土力学与地基基础任务9土的强度与测定方法.pptx

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1、任务任务9 土的强度与测定方法土的强度与测定方法一、土的抗剪强度与极限平衡条件 二、抗剪强度的确定及试验方法教学目标知道土的抗剪强度库仑定律知道土的抗剪强度库仑定律知道土的极限平衡条件知道土的极限平衡条件会确定土的抗剪强度的一般试验方法会确定土的抗剪强度的一般试验方法重重 点点土的抗剪强度库仑定律土的抗剪强度库仑定律土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的抗剪强度的一般试验方法土的抗剪强度的一般试验方法难难 点点土的抗剪强度库仑定律土的抗剪强度库仑定律土的极限平衡条件土的极限平衡条件下一页下一页下一页下一页9.1土的强度理论土的强度理论土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。为保证地基承载力及

2、稳定性，就必须研究土的抗剪强度。公路工程发生路基土剪切破坏浙江萧甬铁路发生地基土体剪切破坏9.1.1 抗剪强度的库仑定律抗剪强度的库仑定律 1773年，库仑（Coulomb，C.A.）通过砂土的剪切试验，得到砂土的抗剪强度的表达式为 以后通过对黏性土样进行试验，得出黏性土的法向应力与抗剪强度之间仍成直线关系 抗剪强度 黏聚力 内摩擦角 剪切面上的法向应力 1.抗剪强度的库伦定律图4-2土的抗剪强度(1)土的抗剪强度由土的内摩擦力tan和黏聚力c两部分组成。(2)内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数tan。(3)土的内摩擦角和黏聚力c两者称为土的抗剪强度指标。土的抗剪强度（

3、土的抗剪强度（）；）；剪切滑动面上的法向应力（剪切滑动面上的法向应力（）；）；土的粘聚力（土的粘聚力（）；）；土的内摩擦角（土的内摩擦角（）；）；下一页下一页下一页下一页kPakPakPa9.1.2 土中一点的应力状态土中一点的应力状态 由材料力学可知，该点的大、小主应力为任意截面上的应力 土中任意截面上的应力莫尔应力圆描莫尔应力圆描述土中某点的述土中某点的应力状态应力状态莫尔应力圆方程莫尔应力圆方程圆心坐标圆心坐标1/2(1+3)，0应力圆半径应力圆半径r1/2(13)9.1.3 土的极限平衡条件土的极限平衡条件 土体受荷后，任意截面mn上将同时产生法向应力与剪应力，对 与抗剪强度进行比较：

4、通过土体中一点有无数的截面，当所有截面上都满足 ，该点就处于稳定状态；当所有截面之中有且只有一个截面上的=时，该点处于极限平衡状态。根据莫尔应力圆与抗剪强度曲线的关系可以判断土中某点M是否处于极限平衡状态 不会发生剪不会发生剪切破坏切破坏 极限平极限平衡状态衡状态 从理论上讲该点从理论上讲该点早已破坏，因而早已破坏，因而这种应力状态是这种应力状态是不会存在不会存在 莫尔库仑破莫尔库仑破坏准则坏准则 3 1c f2 fM cctg 1/2(1+3)根据极限应力圆与抗剪强度线的几何关系 黏性土的极限平衡条件 注意注意:无粘无粘性土取性土取c=0测定方法：测定方法：室内：直剪试验，无侧限抗压室内：直

5、剪试验，无侧限抗压 强度强度 试验，试验，三轴压缩试验。三轴压缩试验。室外：十字板剪切试验和大型直接剪切室外：十字板剪切试验和大型直接剪切 试验。试验。9.2 抗剪强度的确定及试验方法9.2.19.2.1直剪试验直剪试验 直剪试验的目的是用直剪仪测定土的抗剪强度指标c、值 直剪试验原理 对某一种土体而言，一定条件下抗剪强度指标c、值为常数，所以，f与 为线性关系，试验中，通常采用4个试件，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，使试件沿人为制造的水平面剪坏，得到4组数据（，），其中，为剪坏面上所受最大剪应力，为相应正应力，这4组数据（，）对应以f为纵坐标，为横坐标的坐标系中的4个点，

