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1、2020/7/9，巖土力學(xué)，第5章，土壤抗剪強(qiáng)度，1概述，1。抗剪強(qiáng)度的基本概念土壤強(qiáng)度是指一部分土壤相對于另一部分土壤滑動時的阻力，本質(zhì)上是土壤和土壤之間的摩擦力。土的抗剪強(qiáng)度首先取決于土自身的性質(zhì)，即土的組成、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)，這與土的形成環(huán)境和應(yīng)力歷史有關(guān)。其次，這取決于它目前的壓力狀態(tài)。2020/7/9，巖土力學(xué)，滑動面，滑動前的坡度，原始地面，滑動面，圖5-1，土質(zhì)邊坡滑動，圖5-2，基礎(chǔ)不穩(wěn)定性，2020/7/9，巖土力學(xué)，ii。(2)土作為工程結(jié)構(gòu)環(huán)境的問題是土壓力問題。這與邊坡穩(wěn)定性問題直接相關(guān)。如果邊坡較陡，無法保持穩(wěn)定，且由于場地或其他條件的限制，緩坡是不允許的，可以修建擋土墻來

2、保持力的平衡。這類工程問題如擋土墻、橋臺、地下隧道等。(3)作為建筑物基礎(chǔ)的土壤問題，即基礎(chǔ)的承載力。3.土壤抗剪強(qiáng)度試驗方法實驗室試驗：改變應(yīng)力狀態(tài)，擾動取土過程。原位測試：精度不高，2020/7/9，巖土力學(xué)，2土的抗剪強(qiáng)度和破壞理論，屈服或塑性流動：軟土，1。土的屈服和破壞1理想彈塑性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)改為線性關(guān)系變形是完全彈性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是唯一的。不管應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史，它被稱為屈服應(yīng)力或破壞應(yīng)力。A，1，圖5-3，2020/7/9，巖土力學(xué)，2土壤的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系(1)正常固結(jié)(松砂)，圖5-3曲線(3)加工硬化，屈服點至b點。峰值3出現(xiàn)時實際計算中的土壤彈塑性

3、問題(1)根據(jù)線性彈性體(2)根據(jù)理想塑性材料(2)根據(jù)莫爾-庫侖破壞理論(1)土壤破壞理論1廣義特殊萊斯卡理論，1-3，1，3=300千帕圖5-4土的應(yīng)力- 2廣義miss理論公式中E材料的泊松比變形能的極限值，3莫爾-庫侖理論圖5-5固定剪切面的剪切試驗，2020/7/9，巖土力學(xué)，(1)庫侖公式基本形式(總應(yīng)力剪切強(qiáng)度公式)中剪切破壞面上的剪應(yīng)力，即土的抗剪強(qiáng)度，破壞面上法向應(yīng)力土的粘聚力，對于無粘性土，土的內(nèi)摩擦角*稱為抗剪強(qiáng)度指數(shù)，與同類土的試驗方法有關(guān)(2)有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式中剪切破壞面上的有效正應(yīng)力土體中有超孔隙水壓力的土體的有效內(nèi)摩擦角和有效抗剪強(qiáng)度指數(shù)理論上與試驗方法無關(guān)，

4、應(yīng)接近常數(shù)。巖土力學(xué)，莫爾剪切強(qiáng)度公式當(dāng)應(yīng)力變化范圍不大時，莫爾破壞包絡(luò)線可以用庫侖直線代替(2)莫爾破壞準(zhǔn)則極限平衡條件1確定土體中剪切破壞面的位置(1)在地面荷載p的作用下，土體中某點m的應(yīng)力狀態(tài)在強(qiáng)度包絡(luò)線之下，該點的應(yīng)力狀態(tài)是彈性的，應(yīng)力圓正好與強(qiáng)度相切，該點處于極限平衡狀態(tài)。一、M、P、2020/7/9、巖土力學(xué)、O、公式(5-7)可以寫成：2020/7/9、巖土力學(xué)，如果是干凈的沙子，那么就有一個時間、來總結(jié)莫爾庫侖破壞理論，它可以表述為以下三個要點：1它可以表示如下：2當(dāng)法向應(yīng)力不是很大時，抗剪強(qiáng)度可以簡化為法向應(yīng)力的線性函數(shù)，表示為庫侖公式，2020/7/9，巖土力學(xué)，3在土壤

