（不固结不排水剪）UU Unconsolidated Undriaind Test固结不排水剪 CU Consolidated Undriaind Test排水剪（固结排水剪）CD Consolidated Driaind Test7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第36页/共69页第三十六页，编辑于星期五：八点 三十分。ccu 、cu 7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度cd 、d cu 、u 第37页/共69页第三十七页，编辑于星期五：八点 三十分。无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 是三轴试验的一个特例，即是三

17、轴试验的一个特例，即3 3=0=0时的不排水剪。时的不排水剪。 适用条件：适用条件：只能用于粘性土。尤其是高塑性饱和只能用于粘性土。尤其是高塑性饱和粘性土即粘性土即=0=0。 试验方法：试验方法：在在3 3=0 =0 施加施加1 1至破坏。破坏时的至破坏。破坏时的1 1以以q qu u表示表示ququ加压框架量表量力环升降螺杆无侧限压缩仪试样7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第38页/共69页第三十八页，编辑于星期五：八点 三十分。无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第39页/共69页第三十九页，编辑于星期五：八点 三十分。极限应力圆不排水

18、强度饱和粘性土 u=0饱和粘性土无侧限抗压强度试验7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第40页/共69页第四十页，编辑于星期五：八点 三十分。)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 uufctg无侧限抗压强度试验7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度第41页/共69页第四十一页，编辑于星期五：八点 三十分。1=qu)45(2245 fuuf 7.3 土的抗剪强度试验第7章 土的抗剪强度uufctg第42页/共69页第四十二页，编辑于星期五：八点 三

19、十分。第7章 土的抗剪强度7.4 三轴压缩试验中的孔隙水压力系数33 uB3 c 3 3 3 cuc c c 总总u3 c 33cuuu 总总3B是与土的饱和度有关的参数 干土B=0 , 饱和土B=1 , 0B1第43页/共69页第四十三页，编辑于星期五：八点 三十分。第7章 土的抗剪强度7.4 三轴压缩试验中的孔隙水压力系数311 uA31uuu 总总q3u3 总总u1 q3 3 3 )(311 Au第44页/共69页第四十四页，编辑于星期五：八点 三十分。第7章 土的抗剪强度7.4 三轴压缩试验中的孔隙水压力系数)(311 BAu)(31313 ABBuuu )(313 ABu非饱和土的非

20、饱和土的)(313 Au第45页/共69页第四十五页，编辑于星期五：八点 三十分。 3 3 3 3 3 3有效应力圆总应力圆u=0BCcuuAA 3A 1A三个试样只能得到一个有效应力圆 不排水剪抗剪强度 （UU）fuuc2031第7章 土的抗剪强度第46页/共69页第四十六页，编辑于星期五：八点 三十分。n三轴试验：施加周围压力3时打开排水阀门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全消散。然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量，使试样在不排水条件下剪切破坏 3 3 3 3 3 3打开排水阀关闭排水阀第7章 土的抗剪强度第47页/共69页第四十七页，编辑于星期五：八点 三十分。 3 3 3 3 3 3

21、ccuc cuABC第7章 土的抗剪强度第48页/共69页第四十八页，编辑于星期五：八点 三十分。n三轴试验：试样在周围压力3作用下排水固结，再缓慢施加轴向压力增量，直至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零 3 3 3 3 3 3打开排水阀第7章 土的抗剪强度第49页/共69页第四十九页，编辑于星期五：八点 三十分。在整个排水剪试验过程中， uf 0，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，总应力强度线即是有效应力强度线。强度指标为cd、dcdd 3 3 3 3 3 3第7章 土的抗剪强度第50页/共69页第五十页，编辑于星期五：八点 三十分。三种三轴试

22、验结果的对比三种三轴试验结果的对比第7章 土的抗剪强度第51页/共69页第五十一页，编辑于星期五：八点 三十分。试验方法适用条件不排水剪或快剪地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢固结不排水剪或固结快剪建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或地基条件等介于上述两种情况之间第7章 土的抗剪强度第52页/共69页第五十二页，编辑于星期五：八点 三十分。pf rf ctgf rrrfctg r 第53页/共69页第五十三页，编辑于星期五：八点 三十分。第7章 土的抗剪强度pO3113q固结排水三轴试验131322pq第54页/共6

23、9页第五十四页，编辑于星期五：八点 三十分。第7章 土的抗剪强度第55页/共69页第五十五页，编辑于星期五：八点 三十分。第7章 土的抗剪强度p 破坏包线 f p 破坏主应力线 KfpqOf 线Kf线固结排水三轴试验两条直线与横坐标交点都是 0第56页/共69页第五十六页，编辑于星期五：八点 三十分。第7章 土的抗剪强度p 破坏包线pqOcp 破坏主应力线af线Kf线OARtgRO A固结排水三轴试验第57页/共69页第五十七页，编辑于星期五：八点 三十分。第7章 土的抗剪强度pqOcaf线Kf线OARsinRO AtgsintgRO A固结排水三轴试验p 破坏包线p 破坏主应力线第58页/共69页第五十八页，编辑于星期五：八点 三十分。第7章 土的抗剪强度pqOcaf线Kf线OARtgsintgcOOcosac固结排水三轴试验p 破坏包线p 破坏主应力线tgaOO第59页/共69页第五十九页，编辑于星期五：八点 三十分。第7章 土的抗剪强度第60页/共6