土力学第五章ppt课件.ppt

《土力学第五章ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学第五章ppt课件.ppt（71页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第五章第五章 土的抗剪强度土的抗剪强度 5.1 概述概述5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论5.3 土的抗剪强度测定试验土的抗剪强度测定试验5.4 应力路径和破坏主应力线应力路径和破坏主应力线5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 5.1 概述概述T N W 砂坡的天然休止角 砂坡的天然休止角与砂粒本身的颗粒强度无关，主要取决于沙粒在接触面的相互作用 5.1 概述概述土的基本性质土所受的应力状态 土的强度指土体抵抗剪切破坏的能力（抗剪强度），主要表现为粘聚力和摩擦力 抗剪强度 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论5.2.1 直剪试验与库仑公式 5.2.2 土的抗剪强度机理 5.2.

2、3 摩尔-库仑强度理论 5.2.1 直剪试验与库仑公式直剪试验与库仑公式 上盒上盒下盒下盒PSTA 5.2.1 直剪试验与库仑公式直剪试验与库仑公式 Oc tan cf tan cftanu-tan）（ccf有效抗剪强度公式 5.2.1 直剪试验与库仑公式直剪试验与库仑公式 5.2.2 土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理 tan cf黏聚强度摩擦强度 1、 摩擦强度 滑动摩擦 咬合摩擦 内摩擦角 内摩擦角104001相对密度粗粒、棱角状，不均匀细粒、圆球状、匀粒密度粒径级配颗粒形状矿物成分 粗粒土内摩擦角影响因素：细粒土内摩擦角影响因素：滑动、咬合摩擦 颗粒表面的吸引力 5.2.2 土的抗剪强度

3、机理土的抗剪强度机理 2、 黏聚强度 粘聚强度机理：静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）粘聚强度影响因素地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度5.2.2 土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理 砂土为0 1、应力状态和摩尔圆 压为正压为正拉为负拉为负逆时针为正逆时针为正顺时针为负顺时针为负土力学中应力符号规定 x z xz zx -+5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 O z+ zx- xz x2 1 3rpz x zx xz +- 1 大主应力：大主应力：小主应力小主应力: :圆心：圆心：半径：半径：圆上一点：代表应力为（，）的那个面莫尔圆：代表一个土单元的所

4、有应力状态2/ )(zxp222/ )-(xzzxrrp1rp32/ )(31p2/ )(31q(p,q)5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 2、极限平衡应力状态 当土单元发生剪切破坏，即破坏面上剪应力达到抗剪强度时，称该土单元达到极限平衡状态 f 剪切破坏摩尔破坏包线（抗剪强度包线 ）5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 土的极限平衡条件摩尔应力圆与直线关系：相离 稳定状态(弹性平衡)相切 极限平衡状态 摩尔破裂圆相割 剪切破坏312、极限平衡应力状态 5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 3、极限平衡条件和土体破坏的判断方法 cot2/2/sin3131c2

5、45tan2245tanoo231c245tan2245tanoo213c土的极限平衡方程5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 3、极限平衡条件和土体破坏的判断方法 极限平衡条件的工程应用判断土体是否破坏 确定土单元体在任意面上的应力状态 计算主应力1、3221,322xzxzxz 选用极限平衡条件判别土单元体是否发生剪切破坏 5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 3、极限平衡条件和土体破坏的判断方法 5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 极限平衡条件的工程应用判断土体是否破坏（1）最大主应力比较法 Oc 1f 3 1 1245tan2245tanoo231cf已

6、知1、3、c、结论：1 1f，剪切破坏tan cf 3、极限平衡条件和土体破坏的判断方法 5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 极限平衡条件的工程应用判断土体是否破坏（2）最小主应力比较法已知1、3、c、245tan2245tanoo213cf Oc 1 3f 3 3结论：3 ，剪切破坏O 4、剪切破坏面的位置 5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 破裂面与最大主应力面夹角：=45+/2902破裂面在最大剪应力作用面上吗，为什么？破裂面在最大剪应力作用面上吗，为什么？2 290 O c 1f 3tanfc2 5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 5.2.3 摩尔摩

