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1、第六章,土的抗剪强度,6.1 土体强度的工程应用 6.2 摩尔库仑强度理论 6.3 土的极限平衡条件 6.4 抗剪强度指标的确定 6.5 孔隙压力系数 6.6 砂性土的剪切性状 6.7 黏性土的剪切性状,主要内容,重点内容,6.1 土体强度的工程应用,大量的工程实践和室内试验表明：建筑物地基和土工建筑物的破坏，绝大多数是属于剪切破坏，即沿着某一滑动面产生破坏。,基坑坑壁滑动破坏,坑壁支护,6.1 土体强度的工程应用,边坡滑坡,6.1 土体强度的工程应用,因此，剪切破坏是土体破坏的主要形式。,土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。,土的重要力学性质指标,6.2 摩尔库仑强度理论,前面我们从太
2、沙基的土有效应力原理已经知道：土体承受的上覆荷载主要由土颗粒的有效应力承担。 而有效应力是由土颗粒之间的黏结作用和相互之间的咬合作用组成。 黏结作用产生的力称为土的黏聚力（内聚力）， 咬合作用产生的咬合与摩擦称为土的内摩擦角。,土中一点的应力状态,土体内某一点的应力状态如下： 1竖向应力(最大主应力) 3侧向应力(最小主应力) 剪切面上为 法向应力 剪应力,一、库仑定律,在一定载荷范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。 其中C、 被称为土的抗剪强度指标。 为剪切破裂面与大主应力的作用面成夹角，其值等于（45+/2）的。,库仑经过试验，得出以下关系式：,砂土：,黏性土：,黏性土,c,C=
3、0,砂土,f,f,库仑定律的总应力表达式,库仑定律的有效应力表达式 C称为土的有效黏聚力 称为土的有效内摩擦角,饱和土有效应力：,一、库仑定律,二、摩尔库仑强度理论,莫尔认为土中某点达到该点的抗剪强度时，土即发生破坏。,莫尔把f=f（）的曲线，称为摩尔破坏包线。 f=f()可用直线（库仑定律 ）代替，故称为莫尔库仑强度理论。,f,1、安全（弹性平衡状态）,2、临界状态（极限平衡状态）,3、破坏,摩尔库仑强度判断土单元的状态,某一单元土体上的作用力如下右图所示，将作用于ABC的各力分别在水平和垂直方向投影（合力为零），根据静力平衡条件可得：,6.3 土的极限平衡条件,一、摩尔应力圆,水平方向合力
4、,垂直方向合力,A,B,C,由上述两式得：,6.3 土的极限平衡条件,一、摩尔应力圆,解上述联立二元一次方程式得：,法向应力,剪应力,A,O1,6.3 土的极限平衡条件,在-坐标中，以1/2(1 +3 )，0为圆心、1/2(13 )为半径作圆,则A点的坐标（a，a）即为ABC斜面AB上的法向应力和剪应力。,摩尔 应力圆,O,A,B,C,c,A,O,O1,6.3 土的极限平衡条件,我们把库仑公式强度线绘制于同一坐标系中，则该强度线为摩尔圆的切线。,B,f,1、安全（弹性平衡状态）,2、临界状态（极限平衡状态）,3、破坏,摩尔库仑强度判断土单元的状态,摩尔库仑强度判断土单元的状态,f时，弹性平衡状
5、态，整个摩尔圆位于抗剪强度线的下方，说明该点在任何平面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏。,二、土的极限平衡应力状态,=f时，极限平衡状态，摩尔圆与抗剪强度线相切于A点，表明通过A点的任意平面上的剪应力都等于抗剪强度，该点就处于极限平衡状态。 f时，剪切破坏状态，抗剪强度线是摩尔圆的一条割线，该点的任意平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，实际上这种情况是不可能存在的。,c,A,O,O1,下图是土体处于极限平衡条件（即破坏临界状态）的关系图。,B,三、土的极限平衡条件,由图直角ABO1可知：,整理下面公式：,三、土的极限平衡条件,得出以下三式：,此三式均可用于判断土体是否
6、处于极限平衡状态,教材P114式(6-15)更正,c,A,O,O1,B,三、土的极限平衡条件,由图直角ABO1外角与内角的关系可知：,即：,由此可见：剪切破裂面与大主应力的作用面成（45+/2）的夹角。,四、土的极限平衡条件的应用,根据上述三式，分别计算出极限平衡所能承受的1f与当时所施加的1来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当11f，土体处于稳定平衡状态；,（2）当1=1f，土体处于极限平衡状态；,（3）当11f，土体处于破坏状态；,四、土的极限平衡条件的应用,根据上述三式，分别计算出极限平衡所能承受的3f与当时所施加的3来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当33f
7、，土体处于稳定平衡状态；,（2）当3=3f，土体处于极限平衡状态；,（3）当33f，土体处于破坏状态；,四、土的极限平衡条件的应用,根据上述三式，计算出达到极限平衡所需要的m与当前土体的来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当m，土体处于稳定平衡状态；,（2）当m=，土体处于极限平衡状态；,（3）当m，土体处于破坏状态；,四、土的极限平衡条件的应用,总结，分别比较m、1f、3f，与、1、3，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当m3f，土体处于稳定平衡状态；,（2）当m=、1=1f、3=3f，土体处于极限平衡状态；,（3）当m、11f、33f，土体处于破坏状态；,3，处于稳定状态,
