第6章土的抗剪强度

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1、第6章 土的抗剪强度土的抗剪强度理论、试验方法土的抗剪强度理论、试验方法 土的极限平衡条件土的极限平衡条件 粘性土、无粘性土的粘性土、无粘性土的t tf 特点特点6.1 6.1 概概 述述 土的抗剪强度t tf （Shear strength）土体抵抗剪切破坏的极限能力。土体抵抗剪切破坏的极限能力。 土体沿着某一方向发生一部分相对于另土体沿着某一方向发生一部分相对于另一部分的移动，即发生剪切破坏。一部分的移动，即发生剪切破坏。 若继续增加荷载，土中最终形成连续滑若继续增加荷载，土中最终形成连续滑动面，导致土体失稳。动面，导致土体失稳。 (a) 土体滑坡(b) 挡土墙倾覆(c) 地基失稳6.2

2、6.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论1 库仑库仑( Coulomb)抗剪强度公式抗剪强度公式 ftant t （1 1） 砂土砂土（2 2）粘性土）粘性土ftanct t c、 称为土的（抗剪）强度指标。称为土的（抗剪）强度指标。 c内聚力，内聚力，kPa 内摩擦角，度内摩擦角，度 破坏面上的正应力，破坏面上的正应力，kPa（3 3）f 的特点的特点ftanctt非定值非定值内聚力内聚力 c ： 电分子吸引力电分子吸引力 胶体物质胶结力胶体物质胶结力内摩擦力内摩擦力tan 内摩擦系数内摩擦系数=tan无粘性土无粘性土c = 0土粒的大小、形状、粗糙度土粒的大小、形状、粗糙度土粒的矿物成分土

3、粒的矿物成分土的密实度土的密实度含水量含水量w结构扰动情况结构扰动情况 应力历史应力历史（4 4） 影响影响f 的因素的因素（5 5）f 的有效应力表示法的有效应力表示法f tanct t c有效内聚力有效内聚力有效内摩擦角有效内摩擦角破坏面上的有效正应力破坏面上的有效正应力2 莫尔莫尔-库仑库仑(Mohr-Coulomb)强度理论强度理论 与极限平衡条件与极限平衡条件 土的强度特指抗剪强度土的强度特指抗剪强度土体的破坏为剪切破坏土体的破坏为剪切破坏关于土体强度破坏的条件有多种：关于土体强度破坏的条件有多种： 莫尔莫尔-库仑库仑（Mohr-Coulomb）条件条件 广义米赛斯（广义米赛斯（Mi

4、ses）条件）条件 广义屈瑞斯卡（广义屈瑞斯卡（Tresca）条件）条件 广义双剪应力条件广义双剪应力条件莫尔莫尔(Mohr)提出材料产提出材料产生剪切破坏时，破坏面生剪切破坏时，破坏面上的剪应力上的剪应力f是该面上法是该面上法向应力向应力的函数，即的函数，即 f( )ftt 该函数表示的曲线称为莫尔包线。该函数表示的曲线称为莫尔包线。 由库仑公式表示莫尔包线的土体抗剪强度由库仑公式表示莫尔包线的土体抗剪强度理论称为莫尔理论称为莫尔-库仑强度理论。库仑强度理论。 cf=c+tanf=f()o 剪切强度条件剪切强度条件 当土中某点在沿某方向的平面上的当土中某点在沿某方向的平面上的剪应力剪应力达到

5、达到抗剪强度抗剪强度，则该点达到极限平衡状态，即，则该点达到极限平衡状态，即该点在沿该方向的平面上发生剪切破坏。该点在沿该方向的平面上发生剪切破坏。 若采用若采用Mohr-Coulomb强度理论表示，则强度理论表示，则称为称为Mohr-Coulomb强度条件强度条件。土中任意点土中任意点M处的应力处的应力（基于（基于平面问题）平面问题）00 xyFF 3d sin0s 1cosdsindd cos0sss t t cosdst t sinds 圆的解析方程圆的解析方程-MohrMohr圆圆M0132O1，圆心)0 ,2(3110231r半径土中一点的某一平面上应力为：土中一点的某一平面上应力为

6、：1313cos222 13sin22 t t 222131322 t t 极限平衡条件：极限平衡条件：ft tt t 直线相切圆与fMohrt极限平衡状态极限平衡状态圆圆-t tt tf，不会发生剪切破坏；，不会发生剪切破坏；圆圆-t t= =t tf，剪应力处于极限平衡状态；，剪应力处于极限平衡状态；圆圆-t tt tf，已剪切破坏。，已剪切破坏。213tan (45)2 tan(45)22c 231tan (45)2 tan(45)22c 13132sinot2c c 破坏角破坏角 ff290 f452 f 为破坏面与为破坏面与 1作用面的夹角作用面的夹角 破坏面上破坏面上t t t t

7、 max， 而是而是t t = t t f例例已知：地基某点已知：地基某点1=450kPa，3=126kPa， 试验测得试验测得c=45kPa，=30 问：（问：（1）该点是否发生剪切破坏？）该点是否发生剪切破坏？ （2）若）若3不变，不变，1为多大时该点破坏？为多大时该点破坏？23tan (45/2)2tan(45/2)c 答答（1）该点没有破坏）该点没有破坏 （2）若）若3不变，不变，1=533.9kPa时该点才破坏时该点才破坏23030126tan452 45tan 4522 1533.9(kPa) 解解6.3 6.3 土的抗剪强度测定方法土的抗剪强度测定方法室内室内室外室外直直接接剪剪

8、切切三三轴轴剪剪切切无无侧侧限限抗抗压压十十字字板板剪剪切切大大型型直直剪剪1轮轴；轮轴； 2底座；底座； 3透水石；透水石； 6上盒；上盒； 7土样土样9钢环；钢环； 10下盒；下盒；5传压活塞；传压活塞；4、8百分表百分表1 1 直接剪切试验直接剪切试验(1) 仪器设备仪器设备应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪(2) 试验原理试验原理FA maxfVAt tt t 剪切破坏面上：剪切破坏面上：(3) 试验方法试验方法 根据施加竖向应力所产生的根据施加竖向应力所产生的固结效应固结效应、试验、试验土样的排水性能与施加水平推力速度的土样的排水性能与施加水平推力速度的相对关系相对关系，直接剪切试验可