5、單元中，如果任何表面上的剪應(yīng)力大于該表面上土壤的抗剪強(qiáng)度，土壤單元將被破壞。破壞準(zhǔn)則表明，它是從公式(5-7)到公式(5-10) (3)的極限平衡條件。極限平衡條件的應(yīng)用達(dá)到極限平衡所需的內(nèi)摩擦角單位處于彈性平衡，單位處于塑性平衡，達(dá)到極限平衡所需的主應(yīng)力大的土壤已被破壞，否則，它處于彈性平衡。2020/7/9，巖土力學(xué)，3土壤抗剪強(qiáng)度的試驗方法，單軸和三軸剪切試驗(1)常規(guī)三軸剪切試驗方法(1)排水剪切：見第4章第2節(jié)(2)不排水剪切圖和試驗結(jié)果：詳細(xì)討論見圖5-11，不排水剪切應(yīng)力-應(yīng)變-孔隙壓力關(guān)系曲線，密實，中等密實，軸向應(yīng)變1 (%)，U，(2)破壞包絡(luò)線和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(1)有三種方

6、法可以從應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線中找出破壞過程中的偏離應(yīng)力。(1)當(dāng)需要使用土的剩余強(qiáng)度時，取曲線的最大應(yīng)力偏差值，取試驗曲線的最終值。(2)取最大有效主應(yīng)力比時的偏應(yīng)力值為(3)取規(guī)定軸向應(yīng)變值對應(yīng)的偏應(yīng)力為值2的包絡(luò)線。2020/7/9，巖土力學(xué)，(3)三軸試驗1三軸排水中的應(yīng)力路徑和破壞主應(yīng)力線，因此，應(yīng)力路徑：直線p=q *破壞主應(yīng)力線和破壞點的連接，圖5-13排水剪應(yīng)力路徑，2020/7/9，巖土力學(xué)，2三軸不排水試驗A，P=(1 3)/2 P/=(1 3/)/2，圖5-14不排水剪切應(yīng)力路徑，Kf/，2020/7/9，巖土力學(xué)，c，3)破壞包絡(luò)線與破壞主應(yīng)力線的關(guān)系很差，圖5-15破壞包

7、絡(luò)線第二，直剪試驗，(1)試驗設(shè)備和試驗方法設(shè)備：應(yīng)變控制直剪儀取破壞時的正應(yīng)力和剪應(yīng)力值作曲線值：取剪應(yīng)力變形曲線的峰值作為曲線的最終值巖土力學(xué)，(2)優(yōu)缺點和新的發(fā)展優(yōu)勢：(1)固結(jié)快，試驗時間短(2)沒有側(cè)向膨脹曲線直接計算豎向變形的缺點：(1)剪切面剪應(yīng)力分布不均勻，中間邊緣大(2)不能控制排水條件和測量孔隙水壓力(3)剪切面土的性質(zhì)值并不意味著其他部位的深基坑不能進(jìn)行直剪試驗，因此應(yīng)進(jìn)行三軸試驗。 發(fā)展方向：單剪儀，2020年7月9日，巖土力學(xué)。根據(jù)土的極限平衡條件，如果，那么，應(yīng)用：1代替三軸試驗(當(dāng))2可以用來發(fā)現(xiàn)土的敏感性缺點：1太軟的土(流塑)不能很快測試，2水不能太晚清除，

8、2020/7/9，巖土力學(xué)，4。十字板剪切試驗原位測試，(1)土壤原位測試技術(shù)的優(yōu)點1避免取樣2。所涉及的土壤體積比室內(nèi)測試樣品的體積大得多。3.可連續(xù)進(jìn)行，獲得完整的土壤剖面和物理力學(xué)指標(biāo)。4.它具有快速、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點。4.土壤原位測試技術(shù)的缺點。1.在試驗中很難控制邊界條件。例如，排水條件和應(yīng)力條件2。試驗數(shù)據(jù)與土壤工程性質(zhì)之間的關(guān)系是基于統(tǒng)計經(jīng)驗關(guān)系。3.當(dāng)測試設(shè)備進(jìn)入土壤層時，也會干擾土壤層。4.測試應(yīng)力路徑無法得到很好的控制。測試期間的主應(yīng)力方向通常與實際項目不一致。5.應(yīng)變場不均勻，應(yīng)變速率大于實際工程的正常固結(jié)。巖土力學(xué)，2020年7月9日，(2)十字板剪切試驗測量正常固結(jié)飽和軟粘

