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1、土的抗剪强土的抗剪强 土质土质(t zh)学与土力学教学学与土力学教学第一页，共33页。概述(i sh)土工建筑物（如：路堤(ld)、土坝等）沉降(chnjing)过大强度破坏建筑物事故土体破坏剪切破坏研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性 第1页/共33页第二页，共33页。概述(i sh)土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏(phui)的极限能力的极限能力 第2页/共33页第三页，共33页。概述(i sh)大阪的港口码头档土墙由于大阪的港口码头档土墙由于(yuy)液化前倾液化前倾剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移，这个面通常(tn
2、gchng)称为剪切面。第3页/共33页第四页，共33页。概述(i sh)广州京光广场基坑广州京光广场基坑(j kn)塌方塌方使基坑旁办公室、民工宿使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库舍和仓库(cngk)(cngk)倒塌，倒塌，死死3 3人，伤人，伤1717人。人。第4页/共33页第五页，共33页。概述(i sh)龙观嘴龙观嘴黄崖沟黄崖沟乌江乌江(w jin)20002000年西藏易贡巨型年西藏易贡巨型(j xn)(j xn)滑坡滑坡第5页/共33页第六页，共33页。概述(i sh)日本新泻日本新泻19641964年地震年地震(dzhn)(dzhn)引起大面积液引起大面积液化化无粘性土一般无连结，抗
3、剪强度主要是由颗粒(kl)间的摩擦力组成，这与粒度、密实度和含水情况有关。第6页/共33页第七页，共33页。概述(i sh)粘土地基上的某谷仓粘土地基上的某谷仓(cn)地基地基破坏破坏无粘性(zhn xn)土一般无连结，抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组成，这与粒度、密实度和含水情况有关。第7页/共33页第八页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论一、库仑定律(k ln dn l)（剪切定律）17761776年，库仑根据年，库仑根据(gnj)(gnj)砂土剪切试验砂土剪切试验 f=tan 砂土砂土 f=c+tan 粘土粘土c 库仑定律：库仑定律：土的抗剪强度是剪切面土的抗剪强度是剪切面上的法向
4、总应力上的法向总应力 的线性函数的线性函数 c c:土的粘聚力土的粘聚力:土的内摩擦角土的内摩擦角 f f库仑定律说明：（1）土的抗剪强度由土的内摩擦力tg和内聚力c两部分组成；（2）内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数tg；（3）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角和内聚力c。第8页/共33页第九页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论二、总应力(yngl)法和有效应力(yngl)法 土的抗剪强度的土的抗剪强度的有效有效(yuxio)(yuxio)应力指标应力指标c c,=c=c +tg tg=-u-u符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u
5、u无法确定无法确定土的抗剪强度的土的抗剪强度的总应力指标总应力指标c,c,=c+=c+tg tg 便于应用便于应用,但但u u不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件强度指标强度指标抗剪强度抗剪强度简单评价简单评价第9页/共33页第十页，共33页。抗剪强度(qingd)的基本理论二、总应力(yngl)法和有效应力(yngl)法 ()cc f f超固结(ji)粘土的总应力与有效应力强度包线u(-)u(+)总应力总应力有效应力有效应力第10页/共33页第十一页，共33页。抗剪强度(qingd)的基本理论三、莫尔库仑(kln)破坏标
6、准 莫尔库仑破坏理论：以库仑公式 作为(zuwi)抗剪强度公式。根据剪应力是否达到抗剪强度（f）作为(zuwi)破坏标准的理论就称为莫尔库仑破坏理论。莫尔库仑破坏准则（标准）：研究莫尔库仑破坏理论如何直接用主应力表示，这就是莫尔库仑破坏准则，也称土的极限平衡条件。第11页/共33页第十二页，共33页。抗剪强度(qingd)的基本理论三、莫尔库仑(kln)破坏标准 1.单元体上的应力(yngl)和应力(yngl)圆 3 1 dldlcos dlsin 莫尔应力圆方程莫尔应力圆方程 O 1 31/2(1+3)2 A(,)圆心坐标圆心坐标1/2(1+3)，0应力圆半径应力圆半径r1/2(13)土中某
7、点的土中某点的应力状态应力状态可用莫尔应力圆描述可用莫尔应力圆描述 第12页/共33页第十三页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论三、莫尔库仑破坏(phui)标准 2、极限(jxin)平衡条件 1f 3 O c第13页/共33页第十四页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论三、莫尔库仑破坏(phui)标准 应力应力(yngl)(yngl)圆与强度线圆与强度线相离：相离：强度线强度线应力圆与强度线应力圆与强度线相切：相切：应力圆与强度线应力圆与强度线相割：相割：极限应力圆极限应力圆11f破坏状态破坏状态 第14页/共33页第十五页，共33页。抗剪强度(qingd)的基本理论三、莫尔库仑破坏
8、(phui)标准 根据应力根据应力(yngl)状状态计算出大小主应力态计算出大小主应力(yngl)1、3判断破坏可能性判断破坏可能性由由3计算计算1f比较比较1与与1f1 1f 破坏状态破坏状态 O c 1f 3 1 1判别对象：土体微小单元（一点）判别对象：土体微小单元（一点）当当 3 3=常数常数：第15页/共33页第十六页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论三、莫尔库仑破坏(phui)标准 根据应力状态计算根据应力状态计算(j sun)(j sun)出大小主出大小主应力应力11、33判断破坏可能性判断破坏可能性由由1计算计算3f比较比较3与与3f3 3f 弹性平衡状态弹性平衡状态3=
9、3f 极限平衡状态极限平衡状态3 安全安全状态状态 =极限平衡状态极限平衡状态 不可能不可能状态状态 O c判别对象：土体微小单元（一点）判别对象：土体微小单元（一点）当当(1 1+3 3)/2)/2 =常数：圆心保持不变常数：圆心保持不变第17页/共33页第十八页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 按排水条件(tiojin)分 快剪（不排水剪）：这种试验方法要求在剪切过程中土的含水量不变，因此，无论加垂直压力或水平剪力，都必须迅速进行，不让孔隙水排出。适用范围：加荷速率快，排水条件差 固结快剪（固结不排水剪）：试样在垂直压力下排水固结稳定后，迅速施加
