《【力学专题】四节 土的抗剪强度课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【力学专题】四节 土的抗剪强度课件（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四节 土的抗剪强度 5.1概述一. 土的强度应用地基由岩土组成，地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪应 变，土体抵抗剪切破坏的能力，相应于剪应力的增加逐渐发挥 ，当剪阻力发挥到极限时，土就处于剪切破坏的极限状态。土是由固体颗粒组成的，土粒间的连结强度远远小于土粒 本身的强度。在外力作用下土粒之间发生相互错动，引起土中 的一部分相对另一部分产生滑动。土粒间抵抗这种滑动的能力 ，称为土的抗剪强度。 二. 土的抗剪强度土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。工程设 计中，对于地基首先应该满足强度要求，其后是设计满足地基 变形条件。土体的破坏：首先是从局部开始，发展贯通、最终导致土体的整体破坏 。
2、 土的抗剪强度：是由土的内摩擦角和内聚力C两个指标决定。对于高层建 筑地基稳定性分析、斜坡稳定性分析及支护等问题，c、值是 必不可少的指标。 土的抗剪强度的机理：无粘性土一般没有粘结力，抗剪力主要由颗粒间的滑动摩 擦以及凹凸面间镶嵌作用所产生的摩擦力组成，指标“内摩擦 角”值的大小，体现了土粒间摩擦力的强弱，也反映了土的 抗剪能力；粘性土的抗剪力不仅有颗粒间的摩擦力，还有相互粘结力 ，不同种类的粘性土，具有不同的粘结力，指标“内聚力c”值 的大小，体现了粘结力的强弱。因此，对于粘性土的抗剪能力 ，由内摩擦角和粘聚力 c 两个指标决定。我们把土的抗剪能 力称为土的抗剪强度。研究土的抗剪强度，我们
3、常采用莫 尔-库伦强度理论。该强度理论的两个指标、c 值的 确定方法有直接剪切试验、三轴剪切试 验、无侧限抗压强度试验、十字板剪切 试验等。三、库仑公式和莫尔-库仑强度理论 1、 库仑公式1773年库仑（Coulomb）砂土试验，把物 体斜面平衡和摩擦系数概念应用于土中，得 到砂土的抗剪强度公式：1776又提出适合粘性土的普遍形式：上两式统称为库仑公式。C、 抗剪强度指标。抗剪强度与法向压应力关系2. 莫尔-库仑强度理论1910年 莫尔（Mohr）提出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就发生 破坏，并提出在破坏面上的剪应力f是该面上法向应力的 函数 ：该函数是一
4、条曲线，称为莫尔包线。土的莫尔包线通常可以近似地用直线代替，该直 线方程就是库伦公式表示的方程。由库伦公式表示莫 尔包线的强度理论称为莫尔-库伦强度理论。 对于平面问题，当土体中任意一点受到两个主应 力为1和3(13)，在某一平面mn上的剪应力达 到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏，我们现在的问 题是确定该面上的正应力、剪应力。用莫尔应力圆可表示土体中一点的应力状态，圆 周上各点的坐标就是相应斜面上的法向应力和剪应力 。任意斜面上的应力（法向应力和剪应力）抗剪强度包线与莫尔应力圆之间的关系有以下三种情况：(1)整个莫尔圆位于抗剪强度包线下（圆），说明该点在 任何平面上的剪应力都小于所发挥的抗剪强
5、度（ f ），实 际上这种情况是不可能发生的；（3）莫尔圆与抗剪强度包线相切（圆），切点为 A，说 明在A 点所代表的平面上，剪应力正好等于抗剪强度（=f） ，该点处于极限平衡状态。圆 称为极限应力圆。根据极限应 力圆与抗剪强度包线之间的几何关系：破坏面与最大主应力1的作用面的夹角为 ，该面并不是剪应力最大的面。 应力莫尔圆与强度包线关系：就是土中一点的应力状态与破坏准则之间 的关系。相切表示该点处于极限平衡条件。 土的极限平衡条件（剪切破坏条件）： 粘性土：或无粘性土：破坏面与最大主应力作用面的夹角为三、 抗剪强度指标的确定 试验方法：室内（直接剪切、三轴压缩、无侧限抗压 ）；原位（大型剪切