7、尔-库仑强度理论库仑强度理论 5.2.3 摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验 5.3.1 直剪试验 5.3.2 三轴剪切试验5.3.3 无侧限压缩试验5.3.4 十字板剪切试验 5.3.1 直剪试验直剪试验固结慢剪试验固结快剪试验快剪试验1、试验方法 2、分类3、优缺点 5.3.2 三轴试验三轴试验试样试样压力室压力水 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量测体变或孔压 5.3.2 三轴剪切试验三轴剪切试验围压阶段：给试样施加静水压力（围压） 1=2=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

8、z为大主应力；侧向应力相等2=3剪切阶段：通过活塞杆施加的是应力差1= 1-3固结与不固结排水与不排水 5.3.2 三轴剪切试验三轴剪切试验固结排水（CD）试验固结不排水（CU）试验不固结不排水（UU）试验 5.3.2 三轴剪切试验三轴剪切试验2、强度包线的确定方法强度包线强度包线( 1- )fc ( 1- )f 1 1- 3 1 =15%v分别作围压为100 kPa 、300 kPa 、500 kPa的三轴试验，得到破坏时相应的破坏偏差应力（1-)fv绘制三个破坏状态的应力莫尔圆，画出它们的公切线强度包线，得到强度指标 c 与 密砂松砂峰值强度残余强度 5.3.2 三轴剪切试验三轴剪切试验v

9、优点：1、应力状态和应力路径明确2、排水条件清楚，可控制3、破坏面不是人为固定的4、完整反映试样受力变形直至破坏的全过程v缺点：设备相对复杂，现场难以试验3、优点和缺点 5.3.3 无侧限压缩试验无侧限压缩试验0013uuq，饱和软黏土 现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀的饱和软粘土特别适用于均匀的饱和软粘土5.3.4 十字板剪切试验十字板剪切试验HDDMf322max抗剪强度： 灵敏度：5.3.4 十字板剪切试验十字板剪切试验rprpMMS 5.4 应力路径和破坏主应力线应力路径和破坏主应力线5.4.1 应力路径及其表示方法 应力状态：作用

10、在土体中一点上的应力大小和方向 应力路径：土体中一点应力状态连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹 5.4 应力路径和破坏主应力线应力路径和破坏主应力线5.4.1 应力路径及其表示方法 z x zx xz +- 1 O z+ zx- xz x2 1 3rp 1 3qppOq顶点（顶点（p, qp, q）与摩尔）与摩尔圆有一圆有一 一对应的关系一对应的关系顶点坐标可以反应一顶点坐标可以反应一个点的应力状态个点的应力状态131322pq 3 1 1 3 O O5.4 应力路径和破坏主应力线应力路径和破坏主应力线5.4.1 应力路径及其表示方法 摩尔圆法 3 1pOqO应力平面法 45强度包线破坏主应

11、力线摩尔圆顶点的移动轨迹表示应力变化 5.4 应力路径和破坏主应力线应力路径和破坏主应力线5.4.2 强度包线和破坏主应力线 强度包线 f ：在 坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线破坏主应力线 Kf在p q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态对应点的集合pq O f 线线Kf线线O 两条直线两条直线与横坐标与横坐标交点都是交点都是 O pq Oc a f线线Kf线线OAR5.4 应力路径和破坏主应力线应力路径和破坏主应力线5.4.2 强度包线和破坏主应力线 sinarctancos ca已知应力路径图，Kf线（a，）推求摩尔破坏包线（c，） 5.4 应力路径和破坏主应力线应力路径和破坏主应力线5

