土力学课程讲解第7章

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1、第7章 土的抗剪强度土力学 厦门大学 土木系2第7章 土的抗剪强度 7.1 概述 7.2 土的极限平衡条件 7.3 土的抗剪强度指标的确定 7.4 饱和粘性土的抗剪强度 7.5 无粘性土的抗剪强度 7.6 影响土的抗剪强度指标的因素土力学 厦门大学 土木系37.1 概述 土的抗剪强度土体抵抗剪切破坏极限能力。 土的强度问题在工程上主要有以下三个方面： 1 地基承载力与地基稳定性 2 土坡稳定性 3 挡土墙及地下结构上的土压力 本章主要介绍了库伦公式、莫尔库伦强度理论、抗剪强度的测定方法、饱和粘性土的抗剪强度、无粘性土的抗剪强度等内容。土力学 厦门大学 土木系47.1 概述7-1土力学 厦门大学

2、 土木系5第7章 土的抗剪强度 7.1 概述 7.2 土的极限平衡条件 7.3 土的抗剪强度指标的确定 7.4 饱和粘性土的抗剪强度 7.5 无粘性土的抗剪强度 7.6 影响土的抗剪强度指标的因素土力学 厦门大学 土木系67.2 土的极限平衡条件 一、土体中任一点的应力状态 1 最大主应力与最小主应力 2 任意斜面上的应力 3 用莫尔应力圆表示斜面上的应力 二、莫尔库仑破坏理论 三、土体的极限平衡状态土力学 厦门大学 土木系77.2 土的极限平衡条件 土的强度破坏通常是指剪切破坏。 极限平衡状态当土体的剪应力等于土的抗剪强度时的临界状态称为极限平衡状态。 土的极限平衡条件指土体处于极限平衡状态

3、时土的应力状态和土的抗剪强度指标之间的关系式，即1、3与内摩擦角 、粘聚力c之间的数学表达式。土力学 厦门大学 土木系8一、土体中任一点的应力状态 1 最大主应力与最小主应力Mz地面（a）132dydzdx（b）没有剪应力的面称为主应力面。作用在主应力面上的力称为主应力。作用在微元体上的竖向法向应力，即土的自重应力z =1zK 032=作用在微元体侧面上的水平向法向应力土力学 厦门大学 土木系9一、土体中任一点的应力状态 2 任意斜面上的应力任一截面mn与大主应力面成 角，求法向应力 和剪应力 的计算公式。据静力平衡条件，水平与竖向合力为零0sincossin3= dldldl 0cossin

4、cos1=+ dldldl 2cos)(21)(213131+= 2sin)(2131=dlm1n3dxdz（ c）土力学 厦门大学 土木系10一、土体中任一点的应力状态 3 用莫尔应力圆表示斜面上的应力2130ra莫尔应力圆莫尔圆可表示土体中一点的应力状态，圆周上各点的坐标表示该点在相应平面上正应力和剪应力。正应力 和剪应力 ， 1、 3可用莫尔应力圆表示。从DC逆时针转2 ，a点的横坐标为斜面mn上的正应力 ，纵坐标为剪应力 土力学 厦门大学 土木系117.2 土的极限平衡条件 一、土体中任一点的应力状态 二、莫尔库仑破坏理论 1 库伦公式 2 莫尔库仑强度理论 三、土体的极限平衡状态土力

5、学 厦门大学 土木系12二、莫尔库伦破坏理论 1 库伦公式PTA施加垂直应力 （= P/A）施加水平推力 T量测直剪应力 （= T/A）砂土的抗剪强度与作用在剪切面上的法向应力成正比 tan=f tan+= cf无粘性土粘性土土力学 厦门大学 土木系13二、莫尔库伦破坏理论 2 莫尔库仑强度理论 莫尔提出材料的破坏是剪切破坏，破坏面上剪应力 f是该面上法向应力 的函数： f=f(),在 f 坐标中是条曲线，称莫尔包线。 （1）莫尔库仑强度理论用库仑公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔库伦强度理论。 （2） 极限平衡状态当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏，该点处

6、于极限平衡状态。土力学 厦门大学 土木系14三、土的极限平衡条件 莫尔圆与抗剪强度包线在同一图上时，有三种情况： 1 整个莫尔圆在强度线的下方，即该点在任何平面上的剪应力曾受到的最大固结压力Pc。 超正常固结试样试样受到周围固结压力 3ecr，在振动作用下，可能剪缩。砂土饱和，孔隙水压增加，有效应力减小，砂土液化，地基承载力丧失。土力学 厦门大学 土木系67二、砂土强度与紧密度关系0剪切位移松砂紧砂ABOr剩余强度土力学 厦门大学 土木系68第7章 土的抗剪强度 7.1 概述 7.2 土的极限平衡条件 7.3 土的抗剪强度指标的确定 7.4 饱和粘性土的抗剪强度 7.5 无粘性土的抗剪强度 7

7、.6 影响土的抗剪强度指标的因素土力学 厦门大学 土木系69一、抗剪强度的来源 1 无粘性土 （1）滑动摩擦 土体剪切面上的土粒发生相对移动所产生的摩擦。 （2）咬合摩擦 咬合摩擦是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用。 2 粘性土 （1）内摩擦角（2）粘聚力（3）土中天然胶结物质土力学 厦门大学 土木系70二、影响抗剪强度指标的因素 1 土的物理化学性质的影响 （1）土粒的矿物成分 砂土中石英矿物含量多，内摩擦角 大；云母矿物含量多， 小。粘性土的矿物成分不同，土粒电分子力不同，其粘聚力c也不同。有各种胶结物质可使c增大。 （2）土的颗粒形状与级配 土的颗粒越粗表面越粗糙，内摩擦角 越大。土的级

8、配良好，内摩擦角 大；土粒均匀，内摩擦角 小。土力学 厦门大学 土木系717.6 影响抗剪强度指标的因素 （3）土的原始密度 土的原始密度越大，内摩擦角 越大。同时，土的原始密度大，土的孔隙比e小，接触紧密，粘聚力c也大。 （4）土的含水量 含水量增加时，内摩擦角 减小。粘性土的含水量增加，抗剪强度降低。山体滑动通常是在雨后，雨水渗入，含水量增加，降低抗剪强度，导致山坡失稳滑动。 （5）土的结构 粘性土具有结构强度，其结构受扰动，则粘聚力c降低。土力学 厦门大学 土木系727.6 影响抗剪强度指标的因素 2 孔隙水压力的影响 （1）三轴固结排水剪（直剪慢剪）：抗剪强度值最大 （2）三轴不固结不排水剪（直剪快剪）：抗剪强度值最小。 （3） 三轴固结不排水剪（直剪固结快剪）：抗剪强度值居中。 由此可见，试样中的孔隙水压力，对抗剪强度有重要影响。如前所述，这三种不同的试样方法，各适用于不同的土层分布、土质、排水条件以及施工的速度。土力学 厦门大学 土木系73 【例71】已知地基中某点的最大主应力为600kpa，最小主应力为200kpa。绘制该点应力状态的莫尔应力圆。求最大剪应力值及其作用面的方向，并计算与大主应力面成夹角15度的斜面上的正应力和剪应力。