第五章土的抗剪强度.ppt
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1、第五章 土的抗剪强度(shear strength), 5.1 概述,土的抗剪强度:是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。,土体强度破坏的机理: 在外荷载作用下,土体中将产生剪应力和剪切变形,当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动,该点便发生剪切破坏。,土体的强度破坏破坏主要是剪切破坏,土体的强度问题实质是土的抗剪强度问题,,土的抗剪强度问题见于:,(1)地基承载力与地基稳定性 (2)土坡稳定性 (3)支挡结构的土压力,(a)土体滑坡,(b) 挡土墙,(c)地基失稳,(1)地基承载力与地基稳定性,基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破
2、坏而导致过大的地基变形 甚至倾覆。,(2)土坡稳定性,土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等,在超载、渗流乃至暴雨作用下引起土体强度破坏后将产生整体失稳边坡滑坡等事故。,(3)支挡结构的土压力,挡土墙、基坑等工程中,墙后土体强度破坏将造成过大的侧向土压力,导致墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故 。,土的强度一般以应力的函数形式来表达,由于函数形式不同,从而形成了不同的强度理论。目前比较简单而又比较符合实际的是摩尔库伦强度理论 。, 5.2 摩尔库仑强度理论 (Mohr-Coulomb strength theory),一、库仑定律(Coulomb Law),库仑定律:在一般应力水平下,土的抗剪强度与
3、滑动面上的法向应力之间呈直线关系。,1776年,库仑根据砂土剪切试验,后来,根据粘性土剪切试验,c:土的粘聚力 :土的内摩擦角,抗剪强度指标:,常数参数C和,取决于土的性质,与土中应力状态无关。,(1)如果设剪切面上的剪应力为,那么不可能超过 f,只能有 f ,为什么? (2)土的抗剪强度是否为定值? (3)抗剪强度的来源? 无粘性土:内摩擦力、咬合力 粘性土:内摩擦力、粘聚力,讨论,抗剪强度影响因素: 摩擦力:剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度 粘聚力:土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构,二、土中一点应力极限平衡(limit equilibrium
4、),静力平衡,土体内一点处不同方位的截面上应力的集合(剪应力 和法向应力),斜面上的应力,莫尔应力圆方程,圆心坐标 (1 +3 ) /2,0,应力圆半径 r(13 ) /2,土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述,莫尔应力圆,三、土的极限平衡条件,应力圆与强度线相切:,应力圆与强度线相割:,f,弹性平衡状态,=f,极限平衡状态,f,破坏状态,应力圆与强度线相离:,无粘性土:c=0,莫尔库仑破坏准则,说明:剪破面并不产生于最大剪应力面,而与最大剪应力面成 / 2的夹角,可知,土的剪切破坏并不是由最大剪应力max所控制。,土体处于极限平衡状态时,破坏面与大主应力作用面的夹角为 f,破坏面, 5.3
5、抗剪强度(shear strength)试验,室内测定抗剪 强度指标常用方法,直接剪切试验,单轴压力试验,三轴压力试验,一、直接剪切试验(direct shear test),1. 试验仪器: 直剪仪、两个重叠在一起的剪切盒、透水石、钢压板、量力环、加压砝码。,2.直剪试验原理,剪切前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力, 剪应力为剪切力T除以试样面积A,在法向应力作用下,剪应力与剪切位移关系曲线,根据曲线得到该作用下,土的抗剪强度。,在不同的垂直压力下进行剪切试验,得相应的抗剪强度f,绘制f - 曲线,得该土的抗剪强度包线,优点: 仪器简单,操作方便;能用于土样的大剪切应变;如果把
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