土力学基础知识三.pptx

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,#,在工程实践中，与土的抗剪强度有关的工程问题主要有以下三个方面：,一是土坡的稳定性问题；,二是土压力问题；,三是地基的承载力问题。,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,广州京光广场基坑塌方,大阪的港口码头档土墙由于液化前倾,研究土的抗剪强度的规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。,1776年，库仑根据,砂土,剪切试验得出,f,=tan,砂土,后来，根据,粘性土,剪切试验,得出,f,=c+tan,粘土,c,库仑定律：,土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力,的线性函数,f,f,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,库伦公式,抗剪强度指标，,对于同一类土，在相同的试验条件下为常数，但是会因试验方法和土样的排水条件等不同而有较大的差异。,c,:,土的粘聚力,:,土的内摩擦角,(无粘性土：,c=0),土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,近代土力学中，人们认识到只有有效应力的作用才能引起抗剪强度的变化，因此上式又改写成,为了区分，前者称为总应力抗剪强度公式，后者称为有效应力抗剪强度公式。,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,土的抗剪强度一般可分为两部分：一部分与颗粒间的法向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是,摩擦力,；另一部分是与法向应力无关的土粒之间的粘结力，通常称为,粘聚力,。,影响因素,土的抗剪强度,内在因素,外在因素：,试验时的排水条件等因素,颗粒间的有效法向应力,土的孔隙比,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,一、莫尔,-,库伦强度理论,莫尔最初提出的强度理论认为材料受荷载作用发生破坏是剪切破坏，滑动面上的剪应力是法向应力的函数。,此函数所定的曲线称为莫尔破坏包线。实际上库伦定律是莫尔强度理论的特例，此时的莫尔破坏包线为一直线。,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,二、土的极限平衡条件,莫尔,-,库伦破坏准则,从土体中任取一单元体，设该单元体上的大、小主应力分别为,1,和,3,，在单元体内与大主应力作用面成任意角,的平面上有法向应力,和剪应力,。,3,3,1,1,3,1,斜面上的应力,根据静力平衡条件,3,1,经过整理我们得到莫尔应力圆方程,O,1,3,1/2(,1,+,3,),2,A(,),圆心坐标,1/2(,1,+,3,),，,0,应力圆半径,r,1/2(,1,3,),土中某点的,应力状态,可用莫尔应力圆描述,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,土的极限平衡条件,由于土中某点可能发生剪切破坏的位置一般不能预先确定，该点往往处于复杂的应力状态，无法利用库伦定律直接判断该点是否发生剪切破坏。但是我们可以通过计算出该点的主应力，画出其莫尔应力圆，并将库伦定律的莫尔破坏包线与其画在同一坐标系中，根据两者的相对位置来判别该点所处的状态。,可分为以下的三种状态：,莫尔破坏包线与莫尔应力圆不相交,莫尔破坏包线与莫尔应力圆相割,莫尔破坏包线与莫尔应力圆相切,应力圆与强度线,相离：,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,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,极限平衡状态时,3,1,c,f,2,f,A,cctg,1/2(,1,+,3,),无粘性土：,c=0,粘性土：,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为,f,说明：,剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成,/2,的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力,max,所控制。,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,f,2,f,3,1,c,A,cctg,1/2(,1,+,3,),max,结论,:,（,4,）已知大小主应力中任何一个，即可求得另一个；或在已知抗剪指标与大小主应力的情况下，判断土体的平衡状态,.,（,1,）土的强度破坏原因：由于土中某点剪切面上的剪应力达到和超过了土的抗剪强度所致。,（,3,）,强度包线：,当土体处于极限状态时，土中该点的极限应力圆与抗剪强度线相切，一 组极限应力圆的公切线,.,内摩擦角：,强度包线与纵坐标的截距为土的黏聚力,与横坐标夹角为土的内摩擦角。,（,2,）土中某点达到剪切破坏状态的应力条件：必须是法向应力和剪应力的某种组合符合库仑定律的破坏准则,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,例题分析,地基中某一单元土体上的大主应力为,430kPa,，小主应力为,200kPa,。