1、會(huì)計(jì)學(xué)1土抗剪強(qiáng)土抗剪強(qiáng)第一頁，共36頁。2、主要內(nèi)容、主要內(nèi)容庫侖定律、土的極限平衡條件、用直接剪切儀庫侖定律、土的極限平衡條件、用直接剪切儀和三軸剪切儀測(cè)定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和三軸剪切儀測(cè)定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(zhbio)的方的方法。法。第3頁/共36頁第2頁/共36頁第二頁，共36頁。7.2 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度(qingd)理理論論7.2.1 庫倫定律庫倫定律(dngl)及抗剪強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)指標(biāo) 在應(yīng)力水平不很高的情況(qngkung)下，一般土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系如下式所示： 上式是庫倫(C.A.Coulomb，法國)于1773年首先提出的，稱為土體抗剪強(qiáng)度的庫倫公式庫倫公式(定律

2、定律)。第4頁/共36頁第3頁/共36頁第三頁，共36頁。 由于土的有效應(yīng)力原理的研究和發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到，只有有效應(yīng)力的變化才能引起土體強(qiáng)度的變化，又將上述的庫倫(k ln)公式改寫為 第5頁/共36頁第4頁/共36頁第四頁，共36頁。 -土體剪切破裂(pli)面上的有效法向應(yīng)力；u-土中的超靜孔隙水壓；c-土的有效粘聚力；-土的有效內(nèi)摩擦角。 c和稱為土的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。對(duì)于同一種土，c和的數(shù)值在理論上應(yīng)接近于常數(shù)(chngsh),與試驗(yàn)方法無關(guān)。第6頁/共36頁第5頁/共36頁第五頁，共36頁。7.2.2 莫爾莫爾庫倫強(qiáng)度理論庫倫強(qiáng)度理論(lln)與極限平衡條件與極限平衡條件1. 莫爾莫

3、爾庫倫強(qiáng)度理論庫倫強(qiáng)度理論 2. 莫爾（莫爾（C.O.Mohr, 1910 , 德國）繼庫倫的早德國）繼庫倫的早期研究工作，提出土體的破壞是剪切破壞的理論期研究工作，提出土體的破壞是剪切破壞的理論，認(rèn)為在破裂面上，認(rèn)為在破裂面上(min shn)，法向應(yīng)力，法向應(yīng)力與與抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度f之間存在著函數(shù)關(guān)系，即之間存在著函數(shù)關(guān)系，即 第7頁/共36頁第6頁/共36頁第六頁，共36頁。 這個(gè)(zh ge)函數(shù)在f坐標(biāo)中是一條曲線，稱為莫爾破壞包絡(luò)線（或抗剪強(qiáng)度包線） 實(shí)驗(yàn)證明，一般土在應(yīng)力水平不很高的情況下，莫爾破壞包線近似于一條直線，可以用庫倫抗剪強(qiáng)度公式(gngsh)來表示。由庫倫公式(gng

4、sh)表示莫爾破壞包線的強(qiáng)度理論稱為莫爾庫倫強(qiáng)度理論。 第8頁/共36頁第7頁/共36頁第七頁，共36頁。2. 極限極限(jxin)平衡平衡條件條件 當(dāng)土中任意點(diǎn)在某一方向(fngxing)的平面上所受的剪應(yīng)力達(dá)到土體的抗剪強(qiáng)度，即 時(shí)，就稱該點(diǎn)處于極限平衡(pnghng)狀態(tài)。 反映土體中某點(diǎn)處于極限平衡(pnghng)狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力條件，稱為極限平衡(pnghng)條件(土體的剪切破壞條件)。 第9頁/共36頁第8頁/共36頁第八頁，共36頁。 在地基土中任意點(diǎn)取出一微分單元體，設(shè)作用在該微分體上的最大和最小主應(yīng)力分別為1和3。根據(jù)隔離體abc的靜力平衡條件，可得微分體內(nèi)(t ni)與最大主

