土力学_李广信_土的抗剪强度

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1、第五章 土的抗剪强度作业5-1、5-2（CD试验）5-3、5-5、3-95-8、5-4、5-91本章特点有较严格的理论体系 各种关系较复杂 前面各章知识的综合运用理清应力、应变、体变、孔压、强度间的关系砂性土与粘性土强度的区别与联系试验条件与实际工程情况的对应关系 正常固结粘性土的强度不固结不排水剪的应力应变关系及强度强度指标的运用主要难点学习要点5 土的抗剪强度2土工结构物或地基土渗透问题 变形问题 强度问题渗透特性 变形特性 强度特性5 土的抗剪强度35 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论5.2 抗剪强度测定试验5.3 应力路径与破坏主应力线5.4 抗剪强度指标5.5 砂土的振动液化4

2、5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论5 土的抗剪强度一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型三、土的强度机理四、莫尔-库仑强度理论55 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论 5 土的抗剪强度1. 碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间 相互作用主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘 聚力与摩擦力；2. 三相体系：三相承受与传递荷载有效应力原理；3. 自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。一、土的强度特点6美国某桥头挡土墙破坏（2003年9月10日）5 土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型 1. 挡土结构物的破坏5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论71. 挡土结构物的破坏5

3、土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型广州京光广场基坑塌方使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论8挡土墙滑裂面基坑支护5 土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型5 土的抗剪强度 1. 挡土结构物的破坏5.1 土体破坏与强度理论9龙观嘴黄崖沟乌江2000年西藏易贡巨型滑坡5 土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论2. 各种类型的滑坡10立面示意图高程（m）滑距（m）553022004000扎 木 弄 沟滑坡堆积体08000400020006000坡高 3330 m 堆积体宽 约2500m 总方量

4、约3亿方5 土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡5 土的抗剪强度 2. 各种类型的滑坡5.1 土体破坏与强度理论关西空港一期17倍11平面示意图易贡滑坡堰塞湖滑 坡 堆 积 区扎 木 弄 沟2264m2210m2165m2340m5520m滑坡堆积积体5 土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡5 土的抗剪强度 2. 各种类型的滑坡5.1 土体破坏与强度理论12天然坝坝高290 m 滑坡堰塞湖库容15亿方10个月后溃坝湖水每天上涨 50cm ?5 土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡5 土的抗剪强度 2. 各种类型

5、的滑坡5.1 土体破坏与强度理论13边坡滑裂面5 土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型5 土的抗剪强度 2. 各种类型的滑坡5.1 土体破坏与强度理论14粘土地基上的某谷仓地基破坏3. 地基的破坏5 土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论15地基p滑裂面5 土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型5 土的抗剪强度 3. 地基的破坏5.1 土体破坏与强度理论16p土压力p边坡稳定p地基承载力u挡土结构物破坏u各种类型的滑坡u地基的破坏核心 强度理论5 土的抗剪强度 二、工程中土体的破坏类型5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论175 土的抗剪强度5.

6、1 土体破坏与强度理论5 土的抗剪强度一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型三、土的强度机理四、莫尔-库仑强度理论18三、土的强度机理5 土的抗剪强度施加 （=P/A）施加 S量测测 （=T/A）上盒下盒PSTA5 土的抗剪强度1、直剪试验（库仑 1776）试验方法 = 100KPaS = 200KPa = 300KPa5.1 土体破坏与强度理论19Occ： 粘聚力 ：内摩擦角 = 100KPaS = 200KPa = 300KPa三、土的强度机理5 土的抗剪强度库仑公式f ： 土的抗剪强度tan：摩擦强度与正应力成正比c：粘聚强度5 土的抗剪强度1. 直剪试验试验结果抗剪强度指标5.1 土

7、体破坏与强度理论202007年11月26日，中国国家航天局正式公布嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像21NT= NtanuT滑动摩擦三、土的强度机理5 土的抗剪强度（1）滑动摩擦5 土的抗剪强度2、摩擦强度 tan由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙 不平所引起，与颗粒大小、矿物组成等 因素有关5.1 土体破坏与强度理论22（2）咬合摩擦三、土的强度机理5 土的抗剪强度 5 土的抗剪强度 2. 摩擦强度 tanCA BCAB剪切面u是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用u当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A 必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处 被剪断（C），才能移动 u土体中的颗粒重新排列，也会消耗

8、能量 5.1 土体破坏与强度理论23密度（e, 粒径级配（Cu, Cc）颗粒的矿物成分对于：砂土粘性土；高岭石伊里石蒙特石颗粒的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其它条件相同时：一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角影响土的摩擦强度的主要因素：三、土的强度机理5 土的抗剪强度 5 土的抗剪强度 2. 摩擦强度 tan5.1 土体破坏与强度理论24p粘聚强度机理u静电引力（库仑力）u范德华力u颗粒间胶结u假粘聚力（毛细力等）p粘聚强度影响因素u地质历史u粘土颗粒矿物成分u密度u离子价与离子浓度-+三、土的强度机理5 土的抗剪强度3、粘聚强度5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论255 土的抗剪

