土力学原理-土的强度与测定方法（土力学课件）

任务9土的强度与测定方法主容Content土的抗剪强度库仑定律土的极限平衡条件抗剪强度的确定及试验方法123要内教学目标1.知道土的抗剪强度库仑定律；2.知道土的极限平衡条件；3.会确定土的抗剪强度的一般试验方法。土的抗剪强度库仑定律土的极限平衡条件土的抗剪强度的一般试验方法土的抗剪强度库仑定律土的极限平衡条件

重点难点9.1库仑定律与土的极限平衡条件主容Content土的强度理论抗剪强度的库仑定律土中一点的应力状态123要内土的极限平衡条件4一、土的强度理论土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。为保证地基承载力及稳定性，就必须研究土的抗剪强度。“”土的成因与组成公路工程发生路基土剪切破坏浙江萧甬铁路发生地基土体剪切破坏二、抗剪强度的库仑定律

1773年，库仑（Coulomb，C.A.）通过砂土的剪切试验，得到砂土的抗剪强度的表达式为以后通过对黏性土样进行试验，得出黏性土的法向应力与抗剪强度之间仍成直线关系抗剪强度

黏聚力内摩擦角剪切面上的法向应力——土的抗剪强度（）；——剪切滑动面上的法向应力（）；——土的粘聚力（）；——土的内摩擦角（）；kPakPakPa土的抗剪强度由土的内摩擦力σtanφ和黏聚力c两部分组成。01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tanφ。02土的内摩擦角φ和黏聚力c两者称为土的抗剪强度指标。03三、土中一点的应力状态

由材料力学可知，该点的大、小主应力为任意截面上的应力

土中任意截面上的应力四、土的极限平衡条件土体受荷后，任意截面mn上将同时产生法向应力与剪应力，对与抗剪强度进行比较：通过土体中一点有无数的截面，当所有截面上都满足τ＜，该点就处于稳定状态；当所有截面之中有且只有一个截面上的τ=时，该点处于极限平衡状态。

根据莫尔应力圆与抗剪强度曲线的关系可以判断土中某点M是否处于极限平衡状态。

不会发生剪切破坏

极限平衡状态

从理论上讲该点早已破坏，因而这种应力状态是不会存在莫尔－库仑破坏准则

3

1c

f2

fM

cctg1/2(1+3)根据极限应力圆与抗剪强度线的几何关系黏性土的极限平衡条件注意:无粘性土取c=09.2抗剪强度的确定及试验方法主容Content抗剪强度测定方法直剪试验原理试验仪器：直剪仪123要内剪切试验类型4抗剪强度的确定及试验方法一、抗剪强度测定方法室内：直剪试验，无侧限抗压强度试验，三轴压缩试验。室外：十字板剪切试验和大型直接剪切试验。抗剪强度的确定及试验方法二、直剪试验原理对某一种土体而言，一定条件下抗剪强度指标c、φ值为常数，τf与σ为线性关系，试验中，通常对同一种土取4个试件，分别在不同的垂直压力F下(垂直压力可为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa)，施加水平剪切力进行剪切，从而获得每一垂直压力下土的抗剪强度τf。抗剪强度的确定及试验方法三、试验仪器：直剪仪百分表剪切盒量力环直剪试验1234观看实验录像抗剪强度的确定及试验方法四、剪切试验类型根据试验过程中是否排水，直剪试验可分为三种类型：快剪：加σ后立即加τ，3～５minu剪坏，模拟不排水剪切；固结快剪：加σ固结稳定后，快速加τ使土样剪坏；慢剪：加σ固结稳定后，慢速加τ使土样剪坏。

快剪试验用于模拟在土体来不及固结排水就较快加载的情况，对实际工程中，对渗透性差，排水条件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡稳定分析时，可采用快剪；固结快剪用于模拟建筑场地上土体在自重和正常荷载下作用下达到完全固结，而后遇到突然施加荷载的情况例如地基土受到地震荷载的作用属于此情况；慢剪指标用于模拟在实际工程中，土的排水条件良好（如砂土层中夹砂层）、地基土透水性良好（如低塑性黏土）且加荷速率慢的情况。因此，应根据实际的工程情况选择合适的试验方法。9.2学习小结01020304（1）抗剪强度测定方法（2）直剪试验原理（3）试验仪器：直剪仪（4）剪切试验类型任务9学习小结1、土的抗剪强度是土力学的基本问题之一，其基本理论由库伦定律表明：砂土的抗剪强度仅由内摩擦力组成，而粘性土的抗剪强度由内摩擦力和粘聚力组成。2、土的极限平衡条件集中反映摩尔-库伦强度理论，即土体所受大小主应力与土的抗剪强度指标关系的表达式。该理论表明：3、土的抗剪强度指标c、φ

