土的抗剪强度

第五章土的抗剪强度南昌大学建筑工程学院5-1概述5-2强度概念与莫尔－库仑理论5-3土体抗剪强度的测定方法5-4土的抗剪强度指标本章内容5.1概述在外荷载的作用下，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。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。土的抗剪强度：土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。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重要特征。土的强度特点：碎散性强度不是土颗粒本身的强度，而是颗粒间相互作用——抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；三相体系三相承受与传递荷载——有效应力原理；自然变异性土的强度的结构性与复杂性。5.1概述与土体强度有关的工程问题：挡土结构物上的土压力问题、边坡（填方、挖方及天然边坡）的稳定性问题、建筑物地基的稳定性问题。5.1概述大阪的港口码头档土墙由于液化前倾1.挡土结构物的破坏5.1概述1.挡土结构物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。5.1概述1.挡土结构物的破坏挡土墙滑裂面基坑支护5.1概述平移滑动2.各种类型的滑坡崩塌旋转滑动流滑5.1概述2.各种类型的滑坡•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5.1概述2.各种类型的滑坡2000年4月9日晚8时左右，西藏林芝地区波密县易贡藏布河扎木弄沟发生大规模山体滑坡，历时约10分钟，滑程约8km，高差约3330m，截断了易贡藏布河（河床高程2190m），形成长约2500m、宽约2500m的滑坡堆积体，其面积约５km2，最厚达100m，平均厚60m，体积约2.8～3.0亿m3。5.1概述2.各种类型的滑坡高程（m）滑距（m）553022004000扎木弄沟滑坡堆积体08000400020006000立面示意图2000年西藏易贡巨型滑坡山体滑坡产生的主要原因是由于气温转暖，冰雪融化，使位于扎木弄沟高达5520m以上雪峰的上亿方滑坡体饱水失稳所致。5.1概述易贡滑坡堰塞湖滑坡堆积区滑坡堆积区扎木弄沟2264m2210m2165m2340m平面示意图5520m滑坡堆积体2000年西藏易贡巨型滑坡2.各种类型的滑坡5.1概述粘土地基上的某谷仓地基破坏3.地基的破坏5.1概述日本新泻1964年地震引起大面积液化3.地基的破坏5.1概述地基滑裂面3.地基的破坏p5.1概述土压力边坡稳定地基承载力挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏核心5.1概述3113cossinacabbc一、莫尔应力圆一、莫尔应力圆13cossinabbcacac2213131313cossin1cos21cos222cos22213aabbcc5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论13sincosacabbc13sincosabbcacac131313cossinsincoscossinsin22一、莫尔应力圆一、莫尔应力圆3113aabbcc5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论13sin221313cos22222213sin222221313cos222222131322一、莫尔应力圆一、莫尔应力圆13aabbcc5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论22213132213132132一、莫尔应力圆一、莫尔应力圆13aabbcc5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论正应力剪应力拉为正压为负顺时针为正逆时针为负土力学xzxzzx材料力学zxxzzx压为正拉为负逆时针为正顺时针为负正应力剪应力一、莫尔应力圆一、莫尔应力圆5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论13132132BBBB1313cos222B13sin22B2O一、莫尔应力圆一、莫尔应力圆13aabbcc5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则砂土砂土ftgftgfO（一）土的抗剪强度规律（一）土的抗剪强度规律5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论粘性土粘性土fctgfctgfOc二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则（一）土的抗剪强度规律（一）土的抗剪强度规律5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论粘性土粘性土fctg二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则（一）土的抗剪强度规律（一）土的抗剪强度规律砂土砂土ftg5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论f稳定状态f＝极限平衡状态f不可能fctg（‘）fOc33f11f22f'11u'22u'33u'''fctg'c'二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则（一）土的抗剪强度规律（一）土的抗剪强度规律水不能承受剪力——有效强度指标的概念水不能承受剪力——有效强度指标的概念5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论有效应力指标c,符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定。