土力學(xué)第五章第一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力§5.1概述碎散性：強(qiáng)度不是顆粒礦物本身的強(qiáng)度，而是顆粒間相互作用-主要是抗剪強(qiáng)度與剪切破壞，顆粒間粘聚力與摩擦力三相體系：三相承受與傳遞荷載-有效應(yīng)力原理

自然變異性：土的強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)雜性第二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日各種類型的滑坡崩塌平移滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)流滑滑裂面第三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日1994年4月30日崩塌體積400萬(wàn)方，10萬(wàn)方進(jìn)入烏江死4人，傷5人，失蹤12人；擊沉多艘船只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡滑坡體崩入烏江近百萬(wàn)方；江水位差數(shù)米，無(wú)法通航。烏江武隆雞冠嶺

山體崩塌第四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日滑坡堰塞湖—易貢湖湖水每天上漲50cm！天然壩

壩高290m滑坡堰塞湖

庫(kù)容15億方2000年西藏易貢巨型滑坡第五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日錨固破壞整體滑動(dòng)底部破壞土體下沉墻體折斷擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞第六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日廣州京光廣場(chǎng)基坑塌方使基坑旁辦公室、民工宿舍和倉(cāng)庫(kù)倒塌，死3人，傷17人第七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日大阪的港口碼頭擋土墻由于液化前傾第八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日地基的破壞地基P滑裂面第九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日某谷倉(cāng)地基的破壞第十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日砂土的液化(liquefaction)日本新瀉1964年地震引起大面積液化第十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日第五章土的強(qiáng)度理論§5.1概述√§5.2土體破壞與土的強(qiáng)度理論§5.3土的抗剪強(qiáng)度的測(cè)定試驗(yàn)§5.4土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)第十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日法國(guó)軍事工程師，在摩擦、電磁方面做出了奠基性的貢獻(xiàn)。1773年發(fā)表了關(guān)于土壓力方面論文，成為土壓力的經(jīng)典理論庫(kù)侖（C.A.Coulomb）(1736-1806)§5.2土的抗剪強(qiáng)度理論第十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日一、庫(kù)侖定律1776年，庫(kù)侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)后來(lái)，根據(jù)粘性土剪切試驗(yàn)庫(kù)侖定律：土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力

的線性函數(shù)

c:土的粘聚力:土的內(nèi)摩擦角f=c+tan粘土cff=tan砂土f第十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日摩擦強(qiáng)度：決定于剪切面上的正應(yīng)力σ和土的內(nèi)摩擦角由顆粒之間發(fā)生滑動(dòng)時(shí)顆粒接觸面粗糙不平所引起，與顆粒的形狀，礦物組成，級(jí)配等因素有關(guān)0.020.060.20.623020顆粒直徑(mm)滑動(dòng)摩擦角u粗粉細(xì)砂中砂粗砂滑動(dòng)摩擦咬合摩擦包括如下兩個(gè)組成部分：滑動(dòng)摩擦二、土體抗剪強(qiáng)度組成部分第十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日摩擦強(qiáng)度：決定于剪切面上的正應(yīng)力σ和土的內(nèi)摩擦角滑動(dòng)摩擦咬合摩擦包括如下兩個(gè)組成部分：是指相鄰顆粒對(duì)于相對(duì)移動(dòng)的約束作用當(dāng)發(fā)生剪切破壞時(shí)，相互咬合著的顆粒A必須抬起，跨越相鄰顆粒B，或在尖角處被剪斷（C），才能移動(dòng)土體中的顆粒重新排列，也會(huì)消耗能量咬合摩擦CABCAB剪切面第十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日密度粒徑級(jí)配顆粒的礦物成分粒徑的形狀粘土顆粒表面的吸附水膜影響土的摩擦強(qiáng)度的主要因素:第十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日細(xì)粒土：粘聚力c取決于土粒間的各種物理化學(xué)作用力作用機(jī)理：庫(kù)倫力（靜電力）、范德華力、

膠結(jié)作用力和毛細(xì)力等影響因素：地質(zhì)歷史、粘土顆粒礦物成分、

密度與離子濃度粗粒土：一般認(rèn)為是無(wú)粘性土，不具有粘聚強(qiáng)度：當(dāng)粗間有膠結(jié)物質(zhì)存在時(shí)可具有一定的粘聚強(qiáng)度非飽和砂土，粒間受毛細(xì)壓力，具有假粘聚力凝聚強(qiáng)度第十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日三、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)土體內(nèi)一點(diǎn)處不同方位的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力

和法向應(yīng)力）

331131dldlcosdlsin楔體靜力平衡第十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日31dldlcosdlsin斜面上的應(yīng)力莫爾應(yīng)力圓方程O131/2(1+3)2A(,)圓心坐標(biāo)[1/2(1+3)，0]應(yīng)力圓半徑r＝1/2(1－3

