《土力學(xué) 第6章 土的抗剪強(qiáng)度》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《土力學(xué) 第6章 土的抗剪強(qiáng)度（60頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第六章土的抗剪強(qiáng)度 q 6.1 土 體 強(qiáng) 度 的 工 程 應(yīng) 用q 6.2 摩 爾 庫 侖 強(qiáng) 度 理 論q 6.3 土 的 極 限 平 衡 條 件q 6.4 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 確 定q 6.5 孔 隙 壓 力 系 數(shù)q 6.6 砂 性 土 的 剪 切 性 狀q 6.7 黏 性 土 的 剪 切 性 狀主要內(nèi)容重 點 內(nèi) 容 6.1 土 體 強(qiáng) 度 的 工 程 應(yīng) 用 大 量 的 工 程 實 踐 和 室 內(nèi) 試 驗 表 明 ： 建 筑 物 地 基 和 土 工 建筑 物 的 破 壞 ， 絕 大 多 數(shù) 是 屬 于 剪 切 破 壞 ， 即 沿 著 某 一 滑 動 面產(chǎn) 生 破 壞 。 基

2、坑坑壁滑動破壞坑 壁 支 護(hù) 6.1 土 體 強(qiáng) 度 的 工 程 應(yīng) 用 邊 坡 滑 坡滑裂面 6.1 土 體 強(qiáng) 度 的 工 程 應(yīng) 用因 此 ， 剪 切 破 壞 是 土 體 破 壞 的 主 要 形 式 。土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 ： 土 體 抵 抗 剪 切 破 壞 的 極 限 能 力 。 土 的 重 要 力 學(xué) 性 質(zhì) 指 標(biāo) aa u u u uu u 6.2 摩 爾 庫 侖 強(qiáng) 度 理 論 前 面 我 們 從 太 沙 基 的 土 有 效 應(yīng) 力 原 理 已 經(jīng) 知 道 ： 土 體 承受 的 上 覆 荷 載 主 要 由 土 顆 粒 的 有 效 應(yīng) 力 承 擔(dān) 。 而 有 效 應(yīng) 力 是 由

3、 土 顆 粒 之 間 的 黏 結(jié) 作 用 和 相 互 之 間 的 咬合 作 用 組 成 。 黏 結(jié) 作 用 產(chǎn) 生 的 力 稱 為 土 的 黏 聚 力 （ 內(nèi) 聚 力 ） ， 咬 合 作 用 產(chǎn) 生 的 咬 合 與 摩 擦 稱 為 土 的 內(nèi) 摩 擦 角 。 土 中 一 點 的 應(yīng) 力 狀 態(tài)土 體 內(nèi) 某 一 點 的 應(yīng) 力 狀 態(tài) 如 下：1 豎 向 應(yīng) 力 (最 大 主 應(yīng) 力 )3 側(cè) 向 應(yīng) 力 (最 小 主 應(yīng) 力 )剪 切 面 上 為 法 向 應(yīng) 力 剪 應(yīng) 力 33 11 31 一 、 庫 侖 定 律 在 一 定 載 荷 范 圍 內(nèi) ， 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 與 法 向 應(yīng)

4、力 之間 呈 直 線 關(guān) 系 。 其 中 C、 被 稱 為 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 。 為 剪 切 破 裂 面 與 大 主 應(yīng) 力 的 作 用 面 成 夾 角 ， 其值 等 于 （ 45 + /2） 的 。 tgc f 31庫 侖 經(jīng) 過 試 驗 ， 得 出 以 下 關(guān) 系 式 ： tgf 砂 土 ：黏 性 土 ： 黏 性 土 tgc f c tg f C=0 砂 土 f f 庫 侖 定 律 的 總 應(yīng) 力 表 達(dá) 式 tgcf tgcf 庫 侖 定 律 的 有 效 應(yīng) 力 表 達(dá) 式C 稱 為 土 的 有 效 黏 聚 力 稱 為 土 的 有 效 內(nèi) 摩 擦 角u- 飽 和 土 有 效

