第五章_土抗剪强度

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1、第五章土的抗剪强度§1概述一、抗剪强度的基本概念土的强度是指一部分土体相对于另一部分土体滑动时的抵抗力，实质上就是土体与土体之间的摩擦力。土的抗剪强度，首先决定于它本身的性质，即土的组成，土的状态和土的结构，这些性质又与它形成的环境和应力历史等因素有关；其次还决定于它当前所受的应力状态。滑动面滑前边坡原地面滑动面图5-1土坡滑动图5-2地基失稳二、工程中常见的强度问题（1）土作为土工结构物的稳定性问题如人工筑成的路堤，土坝的边坡以及天然土坡等的稳定性问题。（2）土作为工程结构的环境的问题即土压力问题。这和边坡稳定问题有直接联系，若边坡较陡

2、不能保持稳定，又由于场地或其他条件限制而不允许采用平缓边坡时，就可以修筑挡土墙来保持力的平衡。这类工程问题如挡土墙、桥台、地下隧道等。（3）土作为建筑物的地基问题，即地基承载力的问题。三、土的抗剪强度测试方法室内试验：应力状态被改变，取土过程受到干扰原位测试：精度不高§2土的抗剪强度和破坏理论屈服或塑流：软土材料破坏形式断裂：岩石，硬粘土一、土的屈服与破坏1．理想弹、塑性材料的应力-应变关系①应力-应变成直线关系②变形是完全弹性的应力-应变关系是唯一的，与应力路径和应力历史无关③称屈服应力或破坏应力abba123应变硬化应变软化弹性阶段

3、1图5-32．土的应力-应变关系（1）正常固结（松砂），图5-3曲线（3）加工硬化,屈服点至b点,无峰值（2）超固结（密松），图5-3曲线（2）加工软化，出现峰值3．实际计算时土的弹塑性问题（1）按线弹性体（2）按理想塑性材料二、莫尔——库伦破坏理论（一）土的破坏理论1．广义特莱斯卡理论1-313=300kpa3=200kpa3=100kpa图5-4土的应力-应变关系2．广义密色斯理论式中E——材料的弹性模量——材料的泊松比——畸变能的极限值，3．莫尔——库伦理论图5-5固定剪切面的剪切试验（1）库伦公式基本形式（总应力抗剪强

4、度公式）式中——剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度——破坏面上的法向应力——土的粘聚力，对于无粘性土，——土的内摩擦角*称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关（2）有效应力抗剪强度公式式中——剪切破坏面上的有效法向应力u——土中的超静孔隙水压力——土的有效粘聚力——土的有效内摩擦角，土的有效抗剪强度指标，对于同一种土，其值理论上与试验方法无关，应接近于常数。4．莫尔抗剪强度公式当应力变化范围不很大时可用库伦直线代替莫尔破坏包线（二）莫尔——库伦破坏准则——极限平衡条件1．土体中剪切破坏面位置的确定（1）在地面荷载p作用下，土中某

5、点M的应力状态应力圆在强度包线下面，该点应力条件处于弹性状态应力圆正好与强度相切，该点处于极限平衡状态.A.C.B·MpO450+/2450+/21f（2）破裂面位置与最大主平面成2．极限平衡条件推导由(5-7)整理后：31fc图5-7土的破裂面确定又因故得（5-7）′又因得：故公式（5-7）′可写为：若，即对洁净的砂土，则有当时，归纳莫尔——库伦破坏理论，可表达为如下三个要点：1．破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。可表达为：2．当法向应力不很大时，抗剪强度可简化为法向应力的线性函数，即表示为库伦公式3．土单元体中

6、，任何一个面上的剪应力大于该面上土的抗剪强度，土单元体即发生破坏，用破坏准则表示即为式（5-7）至式（5-10）的极限平衡条件（三）极限平衡条件的应用达到极限平衡所要求的内磨擦角单元体已破坏单元体处于弹性平衡状态单元体处于塑性平衡状态达极限平衡所要求的大主应力土体已破坏，反之，处于弹性平衡状态§3土的抗剪强度试验方法一、三轴剪切试验（一）常规三轴剪切试验方法（1）排水剪：图及试验结果见第四章第二节（2）不排水剪：详细讨论见第五节图5-11不排水剪切的应力-应变-孔压关系曲线密实中密轴向应变1(%)u密实中密松0松轴向应变1(%)-10

7、00-50050100（二）破坏包线和抗剪强度指标1．从应力-应变关系曲线寻找破坏时的偏差应力的方法有三种（1）取曲线的最大偏差应力值当需要用土的残余强度时取试验曲线的终值作（2）以最大有效主应力比处的偏差应力值作为（3）取规定的轴向应变值所相应的偏差应力作为值2．包络线的作法由可作出包络线l（三）三轴试验中的应力路径和破坏主应力线1．三轴排水所以应力路径：直线p=q*破坏主应力线，——破坏点的连线图5-13排水剪切应力路径apKfq4502．三轴不排水试验a.总应力（不考虑）增加，有b.有效应力路径增加其中，所以u不是常量。450a

8、pKfq=(1-3)/2P=(1+3)/2P/=(1/+3/)/2图5-14不排水剪切应力路径Kf/c31OO/pqaf线Kf线R3）破坏包线与破坏主应力线关系故又