)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述

第二十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日四、土的極限平衡條件應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離：

強(qiáng)度線應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：極限應(yīng)力圓τ<τf

彈性平衡狀態(tài)

τ=τf

極限平衡狀態(tài)

τ>τf

不可能出現(xiàn)

第二十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則莫爾應(yīng)力圓與庫(kù)侖強(qiáng)度線相切的應(yīng)力狀態(tài)作為土的破壞準(zhǔn)則

(目前判別土體所處狀態(tài)的最常用準(zhǔn)則)

強(qiáng)度線

第二十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日土體極限平衡條件31c

f2

fAcctg1/2(1+3)無(wú)粘性土：c=0第二十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)極限平衡條件可以用來(lái)判別一點(diǎn)土體是否已發(fā)生剪切破壞計(jì)算主應(yīng)力1,3：確定土單元體的應(yīng)力狀態(tài)（x，z，xz）判別是否剪切破壞：由31f，比較1和1f由1

3f，比較3和3f由1,3m，比較和m第二十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日cf=c+tgO1=1f

極限平衡狀態(tài)

（破壞）1<1f

安全狀態(tài)1>1f

不可能狀態(tài)

（破壞）1f3方法一：由31f，比較1和1f第二十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日Ocf=c+tg方法二：由13f，比較3和3f3=3f

極限平衡狀態(tài)

（破壞）3>3f

安全狀態(tài)3<3f

不可能狀態(tài)

（破壞）13f第二十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日Of=c+tgOc方法三：由1,3

m，比較和mm<

安全狀態(tài)m=極限平衡狀態(tài)

（破壞）m>不可能狀態(tài)

（破壞）處于極限平衡狀態(tài)所需的內(nèi)摩擦角第二十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為f

f2

f31cAcctg1/2(1+3)說(shuō)明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成/2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力τmax所控制

max第二十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日五、例題分析【例】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430kPa，小主應(yīng)力為200kPa。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=15kPa，

=20o。試問(wèn)①該單元土體處于何種狀態(tài)？②單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？【解】已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa，

=20o

1.計(jì)算法計(jì)算結(jié)果表明：1f大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力1，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

第二十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日計(jì)算結(jié)果表明：3f小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)力3，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

在剪切面上

庫(kù)侖定律

由于τ<τf，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

第三十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.圖解法

c11f3f實(shí)際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成45o最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力庫(kù)侖定律

最大剪應(yīng)力面上τ<τf，不會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破壞

τmax第三十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日第五章土的強(qiáng)度理論§5.1概述√§5.2土體破壞與土的強(qiáng)度理論√

§5.3土的抗剪強(qiáng)度的測(cè)定試驗(yàn)§5.4土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)第三十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日室內(nèi)試驗(yàn)：直剪試驗(yàn)三軸試驗(yàn)等野外試驗(yàn)：十字板扭剪試驗(yàn)旁壓試驗(yàn)等重塑土制樣或現(xiàn)場(chǎng)取樣缺點(diǎn)：擾動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)力和邊界條件

清楚，易重復(fù)缺點(diǎn)：應(yīng)力和邊界條

件不易掌握優(yōu)點(diǎn)：原狀土的原位

強(qiáng)度§5.3土的剪切試驗(yàn)方法

第三十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日一、直接剪切試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）第三十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日第三十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日第三十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日在不同的垂直壓力下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度τf，繪制τf-

曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線第三十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，易于操作

缺點(diǎn)：①剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面②試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力③上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過(guò)程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻第三十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日二、三軸剪切試驗(yàn)應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測(cè)系統(tǒng)組成應(yīng)力控制式三軸儀★試驗(yàn)步驟:

3

3

3

3

3

3△△2.施加周圍壓力3.施加豎向壓力1.裝樣第三十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)變控制式三軸儀第四十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，量測(cè)系統(tǒng)第四十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日抗剪強(qiáng)度包線分別在不同的周圍壓力3作用下進(jìn)行剪切，得到3—4個(gè)不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線

抗剪強(qiáng)度包線

c第四十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日三軸試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①試驗(yàn)中能嚴(yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)孔隙水壓力，了解土中有效應(yīng)力變化情況②試樣中的應(yīng)力分布比較均勻缺點(diǎn)：①試驗(yàn)儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜②試驗(yàn)在2=3的軸對(duì)稱條件下進(jìn)行，與土體實(shí)際受力情況可能不符