5、 應(yīng) 力 ：一 、 庫 侖 定 律 二 、 摩 爾 庫 侖 強(qiáng) 度 理 論 莫 爾 認(rèn) 為 土 中 某 點 達(dá) 到 該 點 的 抗 剪 強(qiáng) 度 時 ，土 即 發(fā) 生 破 壞 。 f 莫 爾 把 f=f（ ） 的 曲 線 ， 稱 為 摩 爾 破 壞 包 線 。 f=f()可 用 直 線 （ 庫 侖 定 律 ） 代 替 ，故 稱 為 莫 爾 庫 侖 強(qiáng) 度 理 論 。 tgcf f 1、 安 全 （ 彈 性 平 衡 狀 態(tài) ）2、 臨 界 狀 態(tài) （ 極 限 平 衡 狀 態(tài) ）3、 破 壞摩 爾 庫 侖 強(qiáng) 度 判 斷 土 單 元 的 狀 態(tài) 某 一 單 元 土 體 上 的 作 用 力 如 下 右

6、 圖 所 示 ， 將 作 用 于 ABC的各 力 分 別 在 水 平 和 垂 直 方 向 投 影 （ 合 力 為 零 ） ， 根 據(jù) 靜 力 平 衡條 件 可 得 ： 33 1 1 31dl dlcos dlsin 6.3 土 的 極 限 平 衡 條 件一 、 摩 爾 應(yīng) 力 圓 0cossinsin3 dldldl 0sincoscos 1 dldldl 水 平 方 向 合 力垂 直 方 向 合 力A BC 由 上 述 兩 式 得 ： 6.3 土 的 極 限 平 衡 條 件一 、 摩 爾 應(yīng) 力 圓 0cossinsin3 0sincoscos1 解 上 述 聯(lián) 立 二 元 一 次 方 程

7、式 得 ： 2cos2121 3131 2sin21 31 法 向 應(yīng) 力剪 應(yīng) 力 3 1 2A O1 6.3 土 的 極 限 平 衡 條 件 3 1 在 -坐 標(biāo) 中 ， 以 1/2(1 +3 )， 0為 圓 心 、1/2(1 3 )為 半 徑 作 圓則 A點 的 坐 標(biāo) （ a， a） 即為 ABC斜 面 AB上 的 法 向應(yīng) 力 和 剪 應(yīng) 力 。 摩 爾應(yīng) 力 圓O A BC c 3 1 tgcf 2AO O1 6.3 土 的 極 限 平 衡 條 件 我 們 把 庫 侖 公 式 強(qiáng) 度 線 繪 制 于 同 一 坐 標(biāo) 系中 ， 則 該 強(qiáng) 度 線 為 摩 爾 圓 的 切 線 。B c

8、otc f 1、 安 全 （ 彈 性 平 衡 狀 態(tài) ）2、 臨 界 狀 態(tài) （ 極 限 平 衡 狀 態(tài) ）3、 破 壞摩 爾 庫 侖 強(qiáng) 度 判 斷 土 單 元 的 狀 態(tài) 摩 爾 庫 侖 強(qiáng) 度 判 斷 土 單 元 的 狀 態(tài) 3 1 f時 ， 彈 性 平 衡 狀 態(tài)， 整 個 摩 爾 圓 位 于 抗 剪 強(qiáng) 度線 的 下 方 ， 說 明 該 點 在 任 何平 面 上 的 剪 應(yīng) 力 都 小 于 土 所能 發(fā) 揮 的 抗 剪 強(qiáng) 度 ， 因 此 不會 發(fā) 生 剪 切 破 壞 。二 、 土 的 極 限 平 衡 應(yīng) 力 狀 態(tài) = f時 ， 極 限 平 衡 狀 態(tài) ， 摩 爾 圓 與 抗 剪

9、強(qiáng) 度 線 相 切 于 A點， 表 明 通 過 A點 的 任 意 平 面 上 的 剪 應(yīng) 力 都 等 于 抗 剪 強(qiáng) 度 ， 該 點就 處 于 極 限 平 衡 狀 態(tài) 。 f時 ， 剪 切 破 壞 狀 態(tài) ， 抗 剪 強(qiáng) 度 線 是 摩 爾 圓 的 一 條 割線 ， 該 點 的 任 意 平 面 上 的 剪 應(yīng) 力 已 超 過 了 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 ， 實際 上 這 種 情 況 是 不 可 能 存 在 的 。 3 1 c 3 1 tgcf 2AO O1 下 圖 是 土 體 處 于 極 限 平 衡 條 件 （ 即 破 壞 臨 界 狀 態(tài) ）的 關(guān) 系 圖 。 B三 、 土 的 極 限 平 衡