通过试验测得土的抗剪强度指标,c,=15,KPa,，,=20,o,。试问该单元土体处于何种状态？单元土体最大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生剪破？,【,解答,】,已知,1430kPa,，,3,=200kPa,，,c,=15kPa,，,=20,o,1.,计算法,计算结果表明：,1f,大于该单元土体实际大主应力,1,，实际应力圆半径,小于,极限应力圆半径，所以，该单元土体处于弹性平衡状态,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,计算结果表明：,3,f,小于该单元土体实际小主应力,3,，实际应力圆半径,小于,极限应力圆半径,，所以，该单元土体处于弹性平衡状态,在剪切面上,库仑定律,由于,f,，所以，该单元土体处于弹性平衡状态,土力学相关知识,项目七,土的抗剪强度和地基承载力,2.,图解法,c,1,1f,3f,实际应力圆,极限应力圆,最大剪应力与主应力作用面成,45,o,最大剪应力面上的法向应力,库仑定律,最大剪应力面上,z,0,zz,0,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,朗肯主动土压力计算,填土为,粘性土,H,E,a,总主动土压力,z,0,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,朗肯被动土压力计算,填土为,无粘性土（砂土）,竖向应力为小主应力,水平向应力为大主应力,45,-,f,/2,无粘性土的极限平衡条件,于是：,被动土压力强度,p,p,=,1,f,v,=z,K,0,v,p,p,=,s,1,s,3,z,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,例题,2,、,有一高,7m,的挡土墙，墙背直立光滑、填土表面水平。填土的物理力学性质指标为：,c=12kPa,，,18kN/m3,。试求主动土压力及作用点位置，并绘出主动土压力分布图。,解（,1,）总主动土压力,例题,2,图,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,（,2,）临界深度,z,0,为,（,3,）主动土压力,Pa,作用点距墙底的距离为,（,4,）在墙底处的主动土压力强度为,（,5,）主动土压力分布曲线上图所示。,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,朗肯被动土压力计算填土为,无粘性土（砂土）,45,-,f,/2,p,p,=,s,1,s,3,z,被动土压力强度,朗肯被动土压力系数,总被动土压力,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,朗肯被动土压力计算,填土,为粘性土,竖向应力为小主应力,水平向应力为大主应力,粘性土的极限平衡条件,于是：,被动土压力强度,p,p,=,1,f,v,=z,K,0,v,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,朗肯被动土压力计算,填土为,粘性土,被动土压力强度,朗肯被动土压力系数,正号,E,p,H,总被动土压力,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,例题,3,：挡土墙高,6m,，墙背垂直、光滑、墙后填土表面水平，填土重度为,19,KN/m,3,，,c=0,，,=34,0,，在填土表面作用均布荷载,10,Kpa,，计算作用在墙上的主动土压力,Ea,及强度分布。,解,:,先求土压力系数,Ka,2.8kPa,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,求墙背顶、底所受土压力强度，并绘制分布图,2.8kPa,计算强度分布面积得到总土压力,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,合力点通过梯形的形心,例题,4,：挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑；填土共两层。求主动土压力,E,a,，并画出,a,分布图。,解：先计算各层填土的 土压力系数,计算土层界面及墙底的土压力强度，并绘图,:,44.28,3m,17,0,1,2,3m,21.5,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,计算强度分布图的面积得主动土压力,Ea,44.28,3m,17,0,1,2,3m,21.5,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,0,1,2,2m,3m,5m,12,例题,5,：已知挡土墙条件如图。墙背垂直、光滑；填土为砂土，,地下水位在,3m,深度处,。求挡土墙所受的主动土压力和总侧向压力。,解：先计算主动土压力系数,求墙背顶、底和地下水位处的土压力强度,22kPa,w=,30kPa,或独立绘出水压力强度分布图,w=,30kPa,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,0,1,2,2m,3m,5m,12,求主动土压力合力,求墙底背水压力强度,求总水压力,总侧向压力,22kPa,w=,30kPa,或独立绘出水压力强度分布图,w=,30kPa,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,土力学相关知识,项目八,土压力及土坡稳定,