土力学与基础工程5土的抗剪强度.ppt

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1、5、土的抗剪强度5.1土的抗剪强度与极限平衡原理5.2土的剪切试验方法5.3不同排水条件时的剪切试验成果5.4地基破坏型式和地基承载力给土的抗剪强度下定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力5.1土的抗剪强度与极限平衡原理5.1.1库仑定律f=c+tan粘土c库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力的线性函数ff=tan砂土f库伦公式两大抗剪强度指标c:土的粘聚力:土的内摩擦角注：对于无粘性土而言c=0)土的抗剪强度一般可分为两部分：第一部分与颗粒间的法向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是摩擦力；另一部分是与法向应力无关的土粒之间的粘结力，通常称为粘聚

2、力。影响因素土的抗剪强度内在因素外在因素：试验时的排水条件等因素颗粒间的有效法向应力土的孔隙比表达方法土的抗剪强度总应力法：总应力强度指标有效应力法：有效应力强度指标莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力f的关系。莫尔包线f=c+tan5.1.2莫尔-库伦强度理论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）331131斜面上的应力5.1.3土中一点的应力状态O131/2(1+3)2A(,)31莫尔圆可以表示土体中任何一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相

3、应平面上的正应力和剪应力。当应力圆与强度线相离时：强度包线当应力圆与强度线相切时：当应力圆与强度线相割时：极限应力摩尔圆τ<τf（处于弹性平衡状态）τ=τf（处于极限平衡状态）τ>τf（处于破坏状态）5.1.4土的极限平衡条件莫尔－库仑破坏的准则：31cf2fAcctg1/2(1+3)无粘性土：c=0粘性土：ABDOτστ＝τf极限平衡条件莫尔－库仑破坏准则极限应力圆破坏应力圆剪切破坏面粘性土的极限平衡条件：σ1=σ3tg2(45+φ/2)＋2ctg(45+φ/2)σ3=σ1tg2(45－φ/2)－2ctg(45－φ/2)无粘性土的极限平衡条件：σ1=σ

4、3tg2(45+φ/2)σ3=σ1tg2(45－φ/2)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＝f2f31cAcctg1/2(1+3)max的方法测定土抗剪强度直接剪切试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验现场十字板剪切仪5.2土的剪切试验方法试验仪器：直剪仪（应变控制式，应力控制式）5.2.1直接剪切试验应变控制式直剪仪的试验原理：对同一种土至少取4个平行试样，分别在不同垂直压力下剪切破坏，将试验结果绘制抗剪强度f与相应垂直压力的关系图。剪切容器与应力环在不同的垂直压力下进行剪切试验，得相应的抗剪强度τf，绘制τf-曲线，得该土

5、的抗剪强度包线在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线。4mmab剪切位移△l(0.01mm)剪应力（kPa)12快剪固结快剪慢剪根据加荷速率的快慢分类：直剪试验优缺点：优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作。缺点：①剪切破坏面固定，且不一定是土样的最薄弱面。②不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压力。③剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀。一、抗剪强度包线分别在不同的周围压力3作用下进行剪切，得到3～4个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线。抗剪强度包线c5.2.2三轴压缩试验二、三轴剪切试验试验仪器

6、组成：应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应力控制式三轴仪试验步骤:333333△△第二步：施加周围压力第三步：施加竖向压力第一步：装土样三轴压缩仪轴向加荷系统加压和量测系统三轴试验优缺点：优点：①能控制排水条件，量测孔隙水压力。②试样的应力分布比较均匀，剪切破坏面为最薄弱面。缺点：①试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂。②试验在2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符。5.3不同排水条件时的剪切试验5.3.1总应力强度指标与有效应力强度指标c、为土的有效粘聚力和有效内摩擦角，即土的有效应力强度指标c、为土的总应力强度

7、指标有效应力原理：土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上的法向有效应力。三轴压缩试验可以分为三种试验方法：1.不固结不排水试验(UU试验)2.固结不排水试验(CU试验)3.固结排水试验(CD试验)5.3.2不同排水条件时的剪切试验方法1.不固结不排水剪（UU）三轴试验：施加周围压力3、轴向压力△直至剪破的整个过程都关闭排水阀门，不允许试样排水固结。333333△△直剪试验：通过试验加荷的快慢来实现是否排水。使试样在3～5min内剪破，称之为快剪。