10、 條 件 由 圖 直 角 ABO1可 知 ： cot2 231 31 c cos2)sin1()sin1( 31 c 11Bsin OAO cotc 整 理 下 面 公 式 ：三 、 土 的 極 限 平 衡 條 件 cos2)sin1()sin1( 31 c 3131cot2sin c cot2 2sin 31 31 c 得 出 以 下 三 式 ： )245tan(2)245(tan 00231 c )245tan(2)245(tan 00213 c 此 三 式 均 可 用 于判 斷 土 體 是 否 處于 極 限 平 衡 狀 態(tài)教 材 P114式(6-15)更 正 c 3 1 tgcf 2AO

11、 O1 B三 、 土 的 極 限 平 衡 條 件 由 圖 直 角 ABO1外 角 與 內(nèi) 角的 關(guān) 系 可 知 ： 0902 cotc2450 即 ：由 此 可 見 ： 剪 切 破 裂面 與 大 主 應(yīng) 力 的 作 用面 成 （ 45 +/2） 的夾 角 。 四 、 土 的 極 限 平 衡 條 件 的 應(yīng) 用 根 據(jù) 上 述 三 式 ， 分 別 計 算 出 極 限 平 衡 所 能 承 受的 1f與 當(dāng) 時 所 施 加 的 1來 作 比 較 ， 即 可 判 斷 出 土 體是 處 于 何 種 狀 態(tài) ： （ 1） 當(dāng) 11f， 土 體 處 于 破 壞 狀 態(tài) ； 四 、 土 的 極 限 平 衡 條

12、 件 的 應(yīng) 用 根 據(jù) 上 述 三 式 ， 分 別 計 算 出 極 限 平 衡 所 能 承 受的 3f與 當(dāng) 時 所 施 加 的 3來 作 比 較 ， 即 可 判 斷 出 土 體是 處 于 何 種 狀 態(tài) ： （ 1） 當(dāng) 33f， 土 體 處 于 穩(wěn) 定 平 衡 狀 態(tài) ； （ 2） 當(dāng) 3=3f， 土 體 處 于 極 限 平 衡 狀 態(tài) ； （ 3） 當(dāng) 33f， 土 體 處 于 破 壞 狀 態(tài) ； 四 、 土 的 極 限 平 衡 條 件 的 應(yīng) 用 根 據(jù) 上 述 三 式 ， 計 算 出 達(dá) 到 極 限 平 衡 所 需 要 的m與 當(dāng) 前 土 體 的 來 作 比 較 ， 即 可 判 斷

13、 出 土 體 是 處于 何 種 狀 態(tài) ： （ 1） 當(dāng) m， 土 體 處 于 破 壞 狀 態(tài) ； 四 、 土 的 極 限 平 衡 條 件 的 應(yīng) 用 總 結(jié) ， 分 別 比 較 m、 1f、 3f， 與 、 1、 3，即 可 判 斷 出 土 體 是 處 于 何 種 狀 態(tài) ： （ 1） 當(dāng) m、 13f， 土 體 處 于 穩(wěn) 定平 衡 狀 態(tài) ； （ 2） 當(dāng) m=、 1=1f、 3=3f， 土 體 處 于 極 限平 衡 狀 態(tài) ； （ 3） 當(dāng) m、 11f、 33f， 土 體 處 于 破 壞狀 態(tài) ； 3， 處 于 穩(wěn) 定 狀 態(tài) 實 際 應(yīng) 用1、 當(dāng) 計 算 A點 時 ： 1=？ 、