10、水平剪力，以保持土样的含水量在剪切前后基本不变。试用范围：一般建筑物地基的稳定性，施工期间具有一定的固结作用。慢剪（排水剪）：土样的上、下两面均为透水石，以利排水，土样在垂直压力作用下，待充分排水固结达稳定后，再缓慢施加水平剪力，使剪力作用也充分排水固结，直至土样破坏。适用范围：加荷速率慢，排水条件好，施工期长，第18页/共33页第十九页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 按试验(shyn)仪器分 直接剪切试验优点：仪器构造简单，操作方便缺点：（1）剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面；（2）剪切面上的应力分布不均匀，而且受剪切面面积愈来愈小；（3）不能
11、严格控制排水条件，测不出剪切过程中孔隙水压力的变化。三轴剪切试验优点：（1）试验中能严格控制试样排水条件及测定孔隙水压力的变化；（2）剪切面不固定；（3）应力状态比较明确；（4）除抗剪强度外，尚能测定其它指标。缺点：（1）操作复杂；（2）所需试样较多；（3）主应力方向固定不变，而且是再令的轴对称情况下进行的，与实际情况尚不能完全符合。第19页/共33页第二十页，共33页。抗剪强度(qingd)的基本理论四、抗剪强度的试验(shyn)方法 按控制(kngzh)方法分 应变控制式 应力控制式 第20页/共33页第二十一页，共33页。抗剪强度(qingd)的基本理论四、抗剪强度的试验(shyn)方法
12、 1.1.直接直接(zhji)(zhji)剪剪切试验切试验试验仪器：试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）直剪仪（应力控制式，应变控制式）第21页/共33页第二十二页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 1.1.直接直接(zhji)(zhji)剪切试验剪切试验第22页/共33页第二十三页，共33页。抗剪强度(qingd)的基本理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 1.1.直接直接(zhji)(zhji)剪切试验剪切试验第23页/共33页第二十四页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度的试验(shyn)方法 剪前施加在试样剪前施加在试
13、样(sh yn)顶面上的竖向压力为剪破顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力面上的法向应力，剪应力，剪应力由剪切力除以试样由剪切力除以试样(sh yn)面积面积在法向应力在法向应力 作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该线得到该 作用下作用下，土的抗剪强度土的抗剪强度4mm4mm a a b b 剪切位移剪切位移l(0.01mm)(0.01mm)剪应力剪应力（kPa)kPa)1 1 2 2 1.1.直接剪切试验直接剪切试验第24页/共33页第二十五页，共33页。抗剪强度(qingd)的基本理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 在不同的垂直在不
14、同的垂直(chuzh)(chuzh)压力压力 下进行剪切试验，得相应的抗剪强度下进行剪切试验，得相应的抗剪强度ff，绘制，绘制f-f-曲线，得该土的抗剪强度包线曲线，得该土的抗剪强度包线1.直接剪切试验第25页/共33页第二十六页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 2.三轴剪切试验(shyn)应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成 应力控制式三轴仪试验步骤:3 3 3 3 3 3 2.施加周围压力3.施加竖向压力1.装样第26页/共33页第二十七页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 抗剪强度(qing
15、d)的基本理论四、抗剪强度的试验方法 2.三轴剪切试验第27页/共33页第二十八页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度的试验方法 2.三轴剪切试验应变控制式三轴仪：压力室，量测系统第28页/共33页第二十九页，共33页。抗剪强度(qingd)的基本理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 抗剪强度(qingd)的基本理论四、抗剪强度的试验方法 2.三轴剪切试验抗剪强度包线 分别在不同的周围压力分别在不同的周围压力 3 3作用下进行剪切，得到作用下进行剪切，得到3 34 4 个不同的破坏应力个不同的破坏应力圆，绘出
16、各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线 抗剪强度包线抗剪强度包线 c 第29页/共33页第三十页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 抗剪强度(qingd)的基本理论四、抗剪强度的试验方法 2.三轴剪切试验无侧限抗压强度试验ququ加压框架量表量力环升降螺杆 无侧限压缩仪无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度 试样试样第30页/共33页第三十一页，共33页。抗剪强度的基本(
17、jbn)理论四、抗剪强度(qingd)的试验方法 抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度的试验方法 2.三轴剪切试验无侧限压缩仪第31页/共33页第三十二页，共33页。抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度的试验(shyn)方法 抗剪强度的基本(jbn)理论四、抗剪强度的试验方法 2.三轴剪切试验根据试验结果只能作出一个极限应力圆（根据试验结果只能作出一个极限应力圆（3 3=0=0，1 1=qu u）。因此对一般粘）。因此对一般粘性土，无法作出强度包线性土，无法作出强度包线 说明：对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即u=0，因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度qucu u=0无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度 第32页/共33页第三十三页，共33页。