6、、十字板剪切） 1.直接剪切试验 试验过程：沿着给定的面进行剪切；对于一个样试验 结果为剪应力与剪位移之间的关系，取峰值或稳定 值作为破坏点；同一种土取4-5个具有相同密度和含 水量的试样分别在不同的垂直压力下进行重复试验 ；建立抗剪强度与垂直压力之间的关系，读出土的 抗剪强度参数内聚力和内摩擦角。 分类：排水条件（快剪、固结快剪、慢剪） 优点：简单、方便； 缺点：剪切面不是最薄弱面、应力集中、剪切面积不 准、孔隙压力和排水条件的控制不严格。2. 三轴固结试验 优点：能控制排水条件、受力状态明确、剪切面不固 定、能准确测定土的孔隙压力变化及体积变化； 分类：排水条件的不同（不固结不排水剪UU、
7、固结不 排水剪CU、固结排水剪CD） 试验过程：施加围压 液压；对于一个样试验结 果为主应力差与与轴向应变之间的关系，取峰值或 稳定值作为破坏点；同一种土取3-4个具有相同密度 和含水量的试样分别在不同的围压下进行重复试验 ；绘制极限应力圆和强度包线，读出土的抗剪强度 参数内聚力和内摩擦角。 不足：设备复杂。3. 无侧限抗压强度 适用土质：饱和粘性土无侧限抗压强度 ：不施加任何侧向压力 的情况下，施加垂直压力 ，试件剪切破坏时所能 承受的最大轴向压力。=0， UU试验结果表明饱和粘性土UU试验破坏 包线为近水平直线， 。用无侧限抗压强度确定土的灵敏度。4. 现场十字板剪切试验 优点：可避免室内
8、试样受扰动的不足，特别适用 于高灵敏度的软粘土、淤泥等。 破坏：十字板扭转，破坏面为旋转形成的圆柱面 。 简化假设： 的到十字板试验土的 抗剪强度十字板现场测定的抗强度属于不排水试验条件， 因此有：5.抗剪强度指标的选择土的抗剪强度与土的生成环境、物质组成、应力历史等 因素有关，而且我们为了定量的评价土的抗剪强度，需利用 一定的测试方法来确定抗剪强度指标，即内聚力c和内摩擦角 ，这又与试验方法、排水条件、应力路径等条件有关。对于饱和粘性土，利用不排水不固结试验只能测出总应 力破坏包线，不能测得有效应力破坏包线，并且值为零， 抗剪强度f=c；利用固结不排水剪，既能测得总应力破坏包 线，即f =c
9、+tan，也能测得有效应力破坏包线，即f =c+tan ；而利用固结排水试，有效应力破坏包线就是总应 力破坏包线。因此在选取指标时要根据工程问题决定采用总 应力或有效应力强度指标，然后选择测试方法。一般认为， 由三轴固结不排水试验确定的有效应力强度参数c和值 用于分析地基的长期稳定性(例如土坡的长期稳定分析，估计 挡土结构物的土压力、位于软土地基上结构物的地基长期稳 定分析等)；而对于饱和软粘土的短期稳定问题，则宜采用不 固结不排水试验的强度指标，以总应力法进行分析。一般工 程问题多采用总应力分析法，其指标和测试方法的选择大致 如下：若建筑物施工速度较快，而地基土的透水性和排 水条件不良时，可
10、采用三轴仪不固结不排水试验或直 剪仪快剪试验的结果；如果建筑物加荷速率较慢，地 基土的透水性较小(如低塑性的粘土)以及排水条件又 较佳时(如粘土层中夹砂层)，则可以采用固结排水或 慢剪试验；如果介于以上两种情况之间，可用固结不 排水或固结快剪试验结果。由于实际加荷情况和土的 性质是复杂的，而且在建筑物的施工和使用过程中都 要经历不同的固结状态，因此，在确定强度指标时还 应结合工程经验。对于无粘性土，抗剪强度决定于有效法向应力和 内摩擦角，密实砂土的内摩擦角与天然孔隙比、土粒 表面的粗糙度以及颗粒级配等因素有关。天然孔隙比 小、土粒表面粗糙、级配良好的砂土，其内摩擦角较 大。松砂的内摩擦角大致与干砂的天然休止角相等（ 天然休止角是指干燥砂土堆积起来所形成的自然坡角 ）。