14、 3=？ 黏 土C、 、 A2、 當(dāng) 計 算 B點 時 ： 1=？ 、 3=？ B 1= h1、 3=k0 1 h1h2 1= h2、 3=0 k0為 靜 止 土 壓 力 系 數(shù) ， 可 查47頁 表 4-1確 定3、 開 挖 多 深 不 會 失 穩(wěn) ？ 即 C點 的 深 度 為 多 大 ？ )245tan(2 0 ch )245tan(2)245(tan 00231 c當(dāng) 3=0時 ， 認(rèn) 為 此 處 為 剪切 滑 動 面 的 最 底 端 ,此 時 Ch 測定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗稱為剪切試驗十 字 板 剪 切 試 驗 (適 用 :飽 和 軟 粘 土 )大 型 直 接 剪 切 試 驗直 接 剪

15、 切 試 驗三 軸 壓 縮 試 驗 無 側(cè) 限 抗 壓 試 驗抗剪強(qiáng)度試驗 室 內(nèi)室 外 6.4 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 確 定 直 剪 儀一 、 直 剪 試 驗 6.4 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 確 定 剪 切 力 計量 儀 表 剪 切 盒 P STA一 、 直 剪 試 驗水 平 推 力 垂 直 壓 力 p 應(yīng) 力 環(huán) 水 平 力 T 一 、 直 剪 試 驗水 平 推 力 垂 直 壓 力 P 6.4 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 確 定 應(yīng) 力 環(huán) 水 平 力 T 一 、 直 剪 試 驗水 平 推 力 6.4 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 確 定 應(yīng) 力 環(huán) 水 平 力 T垂 直 壓 力

16、P 一 、 直 剪 試 驗水 平 推 力 6.4 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 確 定 應(yīng) 力 環(huán) 水 平 力 T垂 直 壓 力 P 一 、 直 剪 試 驗水 平 推 力 6.4 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 確 定 應(yīng) 力 環(huán) 水 平 力 T垂 直 壓 力 P 一 、 直 剪 試 驗水 平 推 力 6.4 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 確 定 應(yīng) 力 環(huán) 水 平 力 T垂 直 壓 力 P 一 、 直 剪 試 驗水 平 推 力 應(yīng) 力 環(huán) 水 平 力 T垂 直 壓 力 P A一 、 直 剪 試 驗A土 樣 面 積 應(yīng) 力 環(huán) 水 平 力 T垂 直 壓 力 P 正 應(yīng) 力 ：剪 應(yīng) 力 ： ATf A

17、一 、 直 剪 試 驗 AP應(yīng) 力 環(huán) 水 平 力 T垂 直 壓 力 P 施 加 P， 量 測 T，然 后 計 算 fOc tanf砂 土 ： tanc f黏 性 土 ： 內(nèi) 摩 擦 角 。 內(nèi) 聚 力 ；c 一 、 直 剪 試 驗 三 組 試 樣正 應(yīng) 力 ：剪 應(yīng) 力 ： ATf AP最 后 畫 點 ， 連 直 線 ， 求 出抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 、c 試 驗 類 型 加 垂 直 荷 載 時 剪 切 時 速 度 模 擬 類 型快 剪 q 不 固 結(jié) 快 速 不 排 水 剪 切固 結(jié) 快 剪 cq 固 結(jié) 快 速 固 結(jié) 不 排 水 剪 切慢 剪 s 固 結(jié) 慢 速 固 結(jié) 排 水 剪 切

18、 直 剪 儀 的 優(yōu) 點 :直剪儀的缺點 試 驗 時 不 能 嚴(yán) 格 控 制 排 水 條 件 ， 不 能 量 測孔 隙 水 壓 力 。 限 定 的 剪 切 面 不 是 土 樣 最 薄 弱 面 ； 應(yīng) 力 應(yīng) 變 分 布 不 均 勻 ， 且 垂 直 荷 載 發(fā) 生 偏 轉(zhuǎn) ，使 主 應(yīng) 力 大 小 方 向 都 發(fā) 生 偏 轉(zhuǎn) ； 受 剪 面 積 逐 漸 縮 小 ， 而 在 計 算 抗 剪 強(qiáng) 度 時 仍按 土 樣 的 原 截 面 積 計 算 ； 二 、 三 軸 壓 縮 （ 剪 切 ） 試 驗 壓 力 室加 壓 設(shè) 備電 腦 采 集 三 軸 剪 切 試 驗試 驗 裝 置 主 要 組 成 ： 試樣壓

