土力学第六章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,道路与机场工程系,土质学与土力学第,5,章,第,*,页,第六章,土的抗剪强度,杭州地铁事故,11,月,15,日,15,时,20,分许，一段杭州地铁施工工地突然发生路面大面积塌陷事故，导致萧山湘湖风情大道,75,米路面坍塌，并下陷,15,米。正在路面行驶的多辆车陷入深坑，多数地铁工地施工人员被困地下,土质学与土力学第,6,章,土质学与土力学第,6,章,杭州地铁施工方称坍塌事故初步查明,3,点原因,(,?,),是什么原因造成这起事故呢？,*,表示，事故发生后，中铁四局立刻成立了事故调查专家组，对事故原因展开调查。他介绍，初步得出的原因有三点。,一是,杭州的土质特殊，经勘测，发生事故的这段路属于淤泥质,黏土,，含水的流失性强。,第二个原因是,事故坍塌所在地点风情大道一直作为一条交通主干道来使用，来往车流量大，包括不少,负载,量很大的大型客车、货车都来往于这条路上，这给基坑西面的承重墙带来太大冲击。,另外一个原因,是今年十月份杭州出现的一次罕见的持续性,降雨,过程，使得地底沙土地流动性进一步加大。,(2008,年,11,月,18,日,07:26,中国新闻网,),土质学与土力学第,6,章,主要内容,（,4,学时）,土体抗剪强度的基本概念和工程意义,土体抗剪强度规律,(,库仑定律,),土中一点的极限平衡条件及其判定,(,摩尔,-,库仑强度理论,),抗剪强度测试方法,土的应力历史,(,应力路径,),土质学与土力学第,6,章,土体抗剪强度,的基本概念和工程意义,土质学与土力学第,6,章,剪切破坏,土质学与土力学第,6,章,桥墩,剪切破坏,黏土的拉伸和压缩试验与局部化条带,（,Desrues&Chambon,2002,）,土质学与土力学第,6,章,试验和观察表明岩体、混凝土、土体的破坏主要是剪切破坏,抗剪强度,土体破坏的强度机理,在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。,土体抗剪强度,土体对于外荷载所产生的,剪应力,的极限抵抗能力,土质学与土力学第,6,章,工程问题,土质学与土力学第,6,章,土工构筑物的稳定性问题,工程问题,构筑物环境安全问题,(,土压力问题,),土质学与土力学第,6,章,工程问题,地基承载力问题,土质学与土力学第,6,章,土体抗剪强度规律,(,库仑定律,),土质学与土力学第,6,章,库仑定律和抗剪强度指标,砂土,黏性土,土质学与土力学第,6,章,f,=,tan,砂土,f,黏土,c,f,库仑定律：,在一般应力水平下，土的抗剪强度与滑动面上的法向应力,之间呈直线关系,抗剪强度指标：,c,:,土,的黏聚,力,:,土的内摩擦角,有效应力抗剪强度指标,当法向应力采用有效应力表示时,抗剪强度的有效应力表示为,:,土质学与土力学第,6,章,式中 、分别为,有效黏聚,力和有效内摩擦角，,统称为有效应力抗剪强度指标,抗剪强度的构成因素,内摩阻力,(,内摩擦角,),土粒之间的表面摩擦力,土粒之间的联锁作用而产生的咬合力,黏聚力,原始黏聚力,固化黏聚力,毛细黏聚力,土质学与土力学第,6,章,土的强度理论,-,极限平衡理论,(,摩尔,-,库仑强度理论,),土质学与土力学第,6,章,土中一点的应力状态,3,3,1,1,3,1,d,l,d,l,cos,d,l,sin,楔体静力平衡,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,）,3,1,dl,dlcos,dlsin,斜面上的应力,摩尔应力圆方程,O,1,3,(,1,+,3,/2),2,A,(,),圆心坐标,(,1,+,3,)/2,，,0,应力圆半径,r,(,1,3,)/2,土中某点的,应力状态,可用摩尔应力圆描述,摩尔应力圆,摩尔,-,库仑强度理论,摩尔,1910,年提出材料的破坏是剪切破坏，即当土中某点,达到该点的抗剪强度时，即,土发生破坏,在,f,坐标中摩尔包线,f,=,f,（）,为曲线，它表示材料在极限状态下滑动面上法向应力与剪应力的关系,f,=,f,（,）,用直线（库仑定律 ）代替，故称为摩尔,库仑强度理论,土质学与土力学第,6,章,摩尔包线,土质学与土力学第,6,章,强度线,应力圆与强度线,相切：,应力圆与强度线,相割：,极限应力圆,f,破坏状态,应力圆与强度线,相离：,极限平衡状态,极限平衡状态,摩尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则,(,目前判别土体状态最常用的准则,:,摩尔,-,库仑准则,),土质学与土力学第,6,章,强度线,极限平衡状态,在极限平衡状态下主应力之间的关系即土体的极限平衡条件,土质学与土力学第,6,章,3,1,c,f,2,f,A,c.,cot,(,1,+,3,)/2,利用极限平衡条件,可以判断土体是否达到剪切破坏,极限平衡状态,抗剪强度理论,-,又称最大倾角理论,土质学与土力学第,6,章,3,1,c,f,2,f,A,c.,cot,(,1,+,3,)/2,土中某点处于剪切破坏时，剪切面与大主应力,1,作用面间的夹角,不是发生在最大剪应力面,抗剪强度测试方法,土质学与土力学第,6,章,直接剪切试验,三轴压缩试验,无侧限抗压强度试验,十字板剪切试验,直剪试验,土质学与土力学第,6,章,直剪试验,土质学与土力学第,6,章,直剪试验,土质学与土力学第,6,章,在不同的垂直压力,下进行剪切试验，得相应的抗剪强度,f,，,绘制,f,-,曲线，得该土的,抗剪强度包线,直剪试验,近似模拟现场排水条件,-,加荷速度的快慢,快剪,固结快剪,慢剪,土质学与土力学第,6,章,三轴压缩试验,土质学与土力学第,6,章,分别在不同的周围压力,3,作用下进行剪切，得到34 