12、.4.3 总应力路径和有效应力路径 O u 1 3 3 11、总应力路径和有效应力路径 总应力圆有效应力圆131313112212puuupu131313112212quuqu 5.4 应力路径和破坏主应力线应力路径和破坏主应力线5.4.3 总应力路径和有效应力路径 2、三轴试验应力路径 3 3 13 3 u 3311const1212pq 1Auppuqq 45pOqKfpqKfu u131322pq 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标5.5.1 总应力强度指标和有效应力强度指标 5.5.2 三轴试验强度指标5.5.3 直剪试验强度指标5.5.4 残余抗剪强度指标5.5.5 土的强度指

13、标的工程应用 5.5.1 总应力强度指标和有效应力强度指标总应力强度指标和有效应力强度指标 有效应力指标有效应力指标c , = c + tg = -u符合土的破坏机理，但符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力有时孔隙水压力u无法无法确定确定总应力指标总应力指标c, = c + tg 便于应用，但便于应用，但u不能产不能产生抗剪强度，不符合生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要强度机理，应用时要符合工程条件符合工程条件强度指标强度指标计算方法计算方法特点特点 总应力强度指标、有效应力强度指标的选择原则：对于能够可靠确定孔隙水压力的问题，优先采用有效应力分析法对于孔隙水压力不能确定的问题，应采用总应力方

14、法进行分析，应该选择与原位土体孔隙水条件相同或相近的试验方法来测定土的总应力抗剪强度指标土的实际破裂面倾角为45+/25.5.1 总应力强度指标和有效应力强度指标总应力强度指标和有效应力强度指标 5.5.2 三轴试验强度指标三轴试验强度指标1、三轴固结排水（CD）试验总应力指标与有效应力指标一致: 1 = 1 d= = f= fc cd d = c= c破坏面位置：破坏面位置：排水阀门始终打开，排水强度 ddcc245c ， 5.5.2 三轴试验强度指标三轴试验强度指标1、三轴固结排水（CD）试验土样的正常固结状态： 3 3 p砂土和正常固结状态黏土：砂土和正常固结状态黏土：f f = =ta

15、nd, cd=0 f= f = 正常固结粘土包线过原点，为什么？砂土和正常固结黏土的破坏包线 5.5.2 三轴试验强度指标三轴试验强度指标1、三轴固结排水（CD）试验土样的超固结状态： 3 3 p残余强度峰值强度f= f超固结粘土强度包线 v残余强度峰值强度 v v表示体缩表示体缩 v v 0 0表示体胀表示体胀( (剪胀剪胀) ) 5.5.2 三轴试验强度指标三轴试验强度指标1、三轴固结排水（CD）试验天然土的破坏包线ab、bc段，实际中用de段来表示f f = =c cd d+ +tandcd：排水试验的粘聚力d：排水试验内摩擦角 5.5.2 三轴试验强度指标三轴试验强度指标2、三轴固结不

16、排水（CU）试验为半径作摩尔圆为圆心，以223131ff总应力包线、总应力包线、Ccu、cuf f = =c ccucu+ +tanc cu u固结不排水强度 5.5.2 三轴试验强度指标三轴试验强度指标2、三轴固结不排水（CU）试验u-11u-333131-为半径作摩尔圆为圆心以223131ff有效应力包线、有效应力包线、c、 5.5.2 三轴试验强度指标三轴试验强度指标3、粘性土密度-有效应力-抗剪强度的唯一性关系 对于同一种饱和正常固结黏土，存在单一的有效应力强度包线，且破坏时土样的含水量（密度）和强度间存在唯一关系，与试验的类型、排水条件和应力路径无关超固结黏土，只要应力历史相同，上述

17、结论同样适用 5.5.2 三轴试验强度指标三轴试验强度指标4、三轴不固结不排水（UU）试验 ， cuCu取决于土样的先期固结压力cfuc3121无法确定有效应力指标无法确定有效应力指标c ，不排水强度 5.5.3 直剪试验强度指标直剪试验强度指标1、慢剪施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压 慢剪强度指标：cs,s2、固结快剪施加正应力-充分固结在3-5分钟内剪切破坏 固结快剪指标：ccq,cq3、快剪施加正应力后立即剪切3-5分钟内剪切破坏 快剪强度指标：cq,qPSTA 对于砂土，三种试验结果都接近于对于砂土，三种试验结果都接近于c , 对于粘性土，对于