9、土的不排水抗剪強(qiáng)度和靈敏度的應(yīng)用范圍，(3)試驗原理：其中，偽(各向同性)圓柱體上下的抗剪強(qiáng)度對圓心產(chǎn)生的扭矩，柱面上的剪應(yīng)力對圓心產(chǎn)生的扭矩， 影響試驗精度的主要因素(1)轉(zhuǎn)速(2)土體各向異性(3)十字板頭規(guī)范，圖5-23，2020年7月9日，巖土力學(xué)，(4)排水條件，(5)豎井與孔壁之間的摩擦力，2結(jié)果分析及應(yīng)用，(1)不排水抗剪強(qiáng)度峰值、殘余峰值及軟粘土敏感性的計算，(2)隨深度繪制曲線，(3)土體長期強(qiáng)度僅為峰值強(qiáng)度的60.70%，(4)十字板不排水抗剪強(qiáng)度的應(yīng)用需要修改。 a .計算地基承載力b .估算單樁承載力c .計算軟粘土的敏感性d .分析軟土地區(qū)大壩的臨界高度e .分析地基

10、抗滑穩(wěn)定性f .估算土體的液性指數(shù)g .檢驗地基加固效果h .根據(jù)變化曲線的關(guān)系確定軟土的固結(jié)歷史，2020/7/9，巖土力學(xué)，4土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理及影響因素。首先，摩擦強(qiáng)度一般由兩部分組成：一部分是顆粒間滑動產(chǎn)生的滑動摩擦，另一部分是顆粒間脫離咬合狀態(tài)產(chǎn)生的咬合摩擦?；瑒幽Σ僚c顆粒形狀、礦物成分和級配有關(guān)。咬合摩擦與土壤密度和圓度有關(guān)。影響(粗粒土)的因素有：(1)密度(2)顆粒級配(3)顆粒形狀(4)礦物組成，2020年7月9日，巖土力學(xué)，(2)粘聚力。細(xì)粒土的粘聚力取決于土顆粒之間的各種物理和化學(xué)力。粘聚力的微觀研究是一個非常復(fù)雜的問題，目前仍有各種不同的觀點。第三，摩擦強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度的內(nèi)

11、在關(guān)系接觸點面積：Ai=Ni/y，其中Y材料的屈服強(qiáng)度為f=s Ai，所以F可視為摩擦系數(shù)，f=tg、間隙、空、空、間隙、P、P、Ni、Ai，(a)、(b) C=0，不是無摩擦強(qiáng)度，而是隱含在C中；=0，不是無粘性強(qiáng)度，而是隱含在。在學(xué)習(xí)中，我們不僅要看到摩擦強(qiáng)度和內(nèi)聚強(qiáng)度的區(qū)別，還要看到它們之間的相同之處。2020/7/9，巖土力學(xué)，第四版。密度對抗剪強(qiáng)度的影響密度有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度的唯一性關(guān)系影響抗剪強(qiáng)度的最重要因素是土壤的組成。土的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)證明了土的密度有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度的唯一性關(guān)系。(a)排水試驗：密度增加，(b)固結(jié)不排水試驗保持不變，2020年7月9日。2，孔隙水壓力u，試驗2(

12、固體不排水試驗)，圖5-31唯一性試驗驗證，2020/7/9，巖土力學(xué)，試驗結(jié)論：(1)對于正常固結(jié)土，唯一性關(guān)系不受加載路徑的影響；(2)對于超固結(jié)土，只要應(yīng)力歷史相同，唯一性原則仍然適用。因此，密度越高，有效應(yīng)力越高，具有相同應(yīng)力歷史的土的抗剪強(qiáng)度也越高。2020/7/9，巖土力學(xué)，5抗剪和各種抗剪強(qiáng)度指標(biāo)中的土壤特性，土壤特性：用相同的儀器對相同的土壤進(jìn)行測試，如果測試方法不同，尤其是排水條件不同，則測量結(jié)果通常會非常不同，有時甚至非常不同。1.排水和不排水條件下土壤的剪切狀態(tài)與彈性材料相比，土壤有一個重要的特征：當(dāng)受到剪切時，它不僅改變形狀，而且改變體積“擴(kuò)容”，包括體積擴(kuò)容和收縮。土

