第九章土的抗剪強度1課件土壓力邊坡穩(wěn)定地基承載力擋土結構物破壞各種類型的滑坡地基的破壞工程中土體的破壞類型2課件工程中的強度問題概述土的抗剪強度：土體抵抗剪切破壞的極限能力

3課件Occ：粘聚力：內摩擦角庫侖公式土的抗剪強度的計算5課件二、土體抗剪強度影響因素摩擦力的兩個來源

1.滑動摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產生的摩擦

2.咬合摩擦：土粒間互相嵌入所產生的咬合力粘聚力：由土粒之間的膠結作用和電分子引力等因素形成抗剪強度影響因素摩擦力：剪切面上的法向總應力、土的初始密度、土粒級配、土粒形狀以及表面粗糙程度粘聚力：土中礦物成分、粘粒含量、含水量以及土的結構6課件NT=NtgφuT滑動摩擦（1）滑動摩擦2、摩擦強度tg由顆粒之間發(fā)生滑動時顆粒接觸面粗糙不平所引起，與顆粒大小，礦物組成等因素有關0.020.060.20.623020顆粒直徑(mm)滑動摩擦角u粗粉細砂中砂粗砂7課件密度（e,粒徑級配（Cu,Cc）顆粒的礦物成分對于：砂土>粘性土；高嶺石>伊里石>蒙特石粒徑的形狀（顆粒的棱角與長寬比）在其他條件相同時：一般，對于粗粒土，顆粒的棱角提高了內摩擦角影響土的摩擦強度的主要因素：9課件粘聚強度機理靜電引力（庫侖力）范德華力顆粒間膠結假粘聚力（毛細力等）粘聚強度影響因素地質歷史粘土顆粒礦物成分密度離子價與離子濃度3、粘聚強度10課件莫爾圓應力分析符號規(guī)定材料力學+-+-土力學正應力剪應力拉為正壓為負順時針為正逆時針為負壓為正拉為負逆時針為正順時針為負莫爾-庫倫強度理論(極限平衡條件)11課件O+zx2113課件四、土的極限平衡條件應力圓與強度線相離：

強度線應力圓與強度線相切：應力圓與強度線相割：極限應力圓τ<τf

彈性平衡狀態(tài)

τ=τf

極限平衡狀態(tài)

τ>τf

破壞狀態(tài)

14課件莫爾－庫侖破壞準則莫爾應力圓與庫侖強度線相切的應力狀態(tài)作為土的破壞準則(目前判別土體所處狀態(tài)的最常用準則)

強度線

15課件根據(jù)應力狀態(tài)計算出大小主應力σ1、σ3判斷破壞可能性σ1<σ1f安全狀態(tài)σ1=σ1f

極限平衡狀態(tài)σ1>σ1f不可能狀態(tài)Oc1f311判別對象：土體微小單元（一點）3=常數(shù)：17課件根據(jù)應力狀態(tài)計算出大小主應力σ1、σ3判斷破壞可能性σ3>σ3f安全狀態(tài)σ3=σ3f極限平衡狀態(tài)σ3<σ3f不可能狀態(tài)Oc13f331=常數(shù)：18課件f強度包線以內：任何一個面上的一對應力與都沒有達到破壞包線，不破壞；與破壞包線相切：該面上的應力達到破壞狀態(tài)；與破壞包線相交：有一些平面上的應力超過強度；不可能發(fā)生。19課件例1:一飽和粘性土試樣在三軸儀中進行固結不排水試驗,施加周圍壓力,試件破壞時主應力差,測得孔隙水壓力,有效內摩擦角,有效粘聚力,試求破壞面上的法向應力和剪應力及試件中的最大剪應力.21課件例2:試說明為什么上例中試樣發(fā)生在57°的平面,而不是發(fā)生在最大剪應力的作用面.22課件231f45°＋/2破裂面Oc1f325.滑裂面的位置與大主應力面夾角：α=45+/2破壞面為什么不在最大剪應力作用面上？23課件二、土的抗剪強度指標測定施加σ（=P/A）施加S量測（=T/A）上盒下盒PSTA1、直剪試驗（庫侖1776）試驗方法σ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPa25課件試驗儀器：直剪儀（應力控制式，應變控制式）26課件設備簡單，操作方便結果便于整理測試時間短優(yōu)點試樣應力狀態(tài)復雜應變不均勻不易控制排水條件剪切面固定缺點PSTA類似試驗：環(huán)剪試驗單剪試驗二、直剪試驗TP試樣內的變形分布29課件1、試樣應力特點與試驗方法2、強度包線3、試驗類型4、優(yōu)缺點試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓桿有機玻璃罩橡皮膜透水石頂帽量測體變或孔壓三軸試驗30課件二、三軸剪切試驗應變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測系統(tǒng)組成應力控制式三軸儀試驗步驟:

3

3

3

3

3

3△△2.施加周圍壓力3.施加豎向壓力1.裝樣31課件方法：首先試樣施加靜水壓力—室壓（圍壓）1=2=3；然后通過活塞桿施加的是應力差Δ1=1-3。1、試樣應力特點與試驗方法特點：試樣是軸對稱應力狀態(tài)。垂直應力z一般是大主應力；徑向與切向應力總是相等r=，亦即1=z；2=3=r32課件固結排水試驗（CD試驗）1打開排水閥門，施加圍壓后充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散；2打開排水閥門，慢慢施加軸向應力差以便充分排水，避免產生超靜孔壓固結不排水試驗（CU試驗）1打開排水閥門，施加圍壓后充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散；2關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差過程中不排水不固結不排水試驗（UU試驗）1關閉排水閥門，圍壓下不固結；2關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差過程中不排水cd、d

ccu、cu

cu、u

3、試驗類型33課件二.三軸試驗強度指標剪切前固結條件剪切中排水條件固結Consolidated排水Drained1.固結排水試驗（CD）2.固結不排水試驗（CU）固結Consolidated不排水Undrained不固結Unconsolidated不排水Undrained三種試驗3.不固結不排水試驗（UU）34課件強度包線(1-)fc

