土力学课件第五章土的抗剪强度.ppt
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1、第五章 土的抗剪强度,本章主要内容,5.1 抗剪强度概述 5.2 土的抗剪强度试验 5.3 土的抗剪强度及破坏理论 5.4 砂类土的抗剪强度特征 5.5 粘性土的抗剪强度特征 5.6 特殊粘性土的抗剪强度特征 5.7 粘性土的流变特性 5.8 土的动力强度特性,土工结构物或地基,土,渗透问题 变形问题 强度问题,渗透特性 变形特性 强度特性,1. 碎散性:强度不是颗粒矿物本身的强度,而是颗粒间相互作用主要是抗剪强度(剪切破坏),颗粒间粘聚力与摩擦力; 2. 三相体系:三相承受与传递荷载有效应力原理; 3. 自然变异性:土的强度的结构性与复杂性。,土的强度特点, 5.1 概述,在外荷载的作用下,
2、土体中任一截面将同时产生法向应力和剪应力,其中法向应力作用将使土体发生压密,而剪应力作用可使土体发生剪切变形。 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。 当土中一点某一截面上由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,它将沿着剪应力作用方向产生相对滑动,该点便发生剪切破坏。 土的破坏主要是由于剪切所引起的,剪切破坏是土体破坏的主要特点。 与土体强度有关的工程问题:建筑物地基稳定性、填方或挖方边坡、挡土墙土压力等。,概述,平移滑动,崩塌,旋转滑动,流滑,概述,1994年4月30日上午11时45分 崩塌体积530万m3,30万m3堆入乌江,形成长110m、宽100m、高100m的碎
3、石坝,阻碍乌江通航达数月之久。 死4人,伤5人,失踪12人,乌江武隆县兴顺乡 鸡冠岭山体崩塌,概述,龙观嘴,黄崖沟,乌江,2000年西藏易贡巨型滑坡,概述,边坡,概述,日本新泻1964年地震引起大面积液化,地基的破坏,概述,粘土地基上的某谷仓地基破坏,概述,地基,地基的破坏,概述,5.2 莫尔库伦强度理论,一、库伦公式 1773年C.A.Coulomb根据砂土试验,提出了: f = tan 1776年他又提出了适用于粘土的更普遍公式: f = c + tan c和 是决定土的抗剪强度的两个指标,称为抗剪强度指标。,(教材5.1 ,5.3.2 ,5.3.3),以后,由于有效应力原理的发展,人们认
4、识到土体内的剪应力只能由土骨架承担,只有有效应力的变化才能引起抗剪强度的变化。因此,上述库伦公式应修改为: f = tan f = c + tan 式中:c 土的有效粘聚力; 土的有效内摩擦角。 以上实际上将土的抗剪强度分成了总应力表达法和有效应力表达法。,二、莫尔理论,莫尔(Mohr)继库伦的早期研究工作之后,在1900年提出了材料的剪切破坏理论。 莫尔认为,根据试验得到的各种应力状态下的极限应力圆具有一条公共包络线,如下图所示。一般来讲,这条包络线是曲线,并被称为莫尔包(络)线或抗剪强度包线。,f,f = f ( ),图5-1 莫尔包络线,如果材料中某点的应力圆位于包线之下,表明该点安全;
5、 如果某点的应力圆与莫尔包线相切,表明该点处于极限平衡状态; 如果应力圆与莫尔包线相交,说明该点已经破坏。,莫尔包线的一般表达式是 f = f() 具体形式多种多样,有斜直线,双曲线、抛物线、摆线等,应当通过试验确定,而不是靠什么理论和假设推导出来。对各种型式的莫尔包络线的讨论在以后选修的岩石力学课程中能够见到。,三、莫尔库伦理论,实验证明,在应力变化范围不很大的情况下,土的莫尔破坏包线可以近似的用直线代替,该直线的方程与库伦公式一致。这种用库伦公式来表示莫尔包线的强度理论就称为莫尔-库伦强度理论。,f = c + tan,在 - 平面上作莫尔应力圆,如右图(教材P178图5.3.2)所示。,
6、图 土体中某点极限平衡时的摩尔圆,由于土体处于极限平衡状态,根据莫尔-库伦理论,破坏应力圆必定与破坏包线相切,切点A的位置也就是破坏面的位置,并且: 2 f = + 90 f = 45 + / 2 即破坏面与最大主应力作用面成45 + / 2的夹角,与最大剪应力面成 / 2的夹角,这是岩土类材料与钢等连续材料在强度上的又一区别,由于内摩擦的作用,破坏既不发生在最大主应力作用面,也不发生在最大剪应力作用面。通常情况下,只要土样均质,应力均匀,试件内就会出现两组共轭破裂面,如右图所示。,45o + / 2,3f,1f,图 土中的共轭破裂面,四、主应力表示的莫尔库伦准则(极限平衡条件),进一步分析莫
7、尔直线包线与莫尔破坏应力圆,还会发现以下关系: AD = RD sin 而 AD = (1 - 3)/2 RD = ctan + (1 + 3)/2 故 (1 - 3)/2 = ctan + (1 + 3)/2sin 1(1- sin) = 3(1+ sin) + 2ccos,(5-6),(5-7),对于无粘性土,由于c = 0,(5-6)和(5-7)式可以简化为: 1 = 3tan2(45+ ) (5-8) 3 = 1tan2(45- ) (5-9) 虽然莫尔-库伦准则在不同土体中的有效性都得到了较好的证实,但有时也不尽准确,造成差别的重要原因就是它没有考虑中间主应力 2的影响。 由于 f决
8、定于有效应力,所以,以上各式中的 也应当是 。,【例5-1】如下图所示地基表面作用条形均布荷载p,在地基内M点引起应力为z = 94kPa,x = 45kPa,zx = xz = 51kPa 。地基为粉质粘土,重度19.6kN/m3,c = 19.6kPa, = 28o,侧压力系数k00.5。试求作用于M点的主应力值,最大主应力面方向并判断该点土体是否破坏。,图5-4,解: 1. 计算M点的总应力 z = z + cz = 94 + 0.519.6 = 10.3kpa x = x + k0cz = 45 + 0.50.519.6 = 49.9 kpa zx = xz = 51.0 kpa 按第
9、三章应力符号规定,单元体应力如图b。 2. 求M点主应力值 1 = 134.53kPa ,3 = 19.17 kPa,1 3,3. 求最大主应力面方向 根据应力状态图b绘制图c中的莫尔圆,注意这时zx为负值。 2 = -62.140 , = -31.070 大主应力面方向如图b所示。 4. 破坏可能性判断 假设3不变,求相应的最大破坏主应力1f 1f = 3 tan2(450+/2) + 2c tan2(450+/2) =118.34kPa 1 = 134.53kPa,【例题52】已知某土体单元的大主应力1480kPa,小主应力3220kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=20kPa,18,
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- 土力学 课件 第五 强度
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