8、实际应用,1、当计算A点时： 1=？、3=？,黏土 C、,A,2、当计算B点时： 1=？、3=？,B,1=h1、3=k01,h1,h2,1=h2、3=0,k0为静止土压力系数，可查47页表4-1确定,3、开挖多深不会失稳？即C点的深度为多大？,当3=0时，认为此处为剪切滑动面的最底端,此时,C,h,测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验,6.4 抗剪强度指标的确定,直剪仪,一、直剪试验,6.4 抗剪强度指标的确定,剪切力计量仪表,剪切盒,一、直剪试验,水平推力,垂直压力p,应力环水平力T,一、直剪试验,水平推力,垂直压力P,6.4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,一、直剪试验,水平推力,6.
9、4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,垂直压力P,一、直剪试验,水平推力,6.4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,垂直压力P,一、直剪试验,水平推力,6.4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,垂直压力P,一、直剪试验,水平推力,6.4 抗剪强度指标的确定,应力环水平力T,垂直压力P,一、直剪试验,水平推力,应力环水平力T,垂直压力P,A,一、直剪试验,A土样面积,应力环水平力T,垂直压力P,正应力：,剪应力：,A,一、直剪试验,应力环水平力T,垂直压力P,施加P，量测 T，然后计算,一、直剪试验,三组试样,正应力：,剪应力：,最后画点，连直线，求出抗剪强度指标,直剪三种试验类型,直剪仪
10、的优点: 设备简单,价格便宜,操作方便,易于掌握,直剪试验的优缺点,二、三轴压缩（剪切）试验,压力室,加压设备,电脑采集,三轴剪切试验,试验装置,压力室； 围压系统； 轴压系统； 孔隙水压力量测系统； 排水系统,主要组成：,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,压力室分解,1,Pc,二、三轴剪切试验,3,1,Pc,3,二、三轴剪切试验,1,Pc,3,二、三轴剪切试验,3,1,总应力表示法,有效应力表示法,三组试样,三轴剪切三种试验类型,三轴试验优缺点,优点： 试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了解土中有效应力变化情况； 试样中的应力分布比较均匀
11、，剪切面在试样的最薄弱处，结果比直剪试验可靠。 缺点： 试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂； 试验在2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符 。,无侧限抗压强度试验，与岩石单轴抗压强度试验类似，是三轴压缩试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度。,三、无侧限抗压试验,无侧限压缩仪,根据试验结果只能作出一个极限应力圆（3=0，1=qu）。因此对一般黏性土，无法作出强度包络线。,qu,cu,u=0,无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软黏
12、土的不排水强度。,u=0,灵敏度,黏性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值：,根据灵敏度将饱和黏性土分类：,低灵敏度土 1St2,中灵敏度土 2 St4,高灵敏度土 St4,适用于现场测定饱和黏性土的不排水强度，尤其适用于均匀的饱和软黏土。,四、十字板剪切试验,M剪切破坏时的扭矩，kNm。,土的抗剪强度：,土的原位测试技术的优点： 1可在现场进行，避免取样； 2涉及的土体积比室内试验样品大很多； 3可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标； 4具有快速经济的优点。 土的原位测试技术的缺点： 1难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件； 2测试设备进入土层对土层也有一定扰动； 3试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与 实际工程往往不一致； 4应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结。,小 结,一、库仑定律,二、土的极限平衡条件（摩尔库仑强度理论）,此三式均可用于判断土体是否处于极限平衡状态,谢 谢！,其它内容自学。,
