第七章-土的抗剪强度-土质学与土力学教学课件

第七章土的抗剪强度

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概述★抗剪强度的基本理论★抗剪强度的试验方法

概述土工建筑物（如：路堤、土坝等）

沉降过大强度破坏建筑物事故土体破坏剪切破坏研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性概述土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力

概述大阪的港口码头档土墙由于液化前倾剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移，这个面通常称为剪切面。概述广州京光广场基坑塌方使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。概述龙观嘴黄崖沟乌江2000年西藏易贡巨型滑坡概述日本新泻1964年地震引起大面积液化无粘性土一般无连结，抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组成，这与粒度、密实度和含水情况有关。概述粘土地基上的某谷仓地基破坏无粘性土一般无连结，抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组成，这与粒度、密实度和含水情况有关。抗剪强度的基本理论一、库仑定律（剪切定律）1776年，库仑根据砂土剪切试验

f=tan砂土

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

f库仑定律说明：（1）土的抗剪强度由土的内摩擦力

tg和内聚力c两部分组成；（2）内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数tg；（3）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角φ和内聚力c。

抗剪强度的基本理论二、总应力法和有效应力法

土的抗剪强度的有效应力指标c,=c+tg=-u符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定土的抗剪强度的总应力指标c,=c+tg便于应用,但u不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件强度指标抗剪强度简单评价抗剪强度的基本理论二、总应力法和有效应力法

(’)

cc

f

f

超固结粘土的总应力与有效应力强度包线u(-)u(+)总应力有效应力抗剪强度的基本理论三、莫尔～库仑破坏标准莫尔～库仑破坏理论：以库仑公式

作为抗剪强度公式。根据剪应力是否达到抗剪强度（τ＝τf）作为破坏标准的理论就称为莫尔～库仑破坏理论。莫尔～库仑破坏准则（标准）：研究莫尔～库仑破坏理论如何直接用主应力表示，这就是莫尔～库仑破坏准则，也称土的极限平衡条件。抗剪强度的基本理论三、莫尔～库仑破坏标准1.单元体上的应力和应力圆

3

1

dldlcosdlsin莫尔应力圆方程

O

1

31/2(1+3)

2A(,)圆心坐标[1/2(

1+

3)，0]应力圆半径r＝1/2(

1－3

)土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述

抗剪强度的基本理论三、莫尔～库仑破坏标准2、极限平衡条件

1f

3

O

c抗剪强度的基本理论三、莫尔～库仑破坏标准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σ1<σ1f弹性平衡状态

σ1=σ1f极限平衡状态

σ1>σ1f破坏状态

抗剪强度的基本理论三、莫尔～库仑破坏标准根据应力状态计算出大小主应力σ1、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：抗剪强度的基本理论三、莫尔～库仑破坏标准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：抗剪强度的基本理论三、莫尔～库仑破坏标准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、σ3计算

与

比较

>

安全状态

=

极限平衡状态

<

不可能状态

O

c判别对象：土体微小单元（一点）当(1+3)/2

=常数：圆心保持不变

抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

按排水条件分快剪（不排水剪）：这种试验方法要求在剪切过程中土的含水量不变，因此，无论加垂直压力或水平剪力，都必须迅速进行，不让孔隙水排出。适用范围：加荷速率快，排水条件差固结快剪（固结不排水剪）：试样在垂直压力下排水固结稳定后，迅速施加水平剪力，以保持土样的含水量在剪切前后基本不变。试用范围：一般建筑物地基的稳定性，施工期间具有一定的固结作用。慢剪（排水剪）：土样的上、下两面均为透水石，以利排水，土样在垂直压力作用下，待充分排水固结达稳定后，再缓慢施加水平剪力，使剪力作用也充分排水固结，直至土样破坏。适用范围：加荷速率慢，排水条件好，施工期长，抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

按试验仪器分

直接剪切试验优点：仪器构造简单，操作方便缺点：（1）剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面；（2）剪切面上的应力分布不均匀，而且受剪切面面积愈来愈小；（3）不能严格控制排水条件，测不出剪切过程中孔隙水压力的变化。三轴剪切试验优点：（1）试验中能严格控制试样排水条件及测定孔隙水压力的变化；（2）剪切面不固定；（3）应力状态比较明确；（4）除抗剪强度外，尚能测定其它指标。缺点：（1）操作复杂；（2）所需试样较多；（3）主应力方向固定不变，而且是再令的轴对称情况下进行的，与实际情况尚不能完全符合。抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

按控制方法分应变控制式

应力控制式抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

1.直接剪切试验试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

1.直接剪切试验抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

1.直接剪切试验抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力，剪应力由剪切力除以试样面积在法向应力

作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该

作用下，土的抗剪强度4mm

a

b

剪切位移△l(0.01mm)

剪应力

（kPa)

1

2

1.直接剪切试验抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

在不同的垂直压力

下进行剪切试验，得相应的抗剪强度τf，绘制τf-

曲线，得该土的抗剪强度包线1.直接剪切试验抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

2.三轴剪切试验

应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应力控制式三轴仪试验步骤:

3

3

3

3

3

3△△2.施加周围压力3.施加竖向压力1.装样抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

2.三轴剪切试验抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

2.三轴剪切试验应变控制式三轴仪：压力室，量测系统抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

2.三轴剪切试验抗剪强度包线

分别在不同的周围压力

3作用下进行剪切，得到3～4个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线

抗剪强度包线

c

抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

2.三轴剪切试验无侧限抗压强度试验ququ加压框架量表量力环升降螺杆

无侧限压缩仪无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即

3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度试样抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

2.三轴剪切试验无侧限压缩仪抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法

抗剪强度的基本理论四、抗剪强度的试验方法