土抗剪强度(史上最全面)
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第七章 土的抗剪强度第一节 概述建筑物由于土的原因引起的事故中,一部分是沉降过大,或是差异沉降过大造成的;另一方面是由于土体的强度破坏而引起的。
对于土工建筑物(如:路堤、土坝等)来说,主要是后一个原因。
从事故的灾害性来说,强度问题比沉降问题要严重的多。
而土体的破坏通常都是剪切破坏;研究土的强度特性,就是研究土的抗剪强度特性。
①土的抗剪强度(τf ):是指土体抵抗抗剪切破坏的极限能力,其数值等于剪切破坏时滑动的剪应力。
②剪切面(剪切带):土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移,这个面通常称为剪切面。
其物理意义:可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘聚力所组成。
无粘性土一般无连结,抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组成,这与粒度、密实度和含水情况有关。
粘性土颗粒间的连结比较复杂,连结强度起主要作用,粘性突的抗剪强度主要与连结有关。
决定土的抗剪强度因素很多,主要为:土体本身的性质,土的组成、状态和结构;而这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关;此外,还决定于它当前所受的应力状态。
土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定,试验中,仪器的种类和试验方法以及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏,对确定强度值有很大的影响。
第二节 抗剪强度的基本理论一、库仑定律(剪切定律) 1773年 法国学者在法向应力变化范围不大时,抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线,这就是抗剪强度的库仑定律。
无粘性土:φστtg f ⋅= 粘性土:φστtg f ⋅=+c式中:f τ:土的抗剪强度,Kpa ;σ:剪切面的法向压力,Kpa ;φtg :土的内摩擦系数;υ:土的内摩擦角,度; c :土的内聚力,Kpa 。
σφtg :内摩擦力。
库仑定律说明:(1)土的抗剪强度由土的内摩擦力σφtg 和内聚力c 两部分组成。
(2)内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比,其比值为土的内摩擦系数φtg 。
第5章土的抗剪强度5.1概述土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。
当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动,该点便发生了剪切破坏。
工程实践和室内试验都验证了建筑物地基和土工建筑物的破坏绝大多数属于剪切破。
例如堤坝、路堤边坡的坍滑(图5.1a),挡土墙墙后填土失稳(图5.1b)建筑物地基的失稳(图 5.1c),都是由于沿某一些面上的剪应力超过土的抗剪强度所造成。
因此土的抗剪强度是决定地基或土工建筑物稳定性的关键因素。
所以研究土的抗剪强度的规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。
由于土的抗剪强度是岩土的重要力学性质之一,本章主要讲述叙述土抗剪强度的基本概念、土地抗剪强度的基本理论、土的抗剪强度的试验方法及土的抗剪强度指标的应用。
5.2土的抗剪强度的基本理论5.2.1直剪试验土的抗剪强度可以通过室内试验与现场试验测定。
直剪试验是其中最基本的室内试验方法。
直剪试验使用的仪器称直剪仪。
按加荷方式分为应变式和应力式两类。
前者是以等速推动剪切盒使土样受剪,后者则是分级施加水平剪力于剪力盒使土样受剪。
目前我国普遍应用的是应变式直剪仪如图5.2所示。
试验开始前将金属上盒和下盒的内圆腔对正,把试样置于上下盒之间。
通过传压板和滚珠对土样先施加垂直法向应力σ=p/F(F-土样的截面积),然后再施加水平剪力T,使土样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。
在剪切过程中,隔固定时间间隔,测读相应的剪变形,求出施加于试样截面的剪应力值。
于是即可绘制在一定法应力条件下,土样剪变形λ与剪应力τ的对应关系(图5.3a)。
τf。
同一种土的几个不同土样分别施加不同的垂直法向应力σ做直剪试验都可得到相应的剪应力-剪切位移曲线(图5.3a),根据这些