9、强度5.1 土体破坏与强度理论5 土的抗剪强度一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型三、土的强度机理四、莫尔-库仑强度理论265 土的抗剪强度四、莫尔-库仑强度理论1. 应力状态与莫尔圆2. 极限平衡应力状态3. 莫尔-库仑强度理论4. 破坏判断方法5. 滑裂面的位置5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论27PSTA5 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论固定滑裂面一般应力状态，如何判断是否破坏？借助于莫尔圆库仑公式5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论28=三维应力状态5 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论 1. 应力状态与莫尔圆二维应力状态5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度

10、理论29莫尔圆应力分析符号规定5 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论5 土的抗剪强度 1. 应力状态与莫尔圆材料力学+-+- 土力学正应力剪应力拉为正 压为负顺时针为正 逆时针为负压为正 拉为负逆时针为正 顺时针为负5.1 土体破坏与强度理论30Oz+zx-xzx2 13rp+-15 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论大主应力：小主应力:圆心：半径：z按顺时针方向旋转x按顺时针方向旋转莫 尔 圆：代表一个单元的应力状态； 圆上一点：代表一个面上的两个应力与5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论 1. 应力状态与莫尔圆31f直剪试验：破坏时的莫尔圆与库仑抗剪强度 线的关系如何？为什么？(

11、c、 )三轴 (c、 )直剪巧合吗？c与的组合满足库仑公式才破坏fc5 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论 1. 应力状态与莫尔圆三轴试验结果322. 极限平衡应力状态5 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论极限平衡应力状态：有剪切面上的应力状态达到 = f土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线。f5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论335 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论f强度包线以内：任何一个面上的一对应力与 都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：该面上的应力达到破坏状态；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不

12、可能发生。5 土的抗剪强度 2. 极限平衡应力状态5.1 土体破坏与强度理论34（1）土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应 力的单值函数, f =f() （莫尔：1900年）（2）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似：f = c +tan（3）某土单元的任一个平面上 = f ，该单元就达到了极限平衡应 力状态5 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论5 土的抗剪强度3. 莫尔库仑强度理论5.1 土体破坏与强度理论355 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件13Oc5 土的抗剪强度 3. 莫尔库仑强度理论5.1 土体破坏与强度理论365 土的抗

13、剪强度 四、莫尔-库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件13Oc5 土的抗剪强度 3. 莫尔库仑强度理论5.1 土体破坏与强度理论37根据应力状态计算出 大小主应力1、3判断破坏可能性由3计算1f 比较1与1f11f 不可能状态 Oc 1f3114. 破坏判断方法5 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论判别对象：土体微小单元（一点）已知条件：一般应力状态、抗剪强度指标3= 常数：5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论38根据应力状态计算出 大小主应力1、3判断破坏可能性由1计算3f 比较3与3f33f 安全状态3=3f 极限平衡状态3 不可能状态Oc5 土的抗剪强度 四、莫尔-库

14、仑强度理论(1 + 3)/2 = 常数：圆心保持不变5 土的抗剪强度 4. 破坏判断方法5.1 土体破坏与强度理论也可比较圆的直径40231f45/2破裂面Oc 1f325. 滑裂面的位置与大主应力面夹角： =45 + /25 土的抗剪强度 四、莫尔-库仑强度理论5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与强度理论破坏面为什么不在最大剪应 力作用面上？415.1 土体破坏与强度理论5.2 抗剪强度测定试验5.3 应力路径与破坏主应力线5.4 抗剪强度指标5.5 砂土的振动液化5 土的抗剪强度 5 土的抗剪强度42室内试验野外试验5.2 抗剪强度测定试验5 土的抗剪强度三轴试验、直剪试验等制样（重塑土）或

15、现场取样缺点：扰动优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等原位试验缺点：应力条件不易掌握优点：原状土的原位强度5 土的抗剪强度435.2 抗剪强度测定试验 5 土的抗剪强度1、试样应力特点与试验方法2、强度包线3、试验类型4、优缺点5 土的抗剪强度试样压力室压力水排水管 阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测体变或孔压一、三轴试验445.2 抗剪强度测定试验 5 土的抗剪强度方法：首先试样施加静水压力室压（围压） 1=2=3=const； 然后通过活塞杆施加的是应力差1= 1-3 。 1、试样应力特点与试验方法特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是 大主应力；径向与切向应力总是相等r=， 亦即1=z；2=3=r=const5 土的抗剪强度一、三轴试验45强度包线(1-)fc(1-)f11- 31 =15%v分别作一系列围压（如100 kPa 、 200 kPa 、300 kPa）的三轴试验， 得到破坏时相应的（1-)fv