第四十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日三、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無(wú)側(cè)限壓縮儀無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三軸剪切試驗(yàn)的特例，對(duì)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(wú)側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時(shí)試樣承受的最大軸向壓力qu，稱為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試樣第四十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)側(cè)限壓縮儀第四十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果只能作出一個(gè)極限應(yīng)力圓（3=0，1=qu）。因此對(duì)一般粘性土，無(wú)法作出強(qiáng)度包線說(shuō)明：對(duì)于飽和軟粘土，根據(jù)三軸不排水剪試驗(yàn)成果，其強(qiáng)度包線近似于一水平線，即u=0，因此無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)適用于測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度qucuu=0只能測(cè)定特殊條件下的抗剪強(qiáng)度：

1、有固定破裂面的干硬粘土

2、飽和粘土進(jìn)行不排水剪切第四十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的不排水強(qiáng)度，尤其適用于均勻的飽和軟粘土四、十字板剪切試驗(yàn)柱體上下平面的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗扭力矩柱體側(cè)面剪應(yīng)力產(chǎn)生的抗扭力矩第四十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日第五章土的強(qiáng)度理論§5.1概述√§5.2土體破壞與土的強(qiáng)度理論√

§5.3土的抗剪強(qiáng)度的測(cè)定試驗(yàn)√§5.4土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)第四十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度指標(biāo)總應(yīng)力強(qiáng)度與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)直剪強(qiáng)度與三軸試驗(yàn)指標(biāo)三種強(qiáng)度指標(biāo)：根據(jù)應(yīng)力變形特性分根據(jù)應(yīng)力分析方法分根據(jù)試驗(yàn)方法分§5.4土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)第四十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日一、峰值強(qiáng)度殘余強(qiáng)度指標(biāo)直剪和三軸試驗(yàn)中應(yīng)變軟化時(shí):f

峰值強(qiáng)度指標(biāo)r

殘余強(qiáng)度指標(biāo)大變形完全破壞了土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和咬合作用，殘余強(qiáng)度破壞包線通過(guò)原點(diǎn)，其內(nèi)摩擦角r只決定于土的礦物成分，與其所受的應(yīng)力歷史等因素?zé)o關(guān)q=()frqfqr第五十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日二、總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)庫(kù)侖定律說(shuō)明：施加于試樣上的垂直法向應(yīng)力為總應(yīng)力，c、為總應(yīng)力意義上的土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，稱之為總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)有效應(yīng)力原理：土的抗剪強(qiáng)度并不是由剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是取決于剪切面上的法向有效應(yīng)力

c、

為土的有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，即土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)

有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)確切地表達(dá)出了土的抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)，是比較合理的表達(dá)方法

第五十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日三、不同排水條件時(shí)的剪切試驗(yàn)1.不固結(jié)不排水剪（UU）

3

3

3

3

3

3△△關(guān)閉排水閥排水閥門關(guān)閉，施加圍壓，產(chǎn)生孔隙水壓力u1=B施加(1-)時(shí)，排水閥門關(guān)閉，量測(cè)剪切過(guò)程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力u2=BA()第五十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日飽和試樣的不排水強(qiáng)度指標(biāo)cuO=13u=0fcu23fcB=1u1=u2=A()試驗(yàn)過(guò)程中不排水，試樣密度不變，不論周圍壓力3多大，抗剪強(qiáng)度和破壞時(shí)的有效應(yīng)力狀態(tài)相同總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度包線水平u=0，cu=(1-3)f/2破壞時(shí)不同3試驗(yàn)的有效應(yīng)力莫爾圓相同u1fu2f有效應(yīng)力莫爾圓總應(yīng)力莫爾圓第五十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.固結(jié)不排水剪（CU）

3

3

3

3

3

3△△打開(kāi)排水閥關(guān)閉排水閥施加圍壓充分固結(jié)施加(1-)時(shí)，排水閥門關(guān)閉，量測(cè)剪切過(guò)程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力u一般u0，=-u=,總應(yīng)力指標(biāo)同有效應(yīng)力指標(biāo)不同第五十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

3

3

3

3

3

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

ccuc

cu飽和粘性土在三組3下進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗(yàn)得到A、B、C三個(gè)不同3作用下破壞時(shí)的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強(qiáng)度包線確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)ccu、

cuABC第五十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日3.固結(jié)排水剪（CD）

3

3

3

3

3

3△△打開(kāi)排水閥施加圍壓充分固結(jié)施加(1-)時(shí)，排水閥門始終打開(kāi)，剪切速度慢足以使試樣內(nèi)的孔壓消散始終u=0，=-u=,總應(yīng)力指標(biāo)即為有效應(yīng)力指標(biāo)第五十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日在整個(gè)排水剪試驗(yàn)過(guò)程中，u＝0，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力強(qiáng)度線即是有效應(yīng)力強(qiáng)度線。強(qiáng)度指標(biāo)為cd、dcdd總結(jié):

3

3

3

3

3＋△

3＋△對(duì)于同一種土