土力学-5-土的抗剪强度课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章,土的抗剪强度,土工结构物或地基,土,渗透,问题,变形问题,强度,问题,渗透,特性,变形特性,强度,特性,一、工程中土体的破坏类型,二、土的强度的机理,三、摩尔,-,库仑强度理论,5,土的抗剪强度,5.1,土的抗剪强度概述,土体破坏与土的强度理论,大阪的港口码头档土墙由于液化前倾,二、工程中土体的破坏类型,1.,挡土结构物的破坏,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,1.,挡土结构物的破坏,二、工程中土体的破坏类型,广州京光广场基坑塌方,使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死,3,人，伤,17,人。,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,挡土墙,滑裂面,基坑支护,1.,挡土结构物的破坏,二、工程中土体的破坏类型,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,平移滑动,2.,各种类型的滑坡,崩塌,旋转滑动,流滑,二、工程中土体的破坏类型,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,1994,年,4,月,30,日,崩塌体积,400,万方,10,万方进入乌江,死,4,人，伤,5,人，失踪,12,人,击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船,2,只,1994,年,7,月,2-3,日降雨引起再次滑坡,崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航,滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。,乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌,2.,各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,龙观嘴,黄崖沟,乌江,2000,年西藏易贡巨型滑坡,2.,各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,高程（,m,）,滑距（,m,）,5530,2200,4000,扎 木 弄 沟,滑坡堆积体,0,8000,4000,2000,6000,立面示意图,坡高,3330 m,堆积体宽 约,2500m,总方量,约,3,亿方,2.,各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,2000,年西藏易贡巨型滑坡,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,易贡滑坡堰塞湖,滑 坡 堆 积 区,扎,木,弄,沟,2264m,2210m,2165m,2340m,平面示意图,5520m,滑坡堆积体,2.,各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,2000,年西藏易贡巨型滑坡,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,天然坝,坝高,290 m,滑坡堰塞湖,库容,15,亿方,湖水每天上涨,50cm,?,2.,各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,2000,年西藏易贡巨型滑坡,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,边坡,滑裂面,2.,各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,粘土地基上的某谷仓地基破坏,3.,地基的破坏,二、工程中土体的破坏类型,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,日本新泻,1964,年地震引起大面积液化,3.,地基的破坏,二、工程中土体的破坏类型,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,地基,p,滑裂面,3.,地基的破坏,二、工程中土体的破坏类型,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,土压力,边坡稳定,地基承载力,挡土结构物破坏,各种类型的滑坡,地基的破坏,核心,强度理论,二、工程中土体的破坏类型,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,一、工程中土体的破坏类型,二、土的强度的机理,三、摩尔,-,库仑强度理论,5,土的抗剪强度,5.1,土的抗剪强度概述,土体破坏与土的强度理论,三、土的强度的机理,直剪试验,库仑（,1776,）,试验原理,施加,（,=,P/A,），,S,量测,（,=,T/A,）,上盒,下盒,P,S,T,=,100KPa,S,A,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,直剪试验,库仑（,1776,）,试验原理,试验结果,=,100KPa,S,=,200KPa,=,3,00KPa,三、土的强度的机理,P,S,T,A,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,O,c,c,粘聚力,内摩擦角,=,100KPa,S,=,200KPa,=,3,00KPa,直剪试验,库仑（,1776,）,试验原理,试验结果,三、土的强度的机理,库仑公式：,f,：,土的抗剪强度,tg,：,摩擦强度,-,正比于压力,c,：,粘聚强度,-,与所受压力无关,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,密度（,e, ,粒径级配（,C,u, C,c,）,颗粒的矿物成分,对于,：砂土,粘性土；,高岭石,伊里石,蒙特石,粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）,在其他条件相同时：,对