18、粘性土，慢剪：慢剪：cs c s; 与三轴试验相比，强度指标稍大与三轴试验相比，强度指标稍大 0.9cs c , 0.9 s5.5.3 直剪试验强度指标直剪试验强度指标 5.5.4 残余抗剪强度指标残余抗剪强度指标 1 1- 3 1 =15%密砂松砂峰值强度残余强度砂土：咬合作用被破坏，强度不变的摩擦流体1、机理 砂土的应力应变关系 5.5.4 残余抗剪强度指标残余抗剪强度指标黏土：土的结构发生变化，剪切面附近片状颗粒沿剪切面形成定向排列，强度降低1、机理 5.5.4 残余抗剪强度指标残余抗剪强度指标2、特点和影响因素 残余强度破坏包线过原点残余强度取决于土的矿物成分，与其所受的应力历史等因素

19、无关 5.5.5 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用u 有效应力指标还是总应力指标？u 三轴试验指标还是直剪试验指标？u 峰值强度指标还是残余强度指标？ 有效应力指标与总应力指标凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u u的情的情况，都应当使用有效应力指标况，都应当使用有效应力指标c c ， 5.5.5 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用 三轴试验指标与直剪试验指标优先选用三轴指标砂土：砂土： c c , , 三轴排水试验指标与直剪试验指标三轴排水试验指标与直剪试验指标 （直剪试验得到的指标偏大）（直剪试验得到的指标偏大）粘土：有效应力指标

20、：固结排水、固结不排水粘土：有效应力指标：固结排水、固结不排水 总应力指标：三轴固结不排水、不固结不排水总应力指标：三轴固结不排水、不固结不排水; ; 直剪固结快剪、快剪直剪固结快剪、快剪5.5.5 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用 峰值强度指标与残余强度指标 峰值强度峰值强度 ：一般问题：一般问题 残余强度残余强度大变形问题大变形问题古旧滑坡古旧滑坡断层夹泥断层夹泥裂隙黏土的渐进性破坏裂隙黏土的渐进性破坏5.5.5 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用 名称名称指标指标应用应用不不排水剪排水剪( (快剪快剪) )c cu u、 u uc cq q、 q q软土地基软土地基

21、快速施工快速施工固结不排水剪固结不排水剪( (固结快剪固结快剪) )c ccucu、 cucuc ccqcq、 cqcq固结完成后固结完成后受突然荷载受突然荷载固结排水剪固结排水剪( (慢剪慢剪) )c cd d、 d dc cs s、 s s地基透水性强地基透水性强施工较慢或正常运行期施工较慢或正常运行期5.5.5 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用 5.5.5 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用粘土地基上快速粘土地基上快速施工的建筑物施工的建筑物软土地基上的快速填方软土地基上的快速填方土坝快速施工，心墙未固结土坝快速施工，心墙未固结 不固结不排水剪（快剪）不固结不排水剪

22、（快剪） c cu u、 u u（c cq q、 q q） 固结不排水剪（固结快剪）固结不排水剪（固结快剪） c ccucu、 cucu（c ccqcq、 cqcq） 在天然土坡在天然土坡上快速填方上快速填方水位骤降水位骤降在在1层固结后，施工层固结后，施工2层层125.5.5 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用 5.5.5 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用 固结排水剪（慢剪）固结排水剪（慢剪） c ccdcd、 cdcd（c cs s、 s s）粘土地基上慢速粘土地基上慢速施工的建筑物施工的建筑物粘土地基上的分层粘土地基上的分层慢速填方慢速填方稳定渗流期的土坝稳定渗流期的土坝 5.5.5 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用