土力學(xué)-5 土的抗堿強度.ppt
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5土的抗剪強度,5.1土的抗剪強度概述5.2抗剪強度的測定方法5.3孔隙壓力系數(shù)5.4抗剪強度指標(biāo)5.5應(yīng)力路徑,5.1土的抗剪強度概述,土的抗剪強度：土體抵抗剪切破壞的極限能力,加拿大特朗斯康谷倉：1911年動工1913年完工谷倉自重20000噸1913年10月17日發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)豎向沉降達30.5厘米，結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在24小時內(nèi)傾倒，谷倉西端下沉7.32米，東端上抬1.52米產(chǎn)生原因：地基承載力不夠，超載引發(fā)強度破壞而產(chǎn)生滑動。,一、庫侖定律,1776年，庫侖根據(jù)砂土剪切試驗,,?f=?tan?,砂土,庫侖定律：土的抗剪強度是剪切面上的法向總應(yīng)力?的線性函數(shù)，用τf表示。,?:土的內(nèi)摩擦角,后來，根據(jù)粘性土剪切試驗,,?f=c+?tan?,粘土,c,c:土的粘聚力?:土的內(nèi)摩擦角,土體強度破壞的機理：在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度時，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪切破壞。,有效應(yīng)力抗剪強度公式式中——剪切破壞面上的有效法向應(yīng)力u——土中的超靜孔隙水壓力——土的有效粘聚力——土的有效內(nèi)摩擦角土的有效抗剪強度指標(biāo)，對于同一種土，其值理論上與試驗方法無關(guān)，應(yīng)接近于常數(shù)。,1）無粘性土：來源于土粒間的摩擦力（內(nèi)摩擦力）。包括：a.一部分由于土顆粒粗糙產(chǎn)生的表面摩擦力；b.另一部分是粗顆粒之間互相鑲嵌，聯(lián)鎖作用產(chǎn)生的咬合力。,2）粘性土：除內(nèi)摩擦力外，還有內(nèi)聚力。內(nèi)聚力主要來源于：土顆粒之間的電分子吸引力和土中膠結(jié)物質(zhì)（eg.硅、鐵物質(zhì)和碳酸鹽等）對土粒的膠結(jié)作用。,二、土體抗剪強度影響因素,三、土體中任一點的應(yīng)力狀態(tài),假定土層為均勻、連續(xù)的半空間材料，研究地面以下任一深度處M點的應(yīng)力狀態(tài)。在土體中取一微單元體，作用在該單元體上的兩個主應(yīng)力為，作用在與大主應(yīng)力作用面成角的平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。,,,,楔體靜力平衡,斜面上的應(yīng)力,莫爾應(yīng)力圓方程,,,A(?,?),圓心坐標(biāo)[1/2(?1+?3)，0],應(yīng)力圓半徑r＝1/2(?1－?3),土中某點的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述,應(yīng)力圓與強度線相離：,應(yīng)力圓與強度線相切：,應(yīng)力圓與強度線相割：,ττf,破壞狀態(tài),彈性平衡狀態(tài),極限平衡狀態(tài),,?,,?,,,,,極限應(yīng)力圓,四、土的極限平衡條件,莫爾－庫侖破壞準(zhǔn)則,,?,,,,?,莫爾應(yīng)力圓與庫侖強度線相切的應(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),無粘性土：c=0,土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為?f,說明：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,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。通過試驗測得土的抗剪強度指標(biāo)c=15kPa，?=20o。試問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)在哪個面上，是否會沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？,在剪切面上,庫侖定律,由于τ<τf，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài),解:,1.計算法,2.圖解法,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,庫侖定律,最大剪應(yīng)力面上τ<τf，所以，不會沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破壞,一、直接剪切試驗,試驗儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）,5.2土的剪切試驗方法,剪切試驗,剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上的法向應(yīng)力?，剪應(yīng)力由剪切力除以試樣面積。,在法向應(yīng)力?作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得到該?作用下土的抗剪強度。,在不同的垂直壓力?下進行剪切試驗，得相應(yīng)的抗剪強度τf，繪制τf-?曲線，得該土的抗剪強度包線。,直剪試驗優(yōu)缺點,優(yōu)點：儀器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于操作。缺點：①剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實際情況，不一定是土樣的最薄弱面。②試驗中不能嚴(yán)格控制排水條件，對透水性強的土尤為突出，不能量測土樣的孔隙水壓力。③上下盒的錯動，剪切過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。,二、三軸剪切試驗,應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測系統(tǒng)組成應(yīng)力控制式三軸儀,試驗步驟:,1.裝樣,2.施加周圍壓力,3.施加豎向壓力,抗剪強度包線,分別在不同的周圍壓力?3作用下進行剪切，得到3～4個不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的抗剪強度包線,三軸試驗優(yōu)缺點,優(yōu)點：①試驗中能嚴(yán)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；②試樣中的應(yīng)力分布比較均勻。缺點：①試驗儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜；②試驗在?2=?3的軸對稱條件下進行，與土體實際受力情況可能不符。,三、無側(cè)限抗壓強度試驗,,無側(cè)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(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)限抗壓強度。,根據(jù)試驗結(jié)果只能作出一個極限應(yīng)力圓（?3=0，?1=qu）。因此對一般粘性土，無法作出強度包線。,說明：對于飽和軟粘土，根據(jù)三軸不排水剪試驗成果，其強度包線近似于一水平線，即?u=0，因此無側(cè)限抗壓強度試驗適用于測定飽和軟粘土的不排水強度。,無側(cè)限抗壓強度試驗儀器構(gòu)造簡單，操作方便，可代替三軸試驗測定飽和軟粘土的不排水強度。,靈敏度,粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強度的比值。,反映土的結(jié)構(gòu)受撓動對強度的影響程度,根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：,低靈敏度土1下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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