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1、第 5 章土的抗剪强度第五章土的抗剪强度四 川 大 学 水 电 学 院四 川 大 学 水 电 学 院 省岩土工程重点实验室省岩土工程重点实验室PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 作 业5-19 5-20 5-24 5-26 5-28第五章土的抗剪强度PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论5.3 5.3 土中一点的应力极限平衡条件土中一点的应力极限平衡条件5.4 5.4 抗剪强度试验抗剪强度试验5.5 5.5 三轴压缩试验中的孔隙压力系数三轴压缩试验中的孔隙压力系数5
2、.6 5.6 应力路径的概念及其在强度理论中的应用应力路径的概念及其在强度理论中的应用5.7 5.7 三轴试验中土的剪切性状三轴试验中土的剪切性状5.8 5.8 土的屈服与破坏土的屈服与破坏5.9 5.9 土的本构模型土的本构模型第五章土的抗剪强度： 内容PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述土工结构物或地基土渗透问题渗透问题 变形问题变形问题 强度问题强度问题渗透特性渗透特性 变形特性变形特性 强度特性强度特性与土体强度有关的工程问题：与土体强度有关的工程问题：填方或挖方填方或挖方边坡边坡、挡土墙、挡土墙土压土压 力力和建筑物和建筑物地基稳定性
3、地基稳定性等；等； 土体强度表土体强度表现为现为：一：一部分部分土体土体相对相对与与另另一一部分部分土体的土体的滑动，滑动， 滑动面上滑动面上剪应力剪应力超过了超过了极限极限抵抵抗抗能能力力( (抗剪强度抗剪强度) )；土的土的抗剪强度抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限 抵抗能力。抵抗能力。PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述美国某桥头美国某桥头挡土墙破坏挡土墙破坏（20032003年年9 9月月1010日）日）挡土挡土结结构物的破坏构物的破坏PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“
4、试用版本创建 第五章5.1： 概述挡土挡土结结构物的破坏构物的破坏广州京光广场广州京光广场基基坑塌坑塌方方使基坑旁办公室、民使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。死3人，伤17人。PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述挡土挡土结结构物的破坏构物的破坏挡土墙挡土墙滑裂面滑裂面基坑支护基坑支护PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述20002000年西藏易贡巨年西藏易贡巨型型滑滑坡坡各种类各种类型的型的滑滑坡坡PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创
5、建 第五章5.1： 概述各种类各种类型的型的滑滑坡坡立面示意图立面示意图 高程高程（m）滑距滑距（m）55302200400008000400020006000坡坡高高3330 m3330 m 堆积堆积体体宽 约宽 约2500m2500m 总总方方量量约约3 3亿亿方方20002000年西藏易贡巨年西藏易贡巨型型滑滑坡坡PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述 各种类各种类型的型的滑滑坡坡平平面示意图面示意图滑 坡 堆 积 区2264m2210m2165m2340m5520m滑滑坡坡堆积堆积体体2000年西藏易贡巨型滑坡PDF 文件使用 “pdfF
6、actory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述各种类各种类型的型的滑滑坡坡天然坝天然坝 坝高坝高290 m290 m 滑滑坡坡堰塞湖堰塞湖 库容库容1515亿亿方方 1010个月后溃坝个月后溃坝湖湖水水每天上涨每天上涨 50cm 50cm ? ?20002000年西藏易贡巨年西藏易贡巨型型滑滑坡坡PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述各种类各种类型的型的滑滑坡坡边坡边坡滑裂面滑裂面PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述地基的破坏地基的破坏粘粘土地基土地基上上的的某谷仓某谷仓地基破坏地基破
7、坏PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述地基的破坏地基的破坏地基地基p滑裂面滑裂面PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述p土压力土压力p边坡稳定边坡稳定p地基地基承承载载力力u挡土结构物破坏挡土结构物破坏u各种类型的滑坡各种类型的滑坡u地基的破坏地基的破坏核心核心 强度理论强度理论PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.1： 概述在外荷载的作用下，土体中任一截面将同时产生法向应力和在外荷载的作用下，土体中任一截面将同时产生法向应力和 剪应力，其中剪应力，其中法向法
