第五章 土的剪切

15.1概述5.2土的抗剪强度5.3土的剪切试验5.4砂土和粘土的静剪切特性5.5砂土的动剪切特性5.6粘土的时间效应特性5.7原位剪切特性25.1概述土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的最大能力主应力线最大剪应力线3附加应力z等值线附加应力xz等值线5.1概述4土体破坏抗剪强度剪应力f1、地基承载力问题2、边坡稳定问题3、挡土墙稳定问题5.1概述5三轴压缩试验中砂土的剪切破坏状况5.1概述6钢材与粒状体材料剪切破坏的比较5.1概述7三轴压缩试验中砂土的剪切破坏状况1最大主应力3最小主应力剪切破坏面最大剪应力比摩擦法则N推力SNF摩擦力fANAFtanf抗剪强度剪应力SAf滑动破坏5.1概述8抗剪强度与正应力相关不同深度的土，抗剪强度不同地面的砂石可以随风移动，深埋于地下的砂层可以作为桩的持力层。5.1概述95.2土的抗剪强度一、直接剪切试验活动下盒土样透水石加压板NSANAS固定上盒直剪试验示意图1、试验加设计荷载N分级加水平推力S剪切破坏2、绘制—D关系图D（水平位移）f密砂、坚硬粘土松砂、软粘土做三组以上试验剪切破坏面10()fkPa()kPa—土的内摩擦角(度）3、绘制关系图f0100200300400tanf4、库仑公式tanf砂土粘性土()fkPa()kPac粘性土C—土的内聚力（kPa)tanfctanfc砂土—剪切滑动面上的法向总应力（kPa)—土的抗剪强度(kPa)破坏线破坏线5.2土的抗剪强度一、直接剪切试验f11—土的有效内摩擦角(度）5、用有效应力表示的库仑公式tanf粘性土—土的有效内聚力（kPa)tanfc砂土—剪切滑动面上的法向有效应力（kPa)—土的抗剪强度(kPa)c说明：总应力法与有效应力法二者的计算结果稍有不同，总应力法方便适用，而若能准确地求出有效应力，从道理上更合理。5.2土的抗剪强度一、直接剪切试验f12三轴仪简图试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石5.2土的抗剪强度二、三轴压缩试验131、试验2、绘制破坏时的摩尔应力圆31破坏面3、绘制抗剪强度包线（做三个以上试验）抗剪强度包线tanf求抗剪强度指标tanf,C5.2土的抗剪强度二、三轴压缩试验144、绘制—关系曲线131v—最大主应力差—轴向应变131—体积应变v三轴试验优点1、可以严格控制排水条件2、应力状态明确，破坏在最薄但：试验复杂，试验时间长弱处，结果可靠5.2土的抗剪强度二、三轴压缩试验1531sindscosds三、摩尔圆的意义及用法1、土中任意一点的应力状态Mz1301k1mn3ds由静力平衡条件0(H水平方向）3(sin)(sin)(cos)0dsdsds0(V垂直方向）1(cos)(cos)(sin)0dsdsds求得131311()()cos222131()sin225.2土的抗剪强度163131()212、摩尔应力圆半径：131()2圆心：摩尔圆上的点A坐标A2131311()()cos222131()sin2202cos,02sin22时，摩尔圆上各点的坐标表示了该点在相应面上的正应力和剪应力31三、摩尔圆的意义及用法5.2土的抗剪强度171四、土的极限平衡条件tanfc123A情况1：摩尔圆位于抗剪强度线以下f情况2：摩尔圆与抗剪强度线相切f极限平衡状态情况3：摩尔圆与抗剪强度线相割f不破坏破坏（不存在）极限平衡状态A331()/2ccotcDR由三角形ARDADsinRD13131()2sin1()cot2c5.2土的抗剪强度18A331()/21ccotcDR13131()2sin1()cot2c化简得131sincos21sin1sinc31sin1sin21sin1sinc21sintan451sin2213tan452tan4522c231tan452tan4522c极限平衡条件四、土的极限平衡条件5.2土的抗剪强度192fff—大主应力作用面与破坏面的夹角A331()/21ccotcDR无粘性土c=0213tan452231tan452由图可知f2f452f13破坏面ff四、土的极限平衡条件5.2土的抗剪强度20(5)若，问试样是否破坏13500,200kPakPa某干砂试样进行直剪试验，当=300kPa时，测得=200kPaf求：(2)破坏时的大小主应力（绘出摩尔圆）(3)大主应力与剪切面所成的角度(4)当时，土样是否破坏200,120kPakPa(1)砂土的内摩擦角四、土的极限平衡条件5.2土的抗剪强度例题2133.69解：(1)因为是砂土，所以c=0200tan0.66730033.690100200300100200300（一般应做3个试样）作图法四、土的极限平衡条件5.2土的抗剪强度例题22312f解(2)土中某点的应力状态69.33300200131311()()cos222131()sin22452