13、壤體積的變化完全是由于孔隙流體(水和氣)體積的變化。非飽和土：首先，氣體體積的變化與土壤的滲透性有關(guān)。飽和土：吸水或擠水的變化與滲透系數(shù)K有關(guān)，滲透系數(shù)K大，體積變化時間短。2020年7月9日，巖土力學(xué)，1。排水剪切密實砂：非常小。收縮-膨脹密度降低了承受剪切應(yīng)力的能力，并降低了殘余峰值。松砂：剪縮密度增加，應(yīng)力穩(wěn)定，增加，密砂，V，圖3-3三軸試驗應(yīng)力-應(yīng)變曲線，2020年7月9日，巖土力學(xué)，結(jié)論：如果兩種砂在不同密實狀態(tài)下的成分相同，當(dāng)剪應(yīng)變較大時，兩種砂的密度和剩余強(qiáng)度趨于一致，空隙率與此密度相對應(yīng)。2020/7/9，巖土力學(xué)，細(xì)粒土：類似于粗粒土、松砂和中密砂的正常固結(jié)和輕度超固結(jié)土，

14、以及類似于密砂的嚴(yán)重超固結(jié)土。2.在不排水剪切中，土樣不允許排水，控制體積是固定的。其機(jī)理是土體趨于膨脹，土體產(chǎn)生的負(fù)孔隙水壓力增加了作用在骨架上的有效應(yīng)力，使土體不能膨脹。土壤傾向于收縮，因此土壤收縮時不會產(chǎn)生正孔隙水壓力，作用在骨架上的有效應(yīng)力也不會收縮。2020/7/9，巖土力學(xué)，結(jié)論：密實砂產(chǎn)生負(fù)孔隙水壓力，增加土壤的抗剪強(qiáng)度；松砂產(chǎn)生正孔隙水壓力，這降低了土壤的抗剪強(qiáng)度。正常固結(jié)土和輕度超固結(jié)土類似于松砂和中密砂，而重度超固結(jié)土類似于密砂。，2020/7/9，巖土力學(xué)，2?？倯?yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，砂：總應(yīng)力：有效應(yīng)力：其中：總應(yīng)力內(nèi)摩擦角和有效應(yīng)力內(nèi)摩擦角是同一個試

15、樣，用同樣的試驗方法測得的強(qiáng)度只有一個，但有兩個明顯的表達(dá)式：例：松砂：密砂：2020/7/9，巖土力學(xué)，結(jié)論有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)和總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的差異實質(zhì)上反映了孔隙水壓力對土體抗剪強(qiáng)度的影響?？倯?yīng)力法：用試驗方法模擬原位土的工作條件。有效應(yīng)力法準(zhǔn)確反映了土的抗剪強(qiáng)度本質(zhì)，是今后的發(fā)展方向。然而，孔隙水壓力很難測量。注：理論上，如果試樣中的孔壓比(滑動面上的正應(yīng)力)與原位土的孔壓比相同，則總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法得到的抗剪強(qiáng)度可以一致。2020/7/9，巖土力學(xué)，三軸和三軸不固結(jié)不排水剪切試驗(UU)和直接剪切快速剪切試驗，1。主要試驗過程、2020/7/9、巖土力學(xué)、U、II 2)飽和土的孔壓系數(shù)

16、B=1。有效應(yīng)力圈只有一個證明：假設(shè)地層中飽和粘土樣品的垂直固結(jié)壓力為，側(cè)向固結(jié)壓力為(側(cè)向壓力系數(shù))，2020/7/9。巖土力學(xué)，應(yīng)力圈一，相當(dāng)于當(dāng)前應(yīng)力圈二，相當(dāng)于樣品一：其中初始孔隙水壓力(1)樣品二：只有一個有效應(yīng)力圈，2020。3.沒有與其他試驗相關(guān)的限制壓縮。當(dāng)孔隙水壓力未消散且密度因荷載增加而保持不變時，應(yīng)使用葉片剪力測量的不排水強(qiáng)度。例如，在計算地基極限承載力時，如果建筑物施工速度快，地基土粘性大，透水性小，排水條件差，應(yīng)采用不排水強(qiáng)度。(2)快剪試驗對應(yīng)于三軸不固結(jié)不排水試驗方法，在直剪試驗中稱為高粘度土樣?？焖偌羟性囼灥男再|(zhì)與低粘度或無粘性土的水下無人器試驗基本相同，快速剪切試驗的性質(zhì)與水下無人器試驗有很大不同。2020年7月9日，巖土力學(xué)，三軸固結(jié)排水試驗和直剪慢剪試驗，2項試驗結(jié)論(