第六章 土的抗剪强度.ppt

1、第六章 土的抗剪强度,第一节 概 述,一、概念 土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。 土体破坏时的应力组合关系称为破坏准则。,二、土的抗剪强度机理,1、摩擦强度（摩擦力）包括滑动摩擦和咬合摩擦 滑动摩擦由颗粒间接触面粗糙不平所引起。 咬合摩擦是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用。 摩擦强度的影响因素有： 颗粒形状、矿物成分、粒径级配、密度等。 2、粘聚强度（粘聚力） 取决于土粒间的各种 胶结作用和静电引力。,第二节 土的抗剪强度理论,一、屈服与破坏 产生塑性变形的现象称为屈服。 开始引起屈服的应力状态称为 屈服条件。 屈服点对应的应力为屈服应力。 与理

2、想塑性材料不同，土的塑性应变增加了土对继续变形的阻力，屈服点位置随应力增加而提高。这种现象称为应变硬化（加工硬化）。 到达峰值点后，随应变继续增大应力反而下降，强度随应变增加而降低，称为应变软化（加工软化。）,相当于峰值点的强度称为峰值强度。 相当于应变很大、应力衰减至恒定值时的强度称为残余强度。,不论是峰值强度还是残余强度，都不是一个固定不变的数值，而是与土的应力状态有关。这是土区别于其它材料的重要特点之一。,二、库伦（Coulomb）公式,1776年，库仑根据砂土剪切试验,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

3、应力 的线性函数,c:土的粘聚力 :土的内摩擦角,f=c+tg=c+（-u）tg c和为土的有效抗剪强度指标 c -土的有效粘聚力 -土的有效内摩擦角,库伦（Coulomb）公式的有效应力表达,三、莫尔-库伦强度理论（1910）,莫尔认为材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点破坏，并提出破坏面上的剪应力是该面上法向应力的函数，即,这个函数在f坐标中是一条曲线，称为莫尔包线（或称为抗剪强度包线）,极限平衡状态：土单元体中某一个面上的=f 的临界状态。 极限平衡条件：土体中某点处于极限平衡状态时的应力条件。 （=f ，土的剪切破坏条件）,（一）土中一点的应力状态,莫尔圆

4、与抗剪强度之间的关系,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,f,弹性平衡状态,=f,极限平衡状态,f,破坏状态,（二）莫尔库伦破坏准则,根据Mohr-Coulomb破坏理论，破坏时的Mohr应力圆必定与破坏包线相切。切点所代表的平面满足=f的条件，该点处于极限平衡状态。,说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成 / 2的夹角，可知，土的剪切破坏并不是由最大剪应力max所控制,（三）Mohr-Coulomb破坏理论的要点,剪切破裂面上，土体的抗剪强度是法向应力的函数 f=f（） 当法向应力不大时，该函数可以简化为线性函数关系，用Cou

5、lomb公式来表示 f=c+tg 土单元体的任何一个面上=f时，就会发生剪切破坏。此时土单元体的应力状态满足极限平衡条件。,四 极限平衡条件的应用,已知土内一点M的主应力1m和3m ,以及土的内摩擦角C、，可以判断该点土体是否破坏。 对于无粘性土,3,1,1m,3m,3,1,1m,3m,c,0,例6-1 已知地基内M点的在条形荷载p作用下引起的应力为z=94 kPa，x=45 kPa，zx=51 kPa。地基为粉质粘土，容重=19.6 kN/m3，c=19.6 kPa，=28，侧压力系数k0=0.5，试求M点的主应力值、大主应力面方向并判断该点土体是否破坏。,解：1、计算M点的应力分量,第三节

6、 土的抗剪强度试验方法,一、直剪试验 应变控制式和应力控制式,峰值强度与残余强度,直剪试验根据排水条件可分为：快剪、固结快剪和慢剪 优点：直接剪切仪构造简单，操作方便等 缺点： 限定的剪切面； 剪切面上剪应力分布不均匀； 在计算抗剪强度时按土样的原截面积计算的； 试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。,二、三轴试验,三轴试验原理,按剪切前的固结程度和剪切过程中的排水条件三轴试验可分为三种类型： 1、不固结不排水试验（UU） 2、固结不排水试验（CU） 3、固结排水试验（CD）,三轴试验类型,三轴压缩实验优缺点,优点： （1）可严格控制排水条件 （2）可量测孔隙水压力 （3）破裂面在最

7、软弱处 缺点： （1）2=3，轴对称 （2）实验比较复杂,三、真三轴试验,四、无侧限抗压强度试验,试验时围压3=0（无侧限），试样在轴向压力下产生剪切破坏。 破坏时的轴向压力称为无侧限抗压强度，以 qu 表示。,五、十字板剪切试验,第四节 饱和粘性土的抗剪强度,一、不固结不排水抗剪强度,二、固结不排水抗剪强度,0点说明未受任何固结压力的土，它不具有抗剪强度。,有效应力圆直径与总应力圆直径相等。,三、固结排水抗剪强度,在整个试验过程中，孔隙水压力始终为0，总应力等于有效应力，所以总应力圆就是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。,四、抗剪强度指标的选择,粘性土的抗剪强度与剪切条件、试验条件、试验方法等有关，总应力分析法用总应力抗剪强度；有效应力分析法用有效应力抗剪强度。,例6-2 一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不排水实验，施加周围压力3 =200kPa，试件破坏时主应力差1 -3=280kPa，测得孔隙水压力uf=180kPa，整理实验得c=80kPa,=24，试求破坏面上的法向应力和剪应力以及试件中的最大剪应力。,解：破坏面与大主应力作用面之间的夹角为：,破坏面上的法向应力和剪应力