，对建筑物的工程造价和安全使用有很大意义。（1）土的强度丧失是由于土中某点的剪应力达到土的抗剪强度所致；（2）破裂面不发生在最大剪应力作用面上，而是在应力圆与强度包线相切的切点所代表的截面上。土的抗剪强度土的抗剪强度土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。工程实践中与土的抗剪强度有关的工程主要有以下3类：（1）土质土坝的稳定（2）土压力（3）地基的承载力问题土的抗剪强度土的抗剪强度工程实例－土坡稳定土的抗剪强度工程实例——地基承载力问题工程实例工程实例－地基承载力问题加拿大特朗斯康谷仓：1911年动工1913年完工谷仓自重20000吨1913年10月17日发现1小时内竖向沉降达30.5厘米，结构物向西倾斜，并在24小时内倾倒，谷仓西端下沉7.32米，东端上抬1.52米。产生原因：地基承载力不够，超载引发强度破坏而产生滑动。工程实例工程实例－地基承载力问题美国纽约某水泥仓库：是近代世界上最严重的建筑物破坏之一，位于纽约汉森河旁。1940年水泥仓库装载水泥，使粘性土超载，引起地基土剪切破坏而滑动。倾斜45度，地基土被挤出达5.18米，23米外的办公楼也发生倾斜。工程实例工程实例－地基承载力问题抗剪强度的基本理论强度的概念与莫尔－库仑理论库仑的抗剪强度定律将土的抗剪强度表示为剪切面上法向应力的函数,即τf=c+σ·tgΦ,式中c,Φ分别为土的粘聚力和内摩擦角,亦称为土的强度指标。砂土的抗剪强度表达式为τf=σ·tgΦ,粘性土的抗剪强度表达式为τf=c+σ·tgΦ,前者是后者的特殊形式，即前者是粘聚力c=0的后者形式。“”强度的概念与莫尔－库仑理论抗剪强度的确定及试验方法主容Content抗剪强度测定方法直剪试验原理试验仪器：直剪仪123要内剪切试验类型4抗剪强度的确定及试验方法一、抗剪强度测定方法室内：直剪试验，无侧限抗压强度试验，三轴压缩试验。室外：十字板剪切试验和大型直接剪切试验。抗剪强度的确定及试验方法二、直剪试验原理对某一种土体而言，一定条件下抗剪强度指标c、φ值为常数，τf与σ为线性关系，试验中，通常对同一种土取4个试件，分别在不同的垂直压力F下(垂直压力可为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa)，施加水平剪切力进行剪切，从而获得每一垂直压力下土的抗剪强度τf。抗剪强度的确定及试验方法三、试验仪器：直剪仪百分表剪切盒量力环直剪试验1234观看实验录像抗剪强度的确定及试验方法四、剪切试验类型根据试验过程中是否排水，直剪试验可分为三种类型：快剪：加σ后立即加τ，3～５minu剪坏，模拟不排水剪切；固结快剪：加σ固结稳定后，快速加τ使土样剪坏；慢剪：加σ固结稳定后，慢速加τ使土样剪坏。

快剪试验用于模拟在土体来不及固结排水就较快加载的情况，对实际工程中，对渗透性差，排水条件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡稳定分析时，可采用快剪；固结快剪用于模拟建筑场地上土体在自重和正常荷载下作用下达到完全固结，而后遇到突然施加荷载的情况例如地基土受到地震荷载的作用属于此情况；慢剪指标用于模拟在实际工程中，土的排水条件良好（如砂土层中夹砂层）、地基土透水性良好（如低塑性黏土）且加荷速率慢的情况。因此，应根据实际的工程情况选择合适的试验方法。学习小结01020304（1）抗剪强度测定方法（2）直剪试验原理（3）试验仪器：直剪仪（4）剪切试验类型土的强度与测定方法主容Content土的抗剪强度库仑定律土的极限平衡条件抗剪强度的确定及试验方法123要内库仑定律与土的极限平衡条件主容Content土的强度理论抗剪强度的库仑定律土中一点的应力状态123要内土的极限平衡条件4一、土的强度理论土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。为保证地基承载力及稳定性，就必须研究土的抗剪强度。“”土的成因与组成公路工程发生路基土剪切破坏浙江萧甬铁路发生地基土体剪切破坏二、抗剪强度的库仑定律

1773年，库仑（Coulomb，C.A.）通过砂土的剪切试验，得到砂土的抗剪强度的表达式为以后通过对黏性土样进行试验，得出黏性土的法向应力与抗剪强度之间仍成直线关系抗剪强度

黏聚力内摩擦角剪切面上的法向应力——土的抗剪强度（）；——剪切滑动面上的法向应力（）；——土的粘聚力（）；——土的内摩擦角（）；kPakPakPa土的抗剪强度由土的内摩擦力σtanφ和黏聚力c两部分组成。01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tanφ。02土的内摩擦角φ和黏聚力c两者称为土的抗剪强度指标。03三、土中一点的应力状态

由材料力学可知，该点的大、小主应力为任意截面上的应力

土中任意截面上的应力莫尔－库仑破坏准则

3

1c

f2

fM

cctg1/2(1+3)根据极限应力圆与抗剪强度线的几何关系

黏性土的极限平衡条件

注意:无粘性土取c=0四、