第五章 土的抗剪强度 [兼容模式]
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第五章土的抗剪强度第一节概述土是固相、液相和气相组成的散体材料。
一般而言,在外部荷载作用下,土体中的应力将发生变化。
当土体中的剪应力超过土体本身的抗剪强度时,土体将产生沿着其中某一滑裂面的滑动,而使土体丧失整体稳定性。
所以,土体的破坏通常都是剪切破坏。
在工程建设实践中,道路的边坡、路基、土石坝、建筑物的地基等丧失稳定性的例子是很多的(图5-1)。
为了保证土木工程建设中建(构)筑物的安全和稳定,就必须详细研究土的抗剪强度和土的极限平衡等问题。
图5-1 土坝、基槽和建筑物地基失稳示意图(a)土坝(b)基槽(c)建筑物地基土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的能力,其数值等于土体产生剪切破坏时滑动面上的剪应力。
抗剪强度是土的主要力学性质之一,也是土力学的重要组成部分。
土体是否达到剪切破坏状态,除了取决于其本身的性质之外,还与它所受到的应力组合密切相关。
不同的应力组合会使土体产生不同的力学性质。
土体破坏时的应力组合关系称为土体破坏准则。
土体的破坏准则是一个十分复杂的问题。
到目前为止,还没有一个被人们普遍认为能完全适用于土体的理想的破坏准则。
本章主要介绍目前被认为比较能拟合试验结果,因而为生产实践所广泛采用的土体破坏准则,即摩尔—库伦破坏准则。
土的抗剪强度,首先取决于其自身的性质,即土的物质组成、土的结构和土所处于的状态等。
土的性质又与它所形成的环境和应力历史等因素有关。
其次,土的性质还取决于土当前所受的应力状态。
因此,只有深入进行对土的微观结构的详细研究,才能认识到土的抗剪强度的实质。
目前,人们已能通过采用电子显微镜、X射线的透视和衍射、差热分析等等新技术和新方法来研究土的物质成分、颗粒形状、排列、接触和连结方式等,以便阐明土的抗剪强度的实质。
这是近代土力学研究的新领域之一。
有关这方面的研究,可参132133 见相关的资料和文献。
土的抗剪强度主要由粘聚力c 和内摩擦角ϕ来表示,土的粘聚力c 和内摩擦角ϕ称为土的抗剪强度指标。
土力学5土的抗剪强度《土力学》第五章 土的抗剪强度 第一节 土的抗剪强度及其破坏准则一、土的强度与破坏形式概念:土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力,土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题。
二、土的抗剪强度规律——库仑定律(Coulomb ) (二)库仑定律表达式:C f +=φστtan式中各项含义:f τ-------------土的抗剪强度,KPaσ-------------剪切面上的法向应力,KPa ; φ--------------土的内摩擦角, C--------------土的粘聚力,KP(三)土的抗剪强度指标——φ、C φ——土的内摩擦角(°)C ——土的粘聚力(KPa ) C=0 Cφ、C 与土的性质有关,还与实验方法、实验条件有关。
因此,谈及强度指标时,应注明它的试验条件。
三、受剪面的破坏准则1、f ττ<时,土体受剪面是稳定的,处于弹性平衡状态;2、f ττ>时,土体受剪面已经破坏;3、f ττ=时,受剪面正好处于将要破坏的临界状态,称受剪面为极限平衡状态直剪试验的理论依据:土体受剪面在破坏时测得的τ和δ应在库仑直线上,测定若干个τ 和δ ,可绘制直线求出 φ和 C 值。
第二节 土的极限平衡条件一、土中一点的应力状态:与第一应力平面成α角的任一平面上,其应力ασ 、ατ 分别为:ασσσσσα2cos 223131-++=ασστα2sin 231-=摩尔应力圆:以231σσ+ 为圆心,以231σσ-为半径的圆的方程,即单位体上个截面的应力可绘成一应力圆。
单位体与摩尔应力圆关系:圆上一点,单元体上一面,转角2倍,转向相同。
二、摩尔——库仑准则( 准则) (一) 应力圆与库仑直线的关系(1)应力圆与库仑直线相离, f ττ< ,稳定状态(2)应力圆与库仑直线相切,单位体上有一个截面的剪应力刚好等于抗剪强度,处于极限平衡状态。
其余截面 f ττ<(3)应力圆与库仑直线相割:该单元体面剪切破坏。
第五章土的抗剪强度及其参数确定土的抗剪强度是土体在受到剪切力作用下抵抗破坏的能力。
土的抗剪强度是土力学中的重要参数,用于设计土体的承载力及稳定性。
土的抗剪强度与土体的力学性质有关,主要包括土粒间的摩擦力和粘聚力。
土粒间的摩擦力是由于土粒之间的接触而产生的阻力,而粘聚力是吸附在土粒表面的水膜力量。
土的抗剪强度可通过劈裂强度和摩擦强度来表示,即抗剪强度=粘聚力+摩擦力。
土体的抗剪强度可通过室内试验测定。
常见的试验方法有直剪试验、三轴剪切试验和扭转试验等。
其中,直剪试验是最简单的一种试验方法,适用于研究土体的剪切特性及其参数的确定。
直剪试验是将土样切割成一定形状的试件,然后施加垂直于剪切面的正压力和平行于剪切面的剪切力,观察土样的破坏模式及其抗剪强度。
试验可以得到剪切应力-剪切应变曲线,从而确定土体的抗剪强度及其参数。
直剪试验中,土样的形状和尺寸对试验结果有一定影响。
常见的土样形状有圆形、方形、矩形等。
土样尺寸的选择要符合土体的工程实际,并考虑统计性。
在试验过程中,还需控制剪切速率、正压力等试验条件。
直剪试验得到的剪切应力-剪切应变曲线常表现为线性段和非线性段。
线性段表征土体的弹性特性,非线性段表征土体的塑性特性。
通过拟合这两个段的曲线,可以确定土体的抗剪强度及其参数。
土体的抗剪强度参数主要包括内摩擦角和粘聚力。
内摩擦角是土体摩擦力大小的一种表征,可通过试验结果计算得到。
粘聚力是土体粘聚力大小的一种表征,需要通过试验得到。
根据试验结果,可以进一步确定土体的抗剪强度参数。
土的抗剪强度及其参数对土体的工程设计和稳定性分析具有重要的意义。
确定准确的抗剪强度参数可以保证土体工程的安全可靠性,也有助于优化土体的设计和施工方案。
因此,在土力学和岩土工程中,研究土的抗剪强度及其参数的确定是一个重要的课题。