19、力室壓力水排水管閥門軸向加壓桿有機(jī)玻璃罩橡皮膜透水石頂帽壓 力 室 分 解 1 Pc二 、 三 軸 剪 切 試 驗 3 1 Pc 3二 、 三 軸 剪 切 試 驗 1 Pc 3二 、 三 軸 剪 切 試 驗 31 tgc f 總 應(yīng) 力 表 示 法有 效 應(yīng) 力 表 示 法 tgcf 三 組 試 樣 試 驗 類 型 施 加 圍 壓 后 剪 切 時 簡 稱不 固 結(jié) 不排 水 剪 不 固 結(jié) 不 排 水 不 排 水 UU試 驗固 結(jié) 不 排水 剪 固 結(jié) 排 水 不 排 水 CU試 驗固 結(jié) 排 水剪 固 結(jié) 排 水 排 水 CD試 驗 三 軸 試 驗 優(yōu) 缺 點 優(yōu) 點 ： 試 驗 中 能 嚴(yán)

20、 格 控 制 試 樣 排 水 條 件 ， 量 測 孔 隙 水 壓力 ， 了 解 土 中 有 效 應(yīng) 力 變 化 情 況 ； 試 樣 中 的 應(yīng) 力 分 布 比 較 均 勻 ， 剪 切 面 在 試 樣 的 最薄 弱 處 ， 結(jié) 果 比 直 剪 試 驗 可 靠 。 缺 點 ： 試 驗 儀 器 復(fù) 雜 ， 操 作 技 術(shù) 要 求 高 ， 試 樣 制 備 較 復(fù)雜 ； 試 驗 在 2=3的 軸 對 稱 條 件 下 進(jìn) 行 ， 與 土 體 實 際 受力 情 況 可 能 不 符 。 ququ 加 壓框 架量 表 量 力 環(huán)升 降螺 桿 無 側(cè) 限 壓 縮 儀 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 試 驗 ， 與 巖

21、 石 單 軸 抗 壓 強(qiáng) 度 試 驗 類似 ， 是 三 軸 壓 縮 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(cè) 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(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 。 試樣三 、 無 側(cè) 限 抗 壓 試 驗 無 側(cè) 限 壓 縮儀 根 據(jù) 試 驗 結(jié) 果 只 能 作 出 一 個 極 限 應(yīng) 力 圓（ 3=0， 1=qu） 。 因 此 對 一 般 黏 性 土 ， 無 法 作 出強(qiáng) 度 包 絡(luò) 線 。 qucu

22、 u=02uuf qc 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 試 驗 儀 器 構(gòu) 造 簡 單 ， 操 作 方 便 ，可 代 替 三 軸 試 驗 測 定 飽 和 軟 黏 土 的 不 排 水 強(qiáng) 度 。 u=0 靈 敏 度 黏 性 土 的 原 狀 土 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 與 原 土 結(jié) 構(gòu) 完 全破 壞 的 重 塑 土 的 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 的 比 值 ： uut qqS 根 據(jù) 靈 敏 度 將 飽 和 黏 性 土 分 類 ：低 靈 敏 度 土 1St2中 靈 敏 度 土 24 適 用 于 現(xiàn) 場測 定 飽 和 黏 性 土的 不 排 水 強(qiáng) 度 ，尤 其 適 用 于 均 勻的 飽 和 軟 黏 土 。四 、 十 字 板 剪 切 試 驗 32 2 DHD Mf M剪 切 破 壞 時 的扭 矩 ， kNm。土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 ： 小 結(jié) tgcf 一 、 庫 侖 定 律二 、 土 的 極 限 平 衡 條 件 （ 摩 爾 庫 侖 強(qiáng) 度 理 論 ） 3131cot2sin c )245tan(2)245(tan 00231 c )245tan(2)245(tan 00213 c 此 三 式 均 可 用 于判 斷 土 體 是 否 處于 極 限 平 衡 狀 態(tài) 謝 謝 ！其 它 內(nèi) 容 自 學(xué) 。