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1、6 土的抗剪强度 E6 1 概述 E6 2 土的极限平衡条件 E6 3 抗剪强度指标的确定 E6 4 影响抗剪强度指标的因素 土的抗剪强度 土体抵抗剪切破坏的极限能力 工程实例 地基承载力问题 工程实例 地基承载力问题 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 原因 地基承载力不 够 超载引发强度破 坏而产生滑动 加拿大特朗斯康谷仓 工程实例 地基承载力问题 1 整体剪切破坏 整体剪切破坏型式的 压压力 沉降关系曲线线 p s 0 线
2、性变形阶段 弹塑性变形阶段 塑性破坏阶段 整体剪切破坏 2 局部剪切破坏 s p 局部剪切破坏型式的 压压力 沉降关系曲线线 0 压力和沉降关系曲线从一 开始就呈现非线性关系 局部剪切破坏 3 冲剪破坏 p s 冲剪破坏型式的 压压力 沉降关系曲线线 0 无明显的转折现象 地基剪切破坏的型式 主要与土的压缩压缩 性 质质有关 坚坚硬或密实实的土 松软软土 整体剪切破坏 局部剪切破坏 冲剪破坏 整体剪切变形的三个阶段 压密变形阶段 局部剪切阶段 整体破坏阶段 压密变形阶段Oa O p kPa a S mm 基础 地面 p s 局部剪切阶段ab O p kPa a b S mm 基础 地面 p p
3、 整体破坏阶段bc O p kPa a b c S mm 基础 地面 p 土体内一点处处任意方向截面上应应力的集合 剪应应力 和法向应应力 3 3 1 1 3 1 斜面上的应应力 6 2 1土中任一点的应力状态 6 2 土的抗剪强度与极限平衡原理 O 1 3 1 2 1 3 2 A 土中某点的应应 力状态态可用莫 尔应应力圆圆描述 3 1 莫尔圆圆可以表示土体中一点的应应力状态态 莫尔圆圆圆圆 周上各点的坐标标就表示该该点 在相应应平面上的正应应力和剪应应力 6 2 2 莫尔 库仑破坏理论 1776年 库仑库仑 根据砂土剪切试验试验 得 出 f tan 砂土 后来 根据粘性土剪切试验试验 得出
4、 f c tan 粘土 c 库仑库仑 定律 土的抗剪强 度是剪切面上的法向总应总应 力 的线线性函数 f f 库伦库伦 公式 抗剪强度指标标 c 土的粘聚力 土的内摩擦角 无粘性土 c 0 莫尔包线线表示材料在不同应应力作用下达 到极限状态态时时 滑动动面上法向应应力 与剪应应 力 f 的关系 莫尔包线线 f c tan 应应力圆圆与强度线线相离 强度线线 应应力圆圆与强度线线相切 应应力圆圆与强度线线相割 极限应应 力圆圆 f 破坏状态态 6 2 3 土的极限平衡条件 莫尔 库仑库仑 破坏准则则 3 1 c f 2 f A cctg 1 2 1 3 无粘性土 c 0 粘性土 A B D O
5、f 极限平衡条件 莫尔 库仑破坏准则 极限应力圆 破坏应力圆 剪切破坏面 粘性土的极限平衡条件 1 3tg2 45 2 2ctg 45 2 3 1tg2 45 2 2ctg 45 2 无粘性土的极限平衡条件 1 3tg2 45 2 3 1tg2 45 2 土体处处于极限平衡状态时态时 破坏面与大主应应力作 用面的夹夹角为为 f f 2 f 3 1 c A cctg 1 2 1 3 说说明 剪破面并不产产生于最大剪应应力面 而与最大 剪应应力面成 2的夹夹角 因此 土的剪切破坏并不是 由最大剪应应力 max所控制 max 的方法 测测定土抗剪强 度 直接剪切试验试验 三轴压缩试验轴压缩试验 无侧
6、侧限抗压压强度试试 验验 现场十字板剪切仪 6 3 抗剪强度指标的确定 试验仪试验仪 器 直剪仪仪 应变应变 控制式 应应力控制式 6 3 1 直接剪切试验 应变应变 控制式直剪仪仪的试验试验 原理 对对同一种土至少取4个平行试样试样 分别别 在不同垂直压压力 下剪切破坏 将试验结试验结 果 绘绘制抗剪强度 f与相应应垂直压压力 的关系图图 剪切容器与应力环 在不同的垂直压压力 下进进行剪切试验试验 得相应应的抗 剪强度 f 绘绘制 f 曲线线 得该该土的抗剪强度包线线 在法向应应力 作用下 剪应应力与剪切位移关系曲线线 4m m a b 剪切位移 l 0 01mm 剪应应力 kPa 1 2
7、快剪 固结快剪 慢剪 在直剪试验过 程中 根据加荷速率的快慢可将试验 划分为 直剪试验优试验优 缺点 n优优点 仪仪器构造简单简单 试样试样 的制备备和安装方便 易于操作 n缺点 剪切破坏面固定 且不一定是土样样的最薄弱面 不能严严格控制排水条件 不能量测测土样样的孔隙水 压压力 剪切过过程中试样试样 剪切面积积逐渐渐减小 剪切面上的 剪应应力分布不均匀 一 抗剪强度包线线 分别别在不同的周围压围压 力 3作用下进进行剪切 得 到3 4 个不同的破坏应应力圆圆 绘绘出各应应力圆圆的公切 线线即为为土的抗剪强度包线线 抗剪强度包线线 c 6 3 2 三轴压缩试验 二 三轴轴剪切试验试验 n试验仪
8、试验仪 器 应变应变 控制式三轴仪轴仪 压压力室 加压压系统统 量测测系 统统组组成 常用 应应力控制式三轴仪轴仪 n试验试验 步骤骤 3 3 3 3 3 3 2 施加周围压围压 力 3 施加竖竖向压压力 1 装样样 三轴压缩仪轴压缩仪 应变应变 控制式三轴仪轴仪 n压压力室 n加压压系统统 n量测测系统统 轴向加荷系统 加压和量测系统 三轴试验优轴试验优 缺点 优优点 能控制排水条件 量测测孔隙水压压力 试样试样 的应应力分布比较较均匀 剪切破坏面为为最薄弱面 缺点 试验仪试验仪 器复杂杂 操作技术术要求高 试样试样 制备较备较 复杂杂 试验试验 在 2 3的轴对轴对 称条件下进进行 与土体实际实际 受力 情况可能不符