6、根据4点绘一直线 ，直线的倾角为土的内摩擦角，纵轴截距为土的黏聚力c，见图 3-8 试验仪器：试验仪器：直剪仪直剪仪（应力控制式，（应力控制式，应变控制式）应变控制式）百分表百分表剪切盒剪切盒量力环量力环直剪试验直剪试验1234观看实验录象直剪试验(1)试验原理对某一种土体而言，一定条件下抗剪强度指标c、值为常数，f与为线性关系，试验中，通常对同一种土取4个试件，分别在不同的垂直压力F下(垂直压力可为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa)，施加水平剪切力进行剪切，从而获得每一垂直压力下土的抗剪强度f，如图4-7所示。图4-7 直接剪切试验示意图a)直剪仪简图b)试样受剪情况

7、在在不不同同的的垂垂直直压压力力 下下进进行行剪剪切切试试验验，得得相相应应的的抗抗剪剪强强度度f f，绘绘制制f f-曲曲线线，得该土的抗剪强度包线得该土的抗剪强度包线根据试验时剪切速率和排水条件的不同 快剪 固结快剪 慢剪 在试件上施加垂直在试件上施加垂直压力后，立即施加压力后，立即施加水平剪切力水平剪切力 在试件上施加垂直在试件上施加垂直压力，待排水固结压力，待排水固结稳定后，施加水平稳定后，施加水平剪切力剪切力 在试件上施加垂直在试件上施加垂直力及水平力的过程力及水平力的过程中均应使试件排水中均应使试件排水固结固结 根据试验过程中是否排水，直剪试验可分为三种类型：1）快剪：加后立即加，

8、3minu剪坏，模拟不 排水剪切；2）固结快剪：加固结稳定后，快速加使土样剪坏；3）慢剪：加固结稳定后，慢速加使土样剪坏。快剪试验快剪试验用于模拟在土体来不及固结排水就较快加载的情况，对实际工程中，对渗透性差，排水条件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡稳定分析时，可采用快剪；固结快剪固结快剪用于模拟建筑场地上土体在自重和正常荷载下作用下达到完全固结，而后遇到突然施加荷载的情况例如地基土受到地震荷载的作用属于此情况；慢剪慢剪指标用于模拟在实际工程中，土的排水条件良好（如砂土层中夹砂层）、地基土透水性良好（如低塑性黏土）且加荷速率慢的情况。因此，应根据实际的工程情况选择合适的试验方法。因此，应根

9、据实际的工程情况选择合适的试验方法。小结小结1 1、土的抗剪强度是土力学的基本问题之一，其基本、土的抗剪强度是土力学的基本问题之一，其基本理论由库伦定律表明：砂土的抗剪强度仅由内摩擦理论由库伦定律表明：砂土的抗剪强度仅由内摩擦力组成，而粘性土的抗剪强度由内摩擦力和粘聚力力组成，而粘性土的抗剪强度由内摩擦力和粘聚力组成。组成。2、土的极限平衡条件集中反映摩尔、土的极限平衡条件集中反映摩尔-库伦强度理论，库伦强度理论，即土体所受大小主应力与土的抗剪强度指标关系的即土体所受大小主应力与土的抗剪强度指标关系的表达式。该理论表明：表达式。该理论表明：（1）土的强度丧失是由于土中某点的剪应力达到）土的强度丧失是由于土中某点的剪应力达到土的抗剪强度所致；土的抗剪强度所致；（2）破裂面不发生在最大剪应力作用面上，而是）破裂面不发生在最大剪应力作用面上，而是在应力圆与强度包线相切的切点所代表的截面上。在应力圆与强度包线相切的切点所代表的截面上。3、土的抗剪强度指标、土的抗剪强度指标c、，对建筑物，对建筑物的工程造价和安全使用有很大意义。的工程造价和安全使用有很大意义。复习思考题复习思考题