8、向应力应力作作用用将将使使土体土体发发生生压压密密，而而剪应力剪应力作作 用用可可使使土体土体发发生生剪切变形剪切变形; ; 当土中一点某一截面上由外力所产生的剪应力达到土的抗剪当土中一点某一截面上由外力所产生的剪应力达到土的抗剪 强度时，它将沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发强度时，它将沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发 生剪切破坏;生剪切破坏;土的破坏土的破坏主要主要是是由由于于剪切剪切所所引起引起的的，剪切破坏是土体破坏的，剪切破坏是土体破坏的 主要特点。主要特点。土的强度特点土的强度特点1. 1.碎散碎散性：性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作强度不是颗粒矿物本
9、身的强度，而是颗粒间相互作 用主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘聚力与摩擦用主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘聚力与摩擦 力；力； 2. 2. 三三相相体系：体系：三相承受与传递荷载有效应力原理；三相承受与传递荷载有效应力原理； 3. 3. 自自然然变变异异性：性：土的强度的结构性与复杂性。土的强度的结构性与复杂性。PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论5.3 5.3 土中一点的应力极限平衡条件土中一点的应力极限平衡条件5.4 5.4 抗剪强度试验抗剪强度试验5.5 5.5 三轴压缩试验中的
10、孔隙压力系数三轴压缩试验中的孔隙压力系数5.6 5.6 应力路径的概念及其在强度理论中的应用应力路径的概念及其在强度理论中的应用5.7 5.7 三轴试验中土的剪切性状三轴试验中土的剪切性状5.8 5.8 土的屈服与破坏土的屈服与破坏5.9 5.9 土的本构模型土的本构模型第五章5.2：土的抗剪强度理论PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.2：土的抗剪强度理论一、一、库库伦伦公公式式及抗剪强度及抗剪强度指指标标库伦 (Coulomb, 1773) 根据砂土的试验，将土的抗剪强度库伦 (Coulomb, 1773) 根据砂土的试验，将土的抗剪强度 f f， 表
11、达为， 表达为 滑动面上法向总应力的函数，即滑动面上法向总应力的函数，即tan=fO = 100KPaS = 200KPa = 300KPa摩擦强度摩擦强度PSTAPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.2：土的抗剪强度理论一、一、库库伦伦公公式式及抗剪强度及抗剪强度指指标标 以后又提出了适合粘性土的更普以后又提出了适合粘性土的更普 遍的表达式：遍的表达式：tanfc=+式中：式中： c c土的粘聚力(内聚力)，kPa；土的粘聚力(内聚力)，kPa； 土的内摩擦角，度；土的内摩擦角，度； 式 (5-1) 和 (5-2) 统称为库伦公式，式 (5-1) 和 (
12、5-2) 统称为库伦公式， 或库伦定律；或库伦定律； c c、称为抗剪强度指标 (抗剪强称为抗剪强度指标 (抗剪强 度参数 ) 。度参数 ) 。 = = 100KPaS S = = 200KPa = = 3 300KPaO Oc c粘聚强度粘聚强度摩擦强度+摩擦强度+PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.2：土的抗剪强度理论一、一、库库伦伦公公式式及抗剪强度及抗剪强度指指标标N NT T= = NtgNtgu uT T滑动摩擦滑动摩擦土的强度机理摩擦强度粘聚强度土的强度机理摩擦强度粘聚强度（1）滑动摩擦（1）滑动摩擦摩擦摩擦强度强度 tg tg由颗粒之间发
13、由颗粒之间发生滑动生滑动时时 颗粒接触颗粒接触面面粗糙不粗糙不平平所所 引起引起，与与颗粒颗粒大大小小，矿矿 物物组成组成等等因素因素有关有关 0.02 0.06 0.2 0.6 20.02 0.06 0.2 0.6 230302020颗粒直颗粒直径径 (mm)(mm)滑动滑动摩擦角摩擦角u u粗粉粗粉细砂细砂中中砂砂粗砂粗砂PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.2：土的抗剪强度理论一、一、库库伦伦公公式式及抗剪强度及抗剪强度指指标标 土的强度机理摩擦强度粘聚强度土的强度机理摩擦强度粘聚强度（2）咬合摩擦（2）咬合摩擦摩擦摩擦强度强度 tg tgCA BC
14、AB剪切面剪切面是指相是指相邻颗粒邻颗粒对于相对对于相对移移动动的的约约束作束作用用; ;当发当发生生剪切破坏剪切破坏时时，相，相互咬合着互咬合着的的颗粒颗粒A A 必必须抬须抬起起，跨越跨越相相邻颗粒邻颗粒B B，或在或在尖尖角角处处 被被剪剪断断（C C），），才才能能移移动动 ; ;土体中的土体中的颗粒颗粒重重新排列新排列，也会消耗也会消耗能量。能量。PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第五章5.2：土的抗剪强度理论一、一、库库伦伦公公式式及抗剪强度及抗剪强度指指标标 土的强度机理摩擦强度粘聚强度土的强度机理摩擦强度粘聚强度 摩擦摩擦强度强度 tg tg 密密度度（e, e, , )e e 粒粒径径级配级配（C Cu u, C, Cc c） C Cu u 颗粒颗粒的的矿矿物物成成分分对于对于：砂砂土土 粘粘性土；性土；高高岭石岭石 伊里石伊里石 蒙蒙特特石石 粒粒径的形状径的形状（颗粒颗粒的的棱棱角角与与长长宽宽比比）在其在其他他条件条件相相同时同时：一一般般，对于，对于粗粒粗粒土土，颗粒颗粒的的棱棱角提角提高了高了内摩擦角内摩擦角影响影响土的土的摩擦摩擦强度的强度的主要因
