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1、1,第五章 土的抗剪强度,2,一、土和土体的强度,挡土结构上的土压力,地基破坏,土坡稳定,表现形式,(1)形成明显的剪切滑移面,紧密砂土和干硬粘土,(2)位移不断增大,软塑粘土,土的破坏是剪切破坏shear failure,3,Transcona 谷仓,2500t容量饲料筒仓,4,美国，California,La Conchita，1995,5,衡重式挡土墙,钢筋混凝土挡土墙,挖孔桩支护,6,二、土的抗剪强度shear strength和破坏理论,1.土的抗剪强度和 Coulomb 定律,问题：土中一点（无数个面）的破坏准则是什么？,（针对某一特定面）,7,土的直接剪切试验,8,粘性土,无粘性
2、土,c,内摩擦角internal friction angle,粘聚力cohesion,Coulomb 定律,9,Charles-Auguste de Coulomb(17361806)法国科学家,1773年，最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用,休止角angle of repose,自然坡,由 Richard Woltman 在1794提出,内摩擦角,原文,现在,最初，工程师以休止角反映土体的强度。,10,2.MohrCoulomb 强度理论,（极限平衡条件）,11,Mohr-Coulomb 强度理论的破坏准则,（极限平衡条件）,或,12,破坏面上的应力,破坏面与小主应力面的夹角
3、,破坏面与大主应力面的夹角,破坏面的方向及破坏面上的应力,问题：剪切破坏是否发生在剪应力最大的面上？,否,13,相离：未破坏,相切：破坏,相割：破坏,3.判断一点是否发生剪切破坏,(通过应力调整变成相切),方法1,14,未破坏,方法2,破 坏,15,破 坏,方法3,破 坏,16,例题分析,【例】地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa，小主应力为200kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=15 kPa，=20o。试问该单元土体处于何种状态？,【解答】,已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa，=20o,1.主应力比较法,计算结果表明：1f大于该单元土体实际大主应力1，实际应
4、力圆半径小于极限应力圆半径，所以，该单元土体处于弹性平衡状态,17,计算结果表明：3f小于该单元土体实际小主应力 3，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，所以，该单元土体处于弹性平衡状态,在剪切破坏面上,库仑定律,由于f，所以，该单元土体处于弹性平衡状态,2.剪应力比较法,18,三、抗剪强度试验,1.直接剪切试验,（3）直剪仪无法控制土样孔隙水压的大小。,（1）剪切面的变化。,（2）剪切面上的应力假定为定值，有较大的误差。,（2）可用于大尺寸土样。,（1）简单方便。,优点,缺点,19,2.单轴压力试验,只能得到一个极限应力圆。,20,干硬粘土,或,可以测出破坏面的方向,21,饱和粘土,或,孔隙水
5、未及排出,22,3.三轴压力试验,常规三轴试验,23,对饱和粘土，可控制孔隙水压，以模拟实际土层的排水条件。,优 点,Mohr包线,24,四、砂土的抗剪强度,1.影响砂土抗剪强度的主要因素,颗粒较粗而无粘聚力的土。,砂土：,大于休止角,对极松散的砂,天然坡角,砂土抗剪强度的主要来源：,（1）砂土表面的滑动摩擦。,（2）颗粒之间的咬合作用。,（3）颗粒的重新排列。,影响强度指标的因素：,（1）颗粒的矿物成分、形状、级配。,（2）沉积条件。,25,2.砂土强度与密实度的关系,临界孔隙比critical void ratio ecr,剪 胀dilatancy,剪 缩contract,密 砂,松 砂,
6、密 砂,松 砂,剪 胀,剪 缩,26,日本新瀉，1964年6月16日，7.5级地震,砂土液化liquefaction,(饱和粉砂、细砂),0,动 载,剪 缩,液 化,强度丧失,孔隙比较大时,27,五、饱和粘土的抗剪强度,饱和土的抗剪强度取决于有效应力。,饱和粘土的抗剪强度随固结的进行而逐渐加大。,室内试验通过控制排水条件来模拟饱和粘土的固结程度。,总应力强度指标,有效应力强度指标,28,29,固结排水条件,（1）不固结不排水,UU试验,（2）固结不排水,CU试验,（3）固结排水,CD试验,三轴试验的加载过程,液 压,液压+竖向压力,固 结,排水,排水阀打开,排水阀打开,Consolidated
7、,Drained,Undrained,Unconsolidated,超固结土：液压前期固结压力,正常固结土：液压前期固结压力,30,1.不排水剪和快剪,总应力强度指标,有效应力强度指标,无法确定,31,2.固结不排水剪和固结快剪,总应力强度指标,（1）正常固结,（2）超固结,有效应力强度指标,正常固结,超固结,32,3.固结排水剪和固结慢剪,总应力强度指标,（1）正常固结,（2）超固结,有效应力强度指标,33,4.应 用,总 结,（1）饱和粘土的抗剪强度与固结程度密切相关。,（2）抗剪强度：固结排水固结不排水不固结不排水。,（3）在工程应用时，应选择与实际工程中排水条件相近的指标。,（1）软土
8、上的填筑,软土地基,问题：快速填筑还是慢速填筑？,第1层填筑,固 结,抗剪强度提高,第2层填筑,固 结,抗剪强度提高,34,（2）排水固结法,预压的目的：,a.提高软土的强度，从而提高地基的承载力。,b.降低地基在使用期间的沉降。,35,例题分析,【例】对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试样破坏时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，试用作图法确定土的强度指标ccu、cu和c、,36,解答,按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图所示，再绘出总应力强度包线,按由1=1-uf，3=3-uf，将总应力圆在水平轴上左移相应的uf即得3个有效应力极限莫尔圆，如图中虚线圆，再绘出有效应力强度包线,c,cc
9、u,根据强度包线得到：ccu=10 kPa，c u=18o c=6 kPa，、=27o,37,1、应力路径的概念 应力路径土中一点的应力变化过程。有多种表示方法。必要性：一点的应力状态可以用应力圆表示，但不便于表示应力的变化过程，为了简洁，一般以某特定面上的应力变化来表示，如最大剪应力面，剪破面等。如固结快剪试验的应力路径可表示为：（画图）,六、应力路径 stress path,38,39,2、应力路径的实用价值因为土是一种非线性材料，而且天然土多为各向异性，故土的受力特性和变形性质往往与土的应力路径有关。例如超固结性质的考虑对于高层建筑地基沉降计算的影响。3、应力历史（路径）对土的强度和变形的影响 1对砂土和饱和粘土的有效应力强度指标无影响；2对饱和粘土的总应力强度指标有影响；3对变形有明显影响，比如正常固结和超固结。,