5、應(yīng)力1作用平面成任意角度的平面mn上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力,根據(jù)靜力平衡條件： （1）土中某點(diǎn)的應(yīng)力）土中某點(diǎn)的應(yīng)力(yngl)狀態(tài)狀態(tài)第10頁/共36頁第9頁/共36頁第九頁，共36頁。也可以用莫爾應(yīng)力圓來求土中任一點(diǎn)(y din)的應(yīng)力狀態(tài)： 第11頁/共36頁第10頁/共36頁第十頁，共36頁。（2）土的極限平衡條件（莫爾）土的極限平衡條件（莫爾-庫倫破壞庫倫破壞(phui)準(zhǔn)則）準(zhǔn)則） 抗剪強(qiáng)度(qingd)包線與莫爾應(yīng)力圓之間的可能關(guān)系有三種：（1）整個(gè)莫爾圓位于抗剪強(qiáng)度(qingd)包線的下方，土處于彈性平衡狀態(tài)（2）莫爾圓與抗剪強(qiáng)度(qingd)包線相切，土處于極限平衡狀態(tài)（3）莫爾圓

6、與抗剪強(qiáng)度(qingd)包線相割，土單元已經(jīng)破壞 第12頁/共36頁第11頁/共36頁第十一頁，共36頁。 如圖中II圓，莫爾應(yīng)力圓恰好與抗剪強(qiáng)度線相切，切點(diǎn)為A，則表明切點(diǎn)A所代表的平面(pngmin)上的剪應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度f相等，該點(diǎn)土體處于極限平衡狀態(tài)，根據(jù)其幾何關(guān)系，就可以建立起土體的極限平衡條件。 對(duì)粘性(zhn xn)土和粉土，有 第13頁/共36頁第12頁/共36頁第十二頁，共36頁。對(duì)于(duy)無粘性土，有 由下圖的幾何關(guān)系可以求得剪切面（破裂面）與大主應(yīng)力面（1的作用(zuyng)面）的夾角，有第14頁/共36頁第13頁/共36頁第十三頁，共36頁。 上面幾個(gè)公式都是表示土單

7、元體達(dá)到極限平衡時(shí)(破壞時(shí))主應(yīng)力的關(guān)系(gun x)，這就是莫爾-庫倫理論的破壞準(zhǔn)則，也稱之為極限平衡條件。對(duì)于(duy)無粘性土對(duì)粘性(zhn xn)土和粉土第15頁/共36頁第14頁/共36頁第十四頁，共36頁。7.3 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度(qingd)試驗(yàn)方試驗(yàn)方法法7.3.1 直接直接(zhji)剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) 土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是通過土工試驗(yàn)確定的。室內(nèi)土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是通過土工試驗(yàn)確定的。室內(nèi)(sh ni)試驗(yàn)常用的方法有直接剪切試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試驗(yàn)常用的方法有直接剪切試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試的方法有十字板剪切試驗(yàn)和大型直剪試驗(yàn)。試的方法有十字板剪切

8、試驗(yàn)和大型直剪試驗(yàn)。 (1) 試驗(yàn)儀器與基本試驗(yàn)儀器與基本原理原理 第16頁/共36頁第15頁/共36頁第十五頁，共36頁。直接剪切儀的優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便。直接剪切儀的優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便。直接剪切儀的缺點(diǎn)：直接剪切儀的缺點(diǎn)： 剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的剪切面破壞；剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的剪切面破壞； 剪切面上剪切面上(min shn)剪應(yīng)力分布不均，從邊緣開始，在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；剪應(yīng)力分布不均，從邊緣開始，在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象； 在剪切過程中，剪切面逐漸縮小，而計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)卻按圓截面計(jì)算；在剪切過程中，剪切面逐漸縮小，而計(jì)

9、算抗剪強(qiáng)度時(shí)卻按圓截面計(jì)算； 試驗(yàn)時(shí)不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測(cè)孔隙水壓力。試驗(yàn)時(shí)不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測(cè)孔隙水壓力。第17頁/共36頁第16頁/共36頁第十六頁，共36頁。7.3.2 三軸剪切試驗(yàn)三軸剪切試驗(yàn)(shyn) (1) 試驗(yàn)試驗(yàn)(shyn)儀器與基本原理儀器與基本原理 三軸剪切試驗(yàn)儀（也稱三軸壓縮儀）由受壓室、周圍壓力控制系統(tǒng)、軸向加壓系統(tǒng)、孔隙水壓力系統(tǒng)以及試樣(sh yn)體積變化量測(cè)系統(tǒng)等組成。 第18頁/共36頁第17頁/共36頁第十七頁，共36頁。 三軸試驗(yàn)基本原理(a)試樣圍壓 (b)破壞時(shí)試樣主應(yīng)力 (c)應(yīng)力圓與強(qiáng)度包線 第19頁/共36頁第18頁/共36頁

