第七章土的抗剪强度.ppt
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1、第七章 土的抗剪强度,7.1 概述 7.2 土的抗剪强度理论 7.3 土的抗剪强度试验 7.4 三轴压缩试验中的孔隙压力系数 7.5 饱和黏性土的抗剪强度 7.6 应力路径在强度问题中的应用 7.7 无黏性土的抗剪强度,7.1 概述,1、土的抗剪强度:土体抵抗剪应力的极限值,或土体抵抗剪切破坏的受剪能力。 2、工程中的剪切破坏 3、剪切试验,各种类型的滑坡,1994年4月30日 崩塌体积400万方,10万方进入乌江 死4人,伤5人,失踪12人;击沉多艘船只 1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡 滑坡体崩入乌江近百万方;江水位差数米,无法通航。,乌江武隆鸡冠岭 山体崩塌,滑坡堰塞湖易贡湖 湖水
2、每天上涨50cm!,天然坝 坝高290 m 滑坡堰塞湖 库容15亿方,2000年西藏易贡巨型滑坡,锚固破坏,整体滑动,底部破坏,土体下沉,墙体折断,挡土支护结构的破坏,广州京光广场基坑塌方,使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌,死3人,伤17人,大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾,地基的破坏,砂土的液化(liquefaction),日本新泻1964年地震引起大面积液化,土压力 边坡稳定性 地基承载力 振动液化特性,挡土结构物破坏 各种类型的滑坡 地基的破坏 砂土的液化,核心问题:,土体的强度理论,7.2 土的抗剪强度理论,一、库伦公式及抗剪强度指标 二、莫尔库伦强度理论及极限平衡条件,法国军事工程
3、师,在摩擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。1773年发表了关于土压力方面论文,成为土压力的经典理论,库仑 (C. A. Coulomb) (1736-1806),5.2 土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式,直 剪 试 验,直剪试验,法向应力:,剪应力:,剪切变形S,直剪试验的强度包线,库仑公式:(1776),f : 土的抗剪强度 tg: 摩擦强度-正比于压力 : 土的内摩擦角 c: 粘聚强度-与所受压力无关,5.2 土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式,土的抗剪强度指标,c和是决定土的抗剪强度的两个指标,称为抗剪强度指标,当采用总应力时,称为总应力抗剪强度指标 当采用有效应力时,称为有效应力抗
4、剪强度指标,对无粘性土通常认为,粘聚力C=0,库仑公式:,5.2 土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式,摩 擦 强 度,摩擦强度:决定于剪切面上的正应力和土的内摩擦角,由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起,与颗粒的形状,矿物组成,级配等因素有关,滑动摩擦,5.2 土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理,摩擦强度:决定于剪切面上的正应力和土的内摩擦角,是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用 当发生剪切破坏时,相互咬合着的颗粒A必须抬起,跨越相邻颗粒B,或在尖角处被剪断(C),才能移动 土体中的颗粒重新排列,也会消耗能量,咬合摩擦,5.2 土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理,摩 擦 强 度,摩 擦
5、 强 度,密度 粒径级配 颗粒的矿物成分 粒径的形状 粘土颗粒表面的吸附水膜,影响土的摩擦强度的主要因素:,5.2 土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理,凝 聚 强 度,细粒土:粘聚力c取决于土粒间的各种物理化学作用力,作用机理:库伦力(静电力)、范德华力、 胶结作用力和毛细力等 影响因素:地质历史、粘土颗粒矿物成分、 密度与离子浓度,粗粒土:一般认为是无粘性土,不具有粘聚强度:,当粗间有胶结物质存在时可具有一定的粘聚强度 非饱和砂土,粒间受毛细压力,具有假粘聚力,5.2 土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理,二、莫尔库伦强度理论及极限平衡条件,1910年莫尔(Mohr)提出材料的破坏是剪切破坏,
6、当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏,并提出在破坏面上的剪应力f 是该面上法向应力 的函数,即f f () 莫尔包线(或称为抗剪强度包线):这个函数在f 坐标中的一条曲线,应力莫尔圆,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,莫尔库仑强度理论:由库伦公式表示莫尔包线的强度理论。,莫尔圆应力分析符号规定,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,极限平衡应力状态,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,极限平衡应力状态:当一面上的应力状态达到=f 土的强度包线:所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线,切点=破坏面,应力莫尔圆与强度包线,强度包线以下:任何一个面上的一
7、对应力与都没有达到破坏包线,不破坏 与破坏包线相切:有一个面上的应力达到破坏 与破坏包线相交:有一些平面上的应力超过强度,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论, 不可能发生,土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数, f=f() (莫尔:1900年) 在一定的应力范围内,可以用线性函数近似f=c+tg 某土单元的任一个平面上=f ,该单元就达到了极限平衡应力状态,莫尔库仑强度理论,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论的破坏准则,土的极限平衡条件: 处于极限平衡状态时, 1和3之间应满足的关系,无粘性土,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-
8、库仑强度理论,土单元是否破坏的判别,根据极限平衡条件可以用来判别一点土体是否已发生剪切破坏,计算主应力1, 3:,确定土单元体的应力状态(x,z,xz),判别是否剪切破坏:,由3 1f,比较1和1f 由1 3f,比较3和3f 由1 , 3 m,比较和m,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,土单元是否破坏的判别,1= 1f 极限平衡状态 (破坏) 11f 不可能状态 (破坏),方法一: 由3 1f,比较1和1f,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,土单元是否破坏的判别,方法二: 由1 3f,比较3和3f,3= 3f 极限平衡状态 (破坏) 3 3f 安全状态 33f 不可能状
9、态 (破坏),5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,土单元是否破坏的判别,方法三: 由1 , 3 m,比较和m,m 不可能状态 (破坏),处于极限平衡状态所需的内摩擦角,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,剪切破坏面的位置,2=90+,=45+/2,可见土体破坏的剪切破坏不在45最大剪应力面上,为什么?,与大主应力面夹角:,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,小 结,直剪试验与库仑公式 土的抗剪强度机理 莫尔-库仑强度理论,直剪试验 库仑公式 土的抗剪强度指标c和,应力状态与莫尔圆 极限平衡应力状态 莫尔-库仑强度理论 土体破坏判断方法 滑裂面的位置,摩擦强度:滑动
10、、咬合摩擦 凝聚强度,5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,7.3 土的抗剪强度试验,一、直接剪切试验 二、三轴压缩试验 三、无侧限抗压强度试验 四、十字板剪切试验,室内试验: 直剪试验 三轴试验等 野外试验: 十字板扭剪试验 旁压试验等,抗剪强度测定试验,重塑土制样或现场取样 缺点:扰动 优点:应力和边界条件 清楚,易重复,缺点:应力和边界条 件不易掌握 优点:原状土的原位 强度,5.3 土的抗剪强度的测定试验,直 剪 试 验,P,T,土样,下盒,上盒,S,面积A,1,S,2,3,f1,f2,f3,直剪仪 (direct shear test apparatus),5.3 土的抗剪强
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