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,三轴压缩试验,土质学与土力学第,6,章,三轴压缩仪,土质学与土力学第,6,章,应变控制式三轴仪：,压力室,加压系统,量测系统,轴向加荷系统,三轴压缩试验,三轴压缩试验根据剪切前的,固结程度,和剪切时的,排水条件,可以分为以下三种,:,不固结不排水剪,(UU),固结不排水剪,(CU),固结排水剪,(CD),土质学与土力学第,6,章,土质学与土力学第,6,章,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35,min,内剪破，称之为快剪。,关闭排水阀,土质学与土力学第,6,章,3,3,3,3,3,3,有效应力圆,总应力圆,u,=0,B,C,c,u,u,A,A,3,A,1,A,饱和黏性,土在三组,3,下的不排水剪试验得到,A,、,B,、,C,三个不同,3,作用下破坏时的总应力圆，但只能得到,一个有效应力圆,试验表明：,虽然三个试样的周围压力,3,不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线。,土质学与土力学第,6,章,2.固结不排水剪（,CU）,三轴试验：,施加周围压力,3,时打开排水阀门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全消散。然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量,，使试样在不排水条件下剪切破坏。,3,3,3,3,3,3,直剪试验：,剪切前试样在垂直荷载下充分固结，剪切时速率较快，使土样在剪切过程中不排水，这种剪切方法为称固结快剪。,打开,排水阀,关闭,排水阀,土质学与土力学第,6,章,3,3,3,3,3,3,将总应力圆在水平轴上左移,u,f,得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定,c,、,c,cu,c,cu,饱和黏性,土在三组,3,下进行固结不排水剪试验得到,A,、,B,、,C,三个不同,3,作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标,c,cu,、,cu,A,B,C,土质学与土力学第,6,章,3.固结排水剪（,CD）,三轴试验：,试样在围压,3,作用下排水固结，再缓慢施加轴向压力增量,，直至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零。,3,3,3,3,3,3,直剪试验：,试样在垂直压力下固结稳定，再以缓慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整个试验过程中尽量使土样排水，试验方法称为慢剪。,打开,排水阀,土质学与土力学第,6,章,在整个排水剪试验过程中，,u,f,0，,总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线，强度指标为,c,d,、,d,。,c,d,d,总结:,3,3,3,3,3,3,对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同。,有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系。,无侧限抗压强度试验,土质学与土力学第,6,章,q,u,q,u,加压框架,量表,量力环,升降螺杆,无侧限压缩仪,3,=0,试样,无侧限抗压强度试验,土质学与土力学第,6,章,无侧限压缩仪,土质学与土力学第,6,章,0,c,u,无侧限抗压强度试验,q,u,无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的,水平切线,就是破坏包线,应力路径,应力路径：在外力作用下土中某点的应力变化在应力坐标图中的轨迹,应力路径表征方法,直角坐标系：常用于表示已定剪破面上法向应力和剪应力变化的应力路径。,p,q,直角坐标系，,p,=(,1,3,)/2,，,q,=(,1,3,)/2,；常表示最大剪应力面上的应力变化,总应力路径（,TSP,）有效应力路径（,ESP,）,土质学与土力学第,6,章,