第五章1土的剪力.ppt

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1、土力学与地基基础 土木系第五章第五章.土的抗剪强度土的抗剪强度(1)2022/12/131第五章第五章 土的抗剪强度土的抗剪强度概述概述 如果破坏区超过一如果破坏区超过一定深，或者，破坏定深，或者，破坏区连成一完整滑动区连成一完整滑动面，地基将被破坏。面，地基将被破坏。2022/12/1321776年年C.A.库伦库伦(Coulomb)提出了提出了砂土砂土（无粘性土）（无粘性土）的抗剪强度公式：的抗剪强度公式：f=tan 以后又提出了适合以后又提出了适合粘性土粘性土的更普遍的形的更普遍的形式：式：f=c+tan 式中式中 f-土的抗剪强度，土的抗剪强度，kPa;-剪切滑动面上的法向总应力，剪切

2、滑动面上的法向总应力，kPa;c-土的内聚力，土的内聚力，kPa；-土的内摩擦角，度。土的内摩擦角，度。第一节：土的抗剪强度概述第一节：土的抗剪强度概述2022/12/133f=tanf=c+tana.砂土的抗剪强度曲线b.粘性土的抗剪强度曲线c:土的内聚力土的内聚力，土原始结构土中水粒度成分有关：土内摩擦角土内摩擦角土原始密度粒型粒度成分粒度成分有关c2022/12/134第二节：莫尔强度理论：第二节：莫尔强度理论：1、强度包络线、强度包络线：1910年莫尔年莫尔(Mohr)提出材料的破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坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪

3、强度时该点就发生破坏，并提出在破坏面上的剪应剪强度时该点就发生破坏，并提出在破坏面上的剪应力力f是该面上法向应力是该面上法向应力的函数，即的函数，即 f=f()这个函数在这个函数在f-座标中是一条曲线，称为莫尔包座标中是一条曲线，称为莫尔包线线(或称为抗剪强度包线或称为抗剪强度包线)，莫尔包线表示材料受到不，莫尔包线表示材料受到不同应力作用达到极限状态时，滑动面上法向应力同应力作用达到极限状态时，滑动面上法向应力与与剪应力剪应力f 的关系。的关系。土的莫尔包线通常可以近似土的莫尔包线通常可以近似地用直线代替，由库伦公式地用直线代替，由库伦公式表示莫尔包线的强度理论称表示莫尔包线的强度理论称为为

4、莫尔莫尔-库伦强度理论库伦强度理论。2022/12/135 2、莫尔圆、莫尔圆：对于平面问题，当土体中任意一点受到两个主应力为对于平面问题，当土体中任意一点受到两个主应力为1和和3(13)，在某一平面在某一平面mn上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发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生剪切破坏，我们现在的问题是确定该面上的正应力、剪应剪应力力。2022/12/136整理，得整理，得：即：即：为圆方程莫尔圆。为圆方程莫尔圆。2022/12/137 3、莫尔应力圆与抗剪强度关系莫尔应力圆与抗剪强度关系：有以下三种情况：有以下三种情况：(1)（圆（圆），说

5、明该点在任何平面上的剪应力都小，说明该点在任何平面上的剪应力都小于所发挥的抗剪强度（于所发挥的抗剪强度（f），），实际上这种情况是不可能发实际上这种情况是不可能发生的；生的；（3）（圆）（圆），切点为，切点为 A，说明在说明在A 点所代表的平点所代表的平面上，剪应力正好等于抗面上，剪应力正好等于抗剪强度（剪强度（=f），），该点处该点处于极限平衡状态。于极限平衡状态。2022/12/1381、莫尔圆位于抗剪强度包线下莫尔圆位于抗剪强度包线下：2、相切：、相切：3、相割：、相割：稳定稳定 极限状态。最危险破裂面与最极限状态。最危险破裂面与最大主应力面夹角为：大主应力面夹角为：失稳失稳用数学式表示

6、，则：用数学式表示，则：sin=1 3 1+3+2c.ctg 稳定稳定极限状态极限状态失稳失稳2022/12/139 经三角变换经三角变换,前式也可表示为：前式也可表示为：1 3 tg 2（45/2)+2c.tg（45/2)极限态极限态 -失稳态失稳态或者：或者：3 1 tg 2（45/2)-2c.tg（45/2)极限态极限态 -稳定态稳定态 -失稳态失稳态2022/12/1310第三节：土的抗剪强度测定方法：第三节：土的抗剪强度测定方法：一、直剪试验一、直剪试验是发展较早的一种测定土的抗剪强度的方法，由于其设备简单，易操作，我国应用较广。(一一)试验设备和试验方法：试验设备和试验方法：取取3

7、4个样，个样，施加正应力施加正应力p1,p2,p3,p4,对应每级荷载对应每级荷载pi,测得剪切破测得剪切破坏时对应的量坏时对应的量力环变形力环变形l2022/12/13112022/12/13121、试样内应力应变分布不均匀。、试样内应力应变分布不均匀。2、剪切面是人为给定的。不一定是最弱面。、剪切面是人为给定的。不一定是最弱面。3、受剪面积是变化的。、受剪面积是变化的。4、不能严格控制排水条件。、不能严格控制排水条件。5、1 3虽可算出，虽可算出，2无法确定。无法确定。（二（二)、直接剪切试验的缺陷：、直接剪切试验的缺陷：2022/12/1313二、三轴剪切试验：二、三轴剪切试验：1、原理