10、第十八頁，共36頁。 軸壓縮試驗(yàn)按剪切前的固結(jié)( ji)程度和剪切時(shí)的排水條件，分為以下三種試驗(yàn)方法：（1）不固結(jié)( ji)不排水試驗(yàn)（UU） （Un-consolidated Un-drained）；（2）固結(jié)( ji)不排水試驗(yàn)（CU） （Consolidated Un-drained）；（3）固結(jié)( ji)排水試驗(yàn)（CD） （Consolidated Drained）。第20頁/共36頁第19頁/共36頁第十九頁，共36頁。1不固結(jié)不排水不固結(jié)不排水 (UU或稱快剪或稱快剪)試驗(yàn)試驗(yàn)(shyn) 在全部剪切試驗(yàn)在全部剪切試驗(yàn)(shyn)過程中都不讓土樣排水固結(jié)。過程中都不讓土樣排水固結(jié)。

11、2固結(jié)不排水固結(jié)不排水 (CU或稱固結(jié)快剪或稱固結(jié)快剪)試驗(yàn)試驗(yàn)(shyn) 在周圍壓力（或法向壓力）作用下使土樣完全固結(jié)，而在土樣的剪切至破壞的過程中不（或來不及）排水。在周圍壓力（或法向壓力）作用下使土樣完全固結(jié)，而在土樣的剪切至破壞的過程中不（或來不及）排水。第21頁/共36頁第20頁/共36頁第二十頁，共36頁。3固結(jié)排水固結(jié)排水(CD或稱慢剪或稱慢剪)試驗(yàn)試驗(yàn)(shyn) 隙水充分排出，始終保持隙水充分排出，始終保持u=0。 在實(shí)際工程中，要根據(jù)地基土的實(shí)際受力情況和排水條件選用合適的試驗(yàn)在實(shí)際工程中，要根據(jù)地基土的實(shí)際受力情況和排水條件選用合適的試驗(yàn)(shyn)方法。方法。 如果施

12、工周期縮短，結(jié)構(gòu)荷載增長(zhǎng)速率較快，因此驗(yàn)算施工結(jié)束時(shí)的地基短期承載力時(shí)，采用不固結(jié)不排水如果施工周期縮短，結(jié)構(gòu)荷載增長(zhǎng)速率較快，因此驗(yàn)算施工結(jié)束時(shí)的地基短期承載力時(shí)，采用不固結(jié)不排水(快剪快剪)，以保證工程的安全。，以保證工程的安全。 對(duì)于施工周期較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)荷載增長(zhǎng)速率較慢的工程，宜根據(jù)建筑物的荷載及預(yù)壓荷載作用下地基的固結(jié)程度，采用固結(jié)不排水剪。對(duì)于施工周期較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)荷載增長(zhǎng)速率較慢的工程，宜根據(jù)建筑物的荷載及預(yù)壓荷載作用下地基的固結(jié)程度，采用固結(jié)不排水剪。 第22頁/共36頁第21頁/共36頁第二十一頁，共36頁。不固結(jié)不排水不固結(jié)不排水（ UUUU）用來模擬透水性弱的粘土地基受到建筑物的

13、快速荷載或土壩在快速施工快速施工中被剪破的情況固結(jié)排水固結(jié)排水（CDCD）用來模擬粘土地基和土壩在自重下已經(jīng)壓縮穩(wěn)定后，受緩慢荷載被剪破的情況或砂土受靜荷載被剪破的情況固結(jié)不排水固結(jié)不排水 (CU)主要用來測(cè)定土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)和推求原位不排水剪強(qiáng)度第23頁/共36頁第22頁/共36頁第二十二頁，共36頁。（2 2）三軸壓縮儀的優(yōu)缺點(diǎn)）三軸壓縮儀的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能較為嚴(yán)格地控制排水條件以及可以量測(cè)試件中孔隙水壓力的變化，試件中的應(yīng)力狀態(tài)比較明確，破裂面發(fā)生在最薄弱的部位最薄弱的部位。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：試件中的主應(yīng)力 ， 而實(shí)際上土體的受力狀態(tài)未必都屬于軸對(duì)稱情況。32第24頁/

