第六章-土的抗剪强度.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,*,土,力,学,第六章 土的抗剪强度,第一节 概 述,一、概念,土的,抗剪强度,指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其,数值,等于剪切破坏时滑动面上的剪应力,。,土体破坏时的应力组合关系称为,破坏准则,。,二、土的抗剪强度机理,1、,摩擦强度,（摩擦力）包括,滑动摩擦,和,咬合摩擦,滑动摩擦,由颗粒间接触面粗糙不平所引起。,咬合摩擦,是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用。,摩擦强度的,影响因素,有：,颗粒形状、矿物成分、粒径级配、密度等。,2、,粘聚强度,（粘聚力）,取决于土粒间的各种,胶结作用和静电引力。,第二节 土的抗剪强度理论,一、,屈服与破坏,产生塑性变形的现象称为,屈服,。,开始引起屈服的应力状态称为,屈服条件,。,屈服点对应的应力为,屈服应力,。,与理想塑性材料不同，土的塑性应变增加了土对继续变形的阻力，屈服点位置随应力增加而提高。这种现象称为,应变硬化,（加工硬化）。,到达峰值点后，随应变继续增大应力反而下降，强度随应变增加而降低，称为,应变软化,（加工软化。）,相当于峰值点的强度称为,峰值强度,。,相当于应变很大、应力衰减至恒定值时的强度称为,残余强度,。,不论是峰值强度还是残余强度，,都不是一个固定不变的数值,，而是与土的应力状态有关。这是土区别于其它材料的重要特点之一。,二、库伦（Coulomb）公式（1773）,砂土:,f,=tg,粘性土:,f,=c+tg,式中：c 和为抗剪强度指标(抗剪强度参数),c-土的粘聚力,-土的内摩擦角,用有效应力表达,f,=c+tg=c+（-u）tg,三、莫尔-库伦强度理论（1910）,莫尔认为材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点破坏，并提出破坏面上的剪应力是该面上法向应力,的函数，即,这个函数在,f,坐标中是一条曲线，称为,莫尔包线,（或称为抗剪强度包线）,极限平衡状态,：,土单元体中某一个面上的,=,f,的临界状态。,极限平衡条件,：,土体中某点处于极限平衡状态时的应力条件。（,=,f,，,土的,剪切破坏条件）,=,f,M,（一）土中一点的应力状态,抗剪强度包线与莫尔应力圆之间的关系有三种：,（1）整个莫尔圆位于抗剪强度包线的,下方,（2）莫尔圆与抗剪强度包线,相切,（切点为,A）,（3）,莫尔圆与抗剪强度包线,相割,A,c,莫尔圆与抗剪强度之间的关系,（二）莫尔库伦破坏准则,根据,Mohr-Coulomb,破坏理论，破坏时的,Mohr,应力圆必定与破坏包线,相切,。切点所代表的平面满足,=,f,的条件，该点处于极限平衡状态。,（三）,Mohr-Coulomb破坏理论的要点,剪切破裂面上，土体的抗剪强度是法向应力的函数,f,=f（）,当法向应力不大时，该函数可以简化为线性函数关系，用,Coulomb,公式来表示,f,=c+,tg,土单元体的任何一个面上,=,f,时，就会发生剪切破坏。此时土单元体的应力状态满足极限平衡条件。,四 极限平衡条件的应用,已知土内一点,M,的主应力,1m,和,3m,以及土的内摩擦角,C、，,可以判断该点土体,是否破坏,。,3,1,m,1m,3m,3,1,1m,3m,3,1,1m,3m,c,0,第三节 土的抗剪强度试验方法,一、直剪试验,应变控制式和应力控制式,峰值强度与残余强度,直剪试验根据,排水条件,可分为：,快剪,、,固结快剪,和,慢剪,优点,：直接剪切仪构造简单，操作方便等,缺点,：,限定的剪切面；,剪切面上剪应力分布不均匀；,在计算抗剪强度时按土样的原截面积计算的；,试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。,二、三轴试验,3,3,3,3,3,1,=,3,+,1,1,=,3,+,1,三轴试验原理,按剪切前的固结程度和剪切过程中的排水条件三轴试验可分为三种类型：,1,、不固结不排水试验（,UU,）,2,、,固结不排水试验（,CU,）,3,、,固结排水试验（,CD,）,三轴试验类型,三轴压缩实验优缺点,优点：,（,1,）可严格控制排水条件,（,2,）可量测孔隙水压力,（,3,）破裂面在最软弱处,缺点：,（,1,）,2,=,3,，轴对称,（,2,）实验比较复杂,三、真三轴试验,四、无侧限抗压强度试验,试验时围压,3,=0,（无侧限），,试样在轴向压力下产生剪切破坏。,破坏时的轴向压力称为,无侧限抗压强度,，以 q,u,表示。,五、十字板剪切试验,第四节 饱和粘性土的抗剪强度,一、不固结不排水抗剪强度,二、固结不排水抗剪强度,0,点说明未受任何固结压力的土，它,不具有,抗剪强度。,有效应力圆直径与总应力圆直径相等。,三、固结排水抗剪强度,在整个试验过程中，,孔隙水压力始终为0,，总应力等于有效应力，所以总应力圆就是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。,四、抗剪强度指标的选择,粘性土的抗剪强度与剪切条件、试验条件、试验方法等有关，,总应力分析法用总应力抗剪强度；有效应力分析法用有效应力抗剪强度。,例6-2,一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不排水实验，施加周围压力,3,=200kPa，试件破坏时主应力差,1,-,3,=280kPa，测得孔隙水压力u,f,=180kPa，整理实验得c,=80kPa,=24,，试求破坏面上的法向应力和剪应力以及试件中的最大剪应力。,解：,破坏面与大主应力作用面之间的夹角为：,破坏面上的法向应力和剪应力为：,最大剪应力发生在,=45,的平,面上，为：,第六章 复习要点,抗剪强度、极限平衡条件的概念；,库伦定律（库伦公式及其描述）；,莫尔包线；,抗剪强度理论的要点；,抗剪强度理论的应用；,直剪、三轴实验的分类；,区分饱和土的三种不同抗剪强度指标。,