8、：三轴压缩试验是测定、原理：三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。土抗剪强度的一种较为完善的方法。2022/12/1314 2、分类：、分类：按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法：按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法：(1)不固结不排水试验不固结不排水试验试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。终关闭排水阀门。(2)固结不排水试验固结不排水试验试样在施加周围压力试样在施加周围压力3打开排水阀门，允

9、许排打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。(3)固结排水试验固结排水试验试样在施加周围压力试样在施加周围压力3时允许排水固结，待固时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。切破坏。2022/12/1315 三、三、无侧限压缩试验无侧限压缩试验1、概述概述：是侧向压力是侧向压力3 o的三轴试验。饱和粘性土样在的三轴试验。饱和粘性土样在三轴仪上进行试验时，不排水剪切试验的破坏包线接

10、三轴仪上进行试验时，不排水剪切试验的破坏包线接近于一条水平线。其内摩擦角近于一条水平线。其内摩擦角 0。因此，对饱和粘性土的不排水剪切试验就不需要因此，对饱和粘性土的不排水剪切试验就不需要加加3，只需施加垂直压力使土祥达到剪切破坏。只需施加垂直压力使土祥达到剪切破坏。可可以用构造简单的无侧限压缩仪来代替三抽仪对饱和土以用构造简单的无侧限压缩仪来代替三抽仪对饱和土进行不徘水剪切试验。进行不徘水剪切试验。进行无例限压缩试验时，进行无例限压缩试验时，只需对一个土祥加压破坏就只需对一个土祥加压破坏就能求得强度包线（能求得强度包线（见后图）。但应该做三个以上的试见后图）。但应该做三个以上的试验以便得到一

11、个最佳平均均值验以便得到一个最佳平均均值qu.2022/12/13162.qu3.土的灵敏度土的灵敏度St:St=qu/ququ重塑土的无侧限抗压强度。重塑土的无侧限抗压强度。2022/12/1317 四、十字板剪切试验：四、十字板剪切试验：这是一种原位测试土抗剪强度的方这是一种原位测试土抗剪强度的方法。法。十字板剪切试验不需取原状土样，十字板剪切试验不需取原状土样，试验时的排水条件、受力状态与土试验时的排水条件、受力状态与土所处的天然状态比较接近，对于很所处的天然状态比较接近，对于很难取样的土，如软粘土，也可以进难取样的土，如软粘土，也可以进行测试。行测试。2022/12/1318 1、原理

12、：、原理：试验时先将套管打到预定的深度，并将套管内的土清除。试验时先将套管打到预定的深度，并将套管内的土清除。将十字板装在钻杆的下端后，通过套管压入土中，压入深度将十字板装在钻杆的下端后，通过套管压入土中，压入深度约为约为750mm。然后由地面上的扭力设备然后由地面上的扭力设备对钻杆施加扭矩对钻杆施加扭矩，使埋在土中的十字板扭转，使埋在土中的十字板扭转，直至土剪切破坏直至土剪切破坏。破坏面为十字。破坏面为十字板旋转所形成的圆柱面。板旋转所形成的圆柱面。设剪切破坏时所施加的扭矩为设剪切破坏时所施加的扭矩为M，则它应该与剪切破坏则它应该与剪切破坏圆柱面圆柱面(包括侧面和上下面包括侧面和上下面)上土

13、的抗剪强度所产生的抵抗力上土的抗剪强度所产生的抵抗力矩相等，即：矩相等，即：2022/12/1319 式中式中 M-剪切破坏时的扭力矩，剪切破坏时的扭力矩，kNm；H、V-剪切破坏时的圆柱体侧面和上下面剪切破坏时的圆柱体侧面和上下面土的抗剪强度，土的抗剪强度，kPa；H-十字板的高度，十字板的高度，m；D-十字板的直径，十字板的直径，m。试验结果表明：对于所试验的试验结果表明：对于所试验的正常固结正常固结饱和粘饱和粘性土，性土，H/v =1.52.0，对于稍对于稍超固结超固结的饱和软的饱和软粘土粘土 H/v=1.1。实用上为了简化计算，目前在实用上为了简化计算，目前在常规的十字板试验中仍常规的

14、十字板试验中仍假设假设 H=v=f，将这一将这一假设代入式假设代入式(3-15)中，得中，得：2022/12/13202022/12/1321例例1、设粘性土地基中某点的主应力、设粘性土地基中某点的主应力,，土的抗剪强度指标，土的抗剪强度指标，试问该点处于什么状态？试问该点处于什么状态？1002022/12/1322例3在在饱饱和和状状态态正正常常固固结结粘粘土土上上进进行行固固结结不不排排水水的的三三轴压缩试验，得到如下值，当侧压力轴压缩试验，得到如下值，当侧压力 2.0 kg/cm2时，破坏时的应力差时，破坏时的应力差 kg/cm2，孔隙水压力孔隙水压力 滑滑移移面面的的方方向向和和水水平平面面成成60。求求这这时时滑滑移移面面上上的的法法向向应应力力 和和剪剪应应力力 和和 ，另另外外，试试验验中中的的最最大剪应力及其方向怎样呢？大剪应力及其方向怎样呢？2022/12/1323解：解：1f=3.5+35.5 kg/cm2 由公式由公式 且滑移面上且滑移面上 于是有：于是有：又：又：2022/12/1324 结束 谢谢！Keep Connecting In The Future2022/12/1325