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角,对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角,影响土的摩擦强度的主要因素：,三、土的强度的机理,1.,摩擦强度,tg,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,粘聚强度机理,静电引力（库仑力）,范德华力,颗粒间胶结,假粘聚力（毛细力等）,粘聚强度影响因素,地质历史,粘土颗粒矿物成分,密度,离子价与离子浓度,-,-,-,-,+,三、土的强度的机理,2.,凝聚强度,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,5,土的抗剪强度,一、土的强度特点,二、工程中土体的破坏类型,三、土的强度的机理,四、摩尔,-,库仑强度理论,5.1,土的抗剪强度概述,土体破坏与土的强度理论,四、摩尔,-,库仑强度理论,1.,库仑公式,2.,应力状态与摩尔圆,3.,极限平衡应力状态,4.,摩尔,-,库仑强度理论,5.,破坏判断方法,6.,滑裂面的位置,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,P,S,T,A,c,粘聚力,内摩擦角,f,：,土的抗剪强度,tg,：,摩擦强度,-,正比于压力,c,：,粘聚强度,-,与所受压力无关,四、摩尔,-,库仑强度理论,固定滑裂面,如何判断一点,是否破坏？ 一点的应力状态,借助于莫尔圆,1.,库仑公式,5,土的抗剪强度,5.1,土的抗剪强度概述,=,=,三维应力状态,四、摩尔,-,库仑强度理论,2.,应力莫尔圆,二维应力状态,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,莫尔圆应力分析符号规定,材料力学,+,-,+,-,土力学,正应力,剪应力,拉为正,压为负,顺时针为正,逆时针为负,压为正,拉为负,逆时针为正,顺时针为负,四、摩尔,-,库仑强度理论,2.,应力莫尔圆,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,O,z,+,zx,-,xz,x,2,1,3,r,R,+,-,1,四、摩尔,-,库仑强度理论,2.,应力莫尔圆,大主应力：,小主应力,:,圆心：,半径：,z,按顺时针方向旋转,x,按顺时针方向旋转,莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力,与,5,土的抗剪强度,5.1,土的抗剪强度概述,3.,极限平衡状态,四、摩尔,-,库仑强度理论,极限平衡状态：,f,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,土的强度包线：,有一对面上的应力状态达到,=,f,所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线。,3.,极限平衡应力状态,四、摩尔,-,库仑强度理论,f,强度包线以内：,下任何一个面上的, 都没有达到破坏包线，不破坏；,5,土的抗剪强度,5.1,土的抗剪强度概述,与破坏包线相切：,有一个面上的应力达到破坏；,与破坏包线相交：,有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。,4.,莫尔,库仑强度理论,（,1,）土单元的某一个平面上的抗剪强度,f,是该面上作 用的,法向应力,的单值函数,f,=f(,),四、摩尔,-,库仑强度理论,5,土的抗剪强度,5.1,土的抗剪强度概述,（,2,）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似,f,=,c,+,tg,（,3,）,某土单元的任一个平面上,= ,f,，,该单元就达到了极限,平衡应力状态,4.,莫尔,库仑强度理论,四、摩尔,-,库仑强度理论,莫尔,-,库仑强度理论表达式极限平衡条件,1,3,O,c,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,4.,莫尔,库仑强度理论,四、摩尔,-,库仑强度理论,莫尔,-,库仑强度理论表达式极限平衡条件,1f,3f,O,c,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,根据应力状态计算出大小主应力,1,、,3,判断破坏可能性,由,3,计算,1f,比较,1,与,1f,1,1f,破坏状态,O,z,+,zx,-,xz,x,2,1,3,r,R,+,-,1,圆心：,半径：,根据应力状态计算出大小主应力,1,、,3,判断破坏可能性,由,1,计算,3f,比较,3,与,3f,3,3f,弹性平衡状态,O,c,1,3f,3,3,5.,破坏判断方法,四、摩尔,-,库仑强度理论,判别对象：土体微小单元（一点）,1,=,常数：,5,土的抗剪强度,5.1,土的抗剪强度概述,3,=,3f,极限平衡状态,3,3f,破坏状态,根据应力状态计算出大小主应力,1,、,3,判断破坏可能性,由,1,、,3,计算,与,比较,不可能,状态,2,3,1f,45,/2,破裂面,O,c,1f,3,2,6.,滑裂面的位置,与大主应力面夹角：,=45 +,/2,四、摩尔,-,库仑强度理论,5,土的抗剪强度,5.,1,土的抗剪强度概述,例 题,砂土地基中的一点,1,=500KPa,，,3,=180KPa,，,=36,0,，,c=0,1,、,判断是否发生剪切破坏；,2,、如未发生破坏，可采用几种加载方式使之破坏。