(1-)f11-31

=15%分別作圍壓為100kPa

、200kPa

、300kPa的三軸試驗，得到破壞時相應的（1-)f繪制三個破壞狀態(tài)的應力莫爾圓，畫出它們的公切線——強度包線，得到強度指標c與

2、強度包線35課件優(yōu)點：1應力狀態(tài)和應力路徑明確；2排水條件清楚，可控制；3破壞面不是人為固定的缺點：設備相對復雜，現(xiàn)場難以試驗說明：3＝0即為無側限抗壓強度試驗4、優(yōu)點和缺點真三軸儀空心圓柱扭剪儀36課件三、無側限抗壓強度試驗ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無側限壓縮儀無側限抗壓強度試驗是三軸剪切試驗的特例，對試樣不施加周圍壓力，即3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無側限壓力條件下，剪切破壞時試樣承受的最大軸向壓力qu，稱為無側限抗壓強度

試樣37課件一般適用于測定軟粘土的不排水強度指標；鉆孔到指定的土層，插入十字形的探頭；通過施加的扭矩計算土的抗剪強度三、十字板剪切試驗38課件§9.3排水條件與試驗成果的關系一、總應力強度指標與有效應力強度指標庫侖定律說明：施加于試樣上的垂直法向應力為總應力，c、為總應力意義上的土的粘聚力和內摩擦角，稱之為總應力強度指標根據(jù)有效應力原理：土的抗剪強度并不是由剪切面上的法向總應力決定，而是取決于剪切面上的法向有效應力

c、

為土的有效粘聚力和有效內摩擦角，即土的有效應力強度指標有效應力強度指標確切地表達出了土的抗剪強度的實質，是比較合理的表達方法

39課件二、不同排水條件時的剪切試驗方法及成果表達1.不固結不排水剪（UU）

三軸試驗：施加周圍壓力3、軸向壓力△直至剪破的整個過程都關閉排水閥門，不允許試樣排水固結

3

3

3

3

3

3△△直剪試驗：通過試驗加荷的快慢來實現(xiàn)是否排水。使試樣在3～5min之內剪破，稱之為快剪關閉排水閥40課件

3

3

3

3

3

3△△有效應力圓總應力圓u=0BCcuuAA

3A

1A飽和粘性土在三組3下的不排水剪試驗得到A、B、C三個不同3作用下破壞時的總應力圓試驗表明：雖然三個試樣的周圍壓力3不同，但破壞時的主應力差相等，三個極限應力圓的直徑相等，因而強度包線是一條水平線三個試樣只能得到一個有效應力圓

41課件2.固結不排水剪（CU）

三軸試驗：施加周圍壓力3時打開排水閥門，試樣完全排水固結，孔隙水壓力完全消散。然后關閉排水閥門，再施加軸向壓力增量△，使試樣在不排水條件下剪切破壞

3

3

3

3

3

3△△直剪試驗：剪切前試樣在垂直荷載下充分固結，剪切時速率較快，使土樣在剪切過程中不排水，這種剪切方法為稱固結快剪打開排水閥關閉排水閥42課件

3

3

3

3

3

3△△將總應力圓在水平軸上左移uf得到相應的有效應力圓，按有效應力圓強度包線可確定c、

ccuc

cu飽和粘性土在三組3下進行固結不排水剪試驗得到A、B、C三個不同3作用下破壞時的總應力圓，由總應力圓強度包線確定固結不排水剪總應力強度指標ccu、

cuABC43課件3.固結排水剪（CD）

三軸試驗：試樣在周圍壓力3作用下排水固結，再緩慢施加軸向壓力增量△，直至剪破，整個試驗過程中打開排水閥門，始終保持試樣的孔隙水壓力為零

3

3

3

3

3

3△△直剪試驗：試樣在垂直壓力下固結穩(wěn)定，再以緩慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整個試驗過程中盡量使土樣排水，試驗方法稱為慢剪打開排水閥44課件在整個排水剪試驗過程中，uf

＝0，總應力全部轉化為有效應力，所以總應力圓即是有效應力圓，總應力強度線即是有效應力強度線。強度指標為cd、dcdd總結:

3

3

3

3

3＋△

3＋△對于同一種土，在不同的排水條件下進行試驗，總應力強度指標完全不同有效應力強度指標不隨試驗方法的改變而不同，抗剪強度與有效應力有唯一的對應關系45課件三、抗剪強度指標的選用

土的抗剪強度指標隨試驗方法、排水條件的不同而異，對于具體工程問題，應該盡可能根據(jù)現(xiàn)場條件決定采用實驗室的試驗方法，以獲得合適的抗剪強度指標

試驗方法適用條件不排水剪或快剪地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較快排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物加荷速率較慢固結不排水剪或固結快剪建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件等介于上述兩種情況之間46課件cu=qu/2cuqu=(4)無側限壓縮試驗：3

=0的不排水試驗47課件例:某飽和粘性土無側限抗壓強度試驗得到不排水抗剪強度，如果對同一土樣進行三軸不固結不排水試驗，施加周圍壓力，問試件將在多大的軸向壓力作用下發(fā)生破壞？48課件例:某飽和粘土的強度指標,取該土樣作固結不排水剪切試驗,測得破壞時