f131311300()()cos(261.85)22=61.850131200()sin(261.85)23193.0kPa1673.8kPa四、土的极限平衡条件5.2土的抗剪强度例题2369.33(3)大主应力与剪切面所成的角度为1315.2885.619090f(4)0100200300100200300作图法点位于抗剪强度线下，不破坏计算法tan200tan33.69133.33kPa120kPaf不破坏200,12015.28四、土的极限平衡条件5.2土的抗剪强度例题200,120时24解(5)13500,200时作图法33.690应力圆位于抗剪强度线下，不破坏四、土的极限平衡条件5.2土的抗剪强度例题25解(5)13500,200时计算法解法1、极限平衡状态213tan(45/2)2tan(45/2)c12003.49201.87698.3kPa500kPa不破坏解法2、1313()/2(500200)/2sin0.4286()/2(500200)/2(c=0)25.3833.69不破坏四、土的极限平衡条件5.2土的抗剪强度例题261345235.3土的剪切试验o1452321实验室试验求1332、三轴拉伸试验321311一、剪切试验的种类1、三轴压缩试验3、直剪试验4、无侧限抗压强度试验10303,(,)fffc27),(,cfff1323211322(0)20干砂的天然休止角松砂的内摩擦角实验室试验求5、真三轴试验6、平面应变试验天然休止角:砂土堆积起来形成的自然角度砂土天然休止角5.3土的剪切试验一、剪切试验的种类28MH=100~120mmD=50~75mm破坏时的扭矩M与土的抵抗力矩相等2VH2243DDDMDH侧面上下底23VH1126DHDVH—侧面土的抗剪强度—上下底面土的抗剪强度简化计算取VHf原位测试22(/3)fMDHDf—由十字板剪切试验求得的土的抗剪强度十字板剪切试验5.3土的剪切试验一、剪切试验的种类2931、不固结不排水试验(UU)直剪试验：（快剪）土样加上垂直压力后立即剪切，使试样在3~5分钟内剪损。三轴试验：在围压（水压）作用下不固结(关闭排水阀门），再加垂直压力增量（不排水）直至破坏。313115.3土的剪切试验二、固结剪切中的排水条件3033112、固结不排水试验(CU)直剪试验：（固结快剪）土样垂直压力下固结稳定后，再加剪应力，使试样在3~5分钟内剪损。三轴试验：在围压（水压）作用下固结(打开排水阀门），再加垂直压力增量（不排水）直至破坏。315.3土的剪切试验二、固结剪切中的排水条件315.3土的剪切试验二、固结剪切中的排水条件3、固结排水试验(CD)直剪试验：（慢剪）土样加上垂直压力后排水，分级加剪应力，每级变形稳定后加下一级荷载，直至剪损。三轴试验：在围压（水压）作用下固结(打开排水阀门），再加垂直压力增量（排水）直至破坏。313311325.3土的剪切试验三、排水条件和抗剪强度的种类1、不固结不排水剪强度(UU强度)331Auu1BC0u0uCu131311()()22fuCu—不排水内摩擦角uc—不排水内聚力（1）三轴试验（2）无侧限抗压强度试验uqCu12fuuCq总应力圆有效应力圆只有一个33三、排水条件和抗剪强度的种类2、固结不排水剪强度(CU强度)以不同的固结压力做一组试验3331cuCcu总应力法得抗剪强度tanfcucuc有效应力法得抗剪强度tan'fc0Cuf15.3土的剪切试验343、固结排水剪强度(CD强度)31Cddtanfddcu=0三、排水条件和抗剪强度的种类5.3土的剪切试验35现在地面hhp1正常固结土pc=p1现在地面hhp1超固结土pcp1现在地面hhp1欠固结土pcp1hc剥蚀前地面hc5.3土的剪切试验四、超固结土的抗剪强度elog0正常固结超固结f正常固结0超固结超固结土ef36f正常固结0超固结总应力圆有效应力圆超固结土u1为负值正常固结土u2为正值5.3土的剪切试验四、超固结土的抗剪强度375.4砂土和粘土的静剪切特性一、松砂和密砂的应力应变特性311hh33311hh密砂松砂1、垂直应力增量—垂直应变—体积应变关系3823/100mkN23/200mkN23/300mkN23/300mkN20031003100320033003311v—体积压应变v23/300mkN23/200mkN23/100mkN松砂：剪缩为主31剪胀1v密砂：先剪缩后剪胀1、垂直应力增量—垂直应变—体积应变关系5.4砂土和粘土的静剪切特性一、松砂和密砂的应力应变特性39一、松砂和密砂的应力应变特性2、有效应力路径应力路径：表示应力的变化过程（一个摩尔圆只能表示某一时刻的应力状态）fA图中点是最大剪应力点：)(2131)(2131坐标为：13应力路径有效应力路径qp)(21),(213131pq总应力有效应力总应力路径有效应力路径uf取5.4砂土和粘土的静剪切特性40一、松砂和密砂的应力应变特性2、有效应力路径纵坐标：表示剪应力3