,思 路（,1,）,3,f,=c+ ,tg,1f,1,思 路（,2,）,3f,f,=c+ ,tg,1,3,思 路（,3,）,3,1,f,=c+ ,tg,例 题,例 题,3,1,f,=c+ ,tg,180,500,693.3,129.8,1925.8,70.3,一、室内试验,二、野外试验,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,直剪试验、三轴试验等,制样（重塑土）或现场取样,缺点：扰动,优点：应力条件清楚，易重复,十字板扭剪试验、旁压试验等,原位试验,缺点：应力条件不易掌握,优点：原状土的原位强度,P,S,T,A,=,100KPa,S,=,200KPa,=,3,00KPa,O,c,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,1.,直剪试验,通过控制剪切速率来近似模拟排水条件,1.,固结慢剪：,施加正应力,-,充分固结,慢慢施加剪应力,-,小于,0.02mm/,分，以保证无超静孔压,2.,固结快剪,施加正应力,-,充分固结,在,3-5,分钟内剪切破坏,3.,快剪,施加正应力后,立即剪切,3-5,分钟内剪切破坏,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,1.,直剪试验,P,S,T,A,O,n,K,0,n,P,S,T,A,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,1.,直剪试验,设备简单，操作方便,结果便于整理,测试时间短,优点,试样应力状态复杂,应变不均匀,不能控制排水条件,剪切面固定,缺点,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,1.,直剪试验,P,S,T,A,类似试验：,环剪试验,单剪试验,试样,压力室,压力水,排水管,阀门,轴向,加压杆,有机玻璃罩,橡皮膜,透水石,顶帽,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,2.,三轴试验,（,1,）试样应力特点与试验方法,（,2,）强度包线,（,3,）试验类型,（,4,）优缺点,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,2.,三轴试验,方法：,首先试样施加静水压力,室压（围压） ,1,=,2,=,3,；,然后通过活塞杆施加的是应力差,1,=,1,-,3,。,（,1,）试样应力特点与试验方法：,特点：,试样是轴对称应力状态。垂直应力,z,一般是大主应力；径向与切向应力总是相等,r,=,，,亦即,1,=,z,；,2,=,3,=,r,强度包线,(,1,-,),f,c,(,1,-,),f,1,1,- ,3,1,=15%,分别作围压,为,100,kPa,、,200,kPa,、,300,kPa,的三轴试验，得到破坏时相应的（,1,-,),f,绘制三个破坏状态的应力摩尔圆，画出它们的公切线,强度包线，得到强度指标,c,与,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,2.,三轴试验,（,2,）强度包线,固结排水试验（,CD,试验）,1,打开排水阀门，,施加围压,后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；,2,打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差,以便充分排水，避免产生超静孔压,固结不排水试验（,CU,试验）,1,打开排水阀门，,施加围压,后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；,2,关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差,过程中不排水,不固结不排水试验（,UU,试验）,1,关闭排水阀门，,围压,下不固结；,2,关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差,过程中不排水,c,d,、,d,c,cu,、,cu,c,u 、,u,（,3,）试验类型,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,2.,三轴试验,固结排水试验（,CD,试验）,Consolidated Drained Triaxial test (CD),抗剪强度指标,：,c,d,d,（,c,）,试验类型汇总,固结不排水试验（,CU,试验）,Consolidated Undrained Triaxial test (CU),抗剪强度指标,：,c,cu,cu,不固结不排水试验（,UU,试验）,Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU),抗剪强度指标,：,c,u,u,（,c,uu,uu,）,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,2.,三轴试验,v,=,f,=,f,1.,固结排水试验,u,轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定，,孔压,u,0,f,f,cu,2.,固结不排水试验,u,=0 ,c,u,并且有效应力莫尔圆是唯一的,思考题：可否由不排水试验确定有效应力强度指标？,c,u,3.,不固结不排水试验,C,u,依赖于,初始状态,试验条件与现场条件,的对应关系,粘土地基上的分层慢速填方,在,1,层固结后，快速施工,2,层,1,2,软土地基上的快速填方,固结排水试验,固结不排水试验,不固结不排水试验,优点：,1,应力状态和应力路径明确；,2,排水条件清楚，可控制；,3,破坏面不是人为固定的；,缺点：,设备相对复杂，现场无法试验,说明：,3,0,即为,无侧限抗压强度试验,（,4,）优点和缺点,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,2.,三轴试验,真三轴仪,空心圆柱扭剪仪,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,一、室内试验,3.,其它室内试验,十字板剪切试验,一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；,钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；,通过施加的扭矩计算土的抗剪强度,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,二、野外试验,时：,M,1,H,D,M,2,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,二、野外试验,十字板剪切试验,例,一个饱和黏土试样，已知孔隙水压力系数,A,=0.7,。装入三轴剪切仪中，先施加各向均等应力,= ,3,= 100kPa,，并固结稳定。然后在不排水条件下向试样施加应力增量,= 60kPa,，,3,= 20kPa,，试计算施加应力增量后，试样内孔隙水压力,u,及,、,、 ,3,、,3,。,5.2,抗剪强度测定方法,5,土的抗剪强度,