总应力指标c,便于应用,但u不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件。强度指标抗剪强度简单评价fctg''''fctgu二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则（一）土的抗剪强度规律（一）土的抗剪强度规律5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论（二）土的极限平衡条件（二）土的极限平衡条件莫尔应力圆在强度包线以内：任何一个面上的剪应力小于该面上相应的抗剪强度，土单元处于稳定状态；Ofctg莫尔应力圆与破坏包线相切：有一对面上的剪应力达到了该面上的抗剪强度，处于极限平衡状态。莫尔—库仑破坏准则；莫尔应力圆与破坏包线相交：有一些平面上的剪应力超过了这些面上的抗剪强度强度；不可能发生。二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论13132sinctg2ffffc1f3ftanfcO132ff132ffcctgc（二）土的极限平衡条件（二）土的极限平衡条件二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论213452tg4522fftgc231452tg4522fftgc（二）土的极限平衡条件（二）土的极限平衡条件二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则13132sinctg2ffffc5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论1f3fO0290ff2ftanfcc0452f3f1f0452090（二）土的极限平衡条件（二）土的极限平衡条件二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则fθ13aabbcc5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态f0=45+21.先求得剪破面上的正应力和剪应力，再求得剪破面上的抗剪强度，根据剪应力和抗剪强度之间的关系进行判断。1.先求得剪破面上的正应力和剪应力，再求得剪破面上的抗剪强度，根据剪应力和抗剪强度之间的关系进行判断。13sin22f1313cos222ffctgf稳定状态f＝极限平衡状态f不可能，土体早已破坏二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论莫尔应力圆在强度包线以内：土体单元处于稳定状态；莫尔应力圆与破坏包线相切：土体处于极限平衡状态；莫尔应力圆与破坏包线相交：不可能发生，土体早已破坏。2.绘出莫尔应力圆和抗剪强度包线，根据莫尔应力圆和抗剪强度包线间的关系判断。2.绘出莫尔应力圆和抗剪强度包线，根据莫尔应力圆和抗剪强度包线间的关系判断。（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则Ofτ=c+σ×tg5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论Of=c+σtanc3.1假定此时的大主应力为破坏时的大主应力，求得破坏时的小主应力。根据破坏时的小主应力和实际的小主应力之间的关系进行判断。3.1假定此时的大主应力为破坏时的大主应力，求得破坏时的小主应力。根据破坏时的小主应力和实际的小主应力之间的关系进行判断。1=1f3f33fσσ稳定状态33fσ=σ极限平衡状态33fσσ不可能，土体早已破坏33f33f（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论1f1设σ=σ231452tg4522fftgcOtanfcc1=1f3f＝311f11f3.2假定此时的小主应力为破坏时的小主应力，求得破坏时的大主应力。根据破坏时的大主应力和实际的大主应力之间的关系进行判断。3.2假定此时的小主应力为破坏时的小主应力，求得破坏时的大主应力。根据破坏时的大主应力和实际的大主应力之间的关系进行判断。（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态二、莫尔—库仑破坏准则二、莫尔—库仑破坏准则11fσσ稳定状态11fσ=σ极限平衡状态11fσσ不可能，土体早已破坏3f3设σ=σ213452tg4522fftgc5.2强度概念及摩尔-库仑强度理论测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验；按常用的试验仪器可将剪切试验分为直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验和十字板剪切试验四种。5.3土体抗剪强度的测定方法影响土的抗剪强度的因素：土的密度、含水率、初始应力状态、应力历史及固结程度、试验中的排水条件等。直接剪切试验：用直接剪切仪（简称直剪仪）测定土的抗剪强度的试验。一、直接剪切试验一、直接剪切试验5.3土体抗剪强度的测定方法直接剪切试验是测定预定剪破面上抗剪强度的最简便和最常用的方法。直剪仪分应变控制式和应力控制式两种，前者以等应变速率使试样产生剪切位移直至剪破，后者是分级施加水平剪应力并测定相应的剪切位移。目前我国使用较多的是应变控制式直剪仪。剪切位移（mm）剪应力（kPa)4fff一、直接剪切试验一、直接剪切试验5.3土体抗剪强度的测定方法σ=100KPaσ=200KPaσ=300KPacmmkPaσ=400KPakPafkPa4一、直接剪切试验一、直接剪切试验5.3土体抗剪强度的测定方法（一）快剪（Q）（一）快剪（Q）,QQc《土工试验方法标准》规定快剪试验适用于渗透系数小于10－6cm/s的细粒土，试验时在试样上施加垂直压力后，拔去固定销钉，立即以0.8mm/min的剪切速度进行剪切，使试样在3min