14、共36頁第23頁/共36頁第二十三頁，共36頁。7.3.3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(kn y qin d)試驗(yàn)試驗(yàn) 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(kn y qin d)試驗(yàn)是周圍壓力3=0（無側(cè)限）的一種特殊三軸壓縮試驗(yàn)，又稱單軸試驗(yàn)，該試驗(yàn)多在無側(cè)限抗壓儀上進(jìn)行。 第25頁/共36頁第24頁/共36頁第二十四頁，共36頁。 試驗(yàn)時(shí)，在不加任何側(cè)向壓力的情況下，對(duì)圓柱體試樣施加軸向壓力，直至試樣剪切破壞為止。試樣破壞時(shí)的軸向壓力以qu表示，稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。 對(duì)于飽和(boh)軟粘土，=0，其抗剪強(qiáng)度線與軸平行，且有cu=qu/2。所以，可用無側(cè)限抗壓試驗(yàn)測(cè)定飽和(boh)軟粘土的強(qiáng)度。 uutqq

15、S第26頁/共36頁第25頁/共36頁第二十五頁，共36頁。7.3.4 十字十字(sh z)板剪切試驗(yàn)板剪切試驗(yàn) 十字(sh z)板剪切試驗(yàn)是一種土的抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法，適合于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和軟粘土的原位不排水抗剪強(qiáng)度。采用的試驗(yàn)設(shè)備主要是十字(sh z)板剪力儀。 第27頁/共36頁第26頁/共36頁第二十六頁，共36頁。 試驗(yàn)時(shí)，先將十字板壓入土中至測(cè)試的深度，然后由地面上的扭力裝置對(duì)鉆桿(zun n)施加扭矩，使埋在土中的十字板扭轉(zhuǎn)，直至土體剪切破壞（破壞面為十字板旋轉(zhuǎn)所形成的圓柱面）。 第28頁/共36頁第27頁/共36頁第二十七頁，共36頁?？辜魪?qiáng)度(qingd)公式：322DHD

16、Mf優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)土的擾動(dòng)小，特別優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)土的擾動(dòng)小，特別(tbi)(tbi)適用于均勻飽和軟粘土。適用于均勻飽和軟粘土。第29頁/共36頁第28頁/共36頁第二十八頁，共36頁。7.5.5 7.5.5 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇 首先要根據(jù)工程問題的性質(zhì)確定分析方法，進(jìn)而決定采用總應(yīng)力或有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，然后選擇測(cè)試方法。一般認(rèn)為，由三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)確定的有效應(yīng)力強(qiáng)度參數(shù) 和 宜用于分析地基的長(zhǎng)期穩(wěn)定性（如土坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定分析，估計(jì)擋土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期土壓力等）；而對(duì)于飽和粘性土的短期穩(wěn)定問題，則宜采用不固結(jié)不排水試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo) ，即 ，以總應(yīng)力法分析。

17、一般工程問題多采用總應(yīng)力法分析，其指標(biāo)和測(cè)試方法大致如下：c)(uc0u第30頁/共36頁第29頁/共36頁第二十九頁，共36頁。 若建筑物施工速度較快，而地基土的透水性和排水若建筑物施工速度較快，而地基土的透水性和排水條件條件(tiojin)不良時(shí)，可采用三軸儀不固結(jié)不排水試驗(yàn)不良時(shí)，可采用三軸儀不固結(jié)不排水試驗(yàn)或直剪儀快剪試驗(yàn)的結(jié)果；如果地基荷載增長(zhǎng)速率較慢，或直剪儀快剪試驗(yàn)的結(jié)果；如果地基荷載增長(zhǎng)速率較慢，地基透水性不太小（如低塑性的粘土）以及排水條件地基透水性不太?。ㄈ绲退苄缘恼惩粒┮约芭潘畻l件(tiojin)又較佳時(shí)（如粘土中夾砂層），則可采用固結(jié)又較佳時(shí)（如粘土中夾砂層），則可采用固結(jié)排水或慢剪試驗(yàn)；如介于上述兩種情況之間，可用固結(jié)排水或慢剪試驗(yàn)；如介于上述兩種情況之間，可用固結(jié)不排水或固結(jié)快剪試驗(yàn)結(jié)果。不排水或固結(jié)快剪試驗(yàn)