第四章+土的抗剪强度.doc

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1、... 第五章土的抗剪强度学习指导学习目标   掌握土的抗剪强度表示方法和抗剪强度指标的测定方法，学会利用土的极限平衡条件分析土中平衡状态的方法。掌握土的剪切性状。学习基本要求1.掌握抗剪强度公式，熟悉抗剪强度的影响因素2．掌握摩尔-库仑抗剪强度理论和极限平衡理论3．掌握抗剪强度指标的测定方法4．掌握不同固结和排水条件下土的抗剪强度指标的意义及应用5．了解应力路径的概念参考学习进度   容学时A(32h)学时B(52h)   容学时A(32h)学时B(52h)土的抗剪强度公式1.01.0试验方法与指标的选用0.50.5土的极限平衡理论1.01.0三轴试验中孔隙水系数0.5剪切

2、试验方法1.51.5三轴试验中剪切性状1.01.5合   计5.06.0主要基础知识单元体应力和应力圆的基本概念参阅：训方等编著，《材料力学》，高等教育，1987。摩尔应力圆.......第一节土的抗剪强度的定义和工程意义1.抗剪强度的定义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，数值上等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。在外荷载作用下，土体中任一截面将产生法向应力和剪应力，其中法向应力使土体发生压密，剪应力使土体产生剪切变形。当土中一点某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滑动，则认为该点便发生剪切破坏。不断增加外荷载，由局

3、部剪切破坏会发展成连续的剪切破，形成滑动面，从而引起滑坡或地基失稳等破坏现象。抗剪强度是土的一个重要力学性质，在估算地基承载力、评价土体稳定性(如计算土坝、路堤、码头、岸坡等斜坡稳定性)、以及挡土建筑物土压力计算，都需要土的抗剪强度指标。2.相关工程问题在工程实践中与土的抗剪强度有关的工程问题主要有三类：(1)以土作为建造材料的土工构筑物的稳定性问题，如土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等的稳定性问题（图5-l（a））；(2)土作为工程构筑物环境的安全性问题，即土压力问题，如挡土墙、地下结构等的周围土体，它的强度破坏将造成对墙体过大的侧向土压力，以至可能导致这些工程构筑物发生滑

4、动、倾覆等破坏事故（图5-1（b））；(3)土作为建筑物地基的承载力问题，如果基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形，将会造成上部结构的破坏或影响其正常使用功能（图5-1（c）） 图5-l（a） 图5-1（b）  图5-1（c）                              工程事故1：加拿大特朗斯康谷仓.......加拿大特朗斯康谷仓平面呈矩形，长59.44m，宽23.47m，高31.00m，容积36368m3。谷仓为圆筒仓，每排13个圆筒仓，5排，一共65个圆筒仓组成。谷仓的基础为钢筋混凝土筏基，厚61cm，基础理深3.66m。谷仓于

5、1911年开始施工，1913年秋完工。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后满载总重量的42.5％。1913年9月起往谷仓装谷物，仔细地装载，使谷物均匀分布。10月，当谷仓装了31822m3谷物时，发现1小时垂直沉降达30.5cm。结构物向西倾斜，并在24小时谷仓倾倒，倾斜度离垂线达26o53ˊ。谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m。加拿大特朗斯康谷仓严重倾倒，是地基整体滑动强度破坏的典型工程实例。1913年10月18日谷仓倾倒后，上部钢筋混凝土筒仓坚如盘石，仅有极少的表面裂缝。工程事故2：美国纽约某水泥仓库    近代世界上最严重的建筑物破坏之一是美国的一座水泥仓库。

6、这座水泥仓库位于纽约市汉森河旁。建筑地基土分四层：表层为黄色粘土，厚5.5m；第二层为青色粘土，标准贯入试验N＝8击，承载力为84～105kPa，层厚17.0m；第三层为碎石夹粘土，厚度较小，仅1.8m；第四层为岩石。水泥仓库上部结构为圆筒形，直径d＝13m，基础为整块板式基础，基础理深2.8m，位于表层黄色粘土中部。1914年水泥筒仓地基软粘土严重超载，引起地基土剪切破坏而滑动。地基滑动使水泥筒仓倾倒呈45o，地基土被挤出地面，高达5.18m。与此同时，离筒仓净距23m以外的办公楼受地基滑动的影响，发生倾斜。当这座水泥仓库第一次发生大量沉降灾难的预兆时，如果立即卸除储藏的极

7、重的水泥，很容易挽救，可以在仓库下托换基础。但负责人仅安排了仔细进行沉降观测与记录，未采取卸荷措施，结果发展成灾难。.......第二节土的强度理论与强度指标（库仑抗剪强度定律）库仑（CharlesAugustinCoulomb1736～1806）,法国工程师，1773年发表著名的论文“建筑静力学各种问题极大极小法则的应用”，建立了材料的库仑强度法则、土压力理论及拱的计算理论等。一、抗剪强度定律表达式1.总应力表达式及强度指标实验证明，土的抗剪强度与剪切面上的法向应力有关，它随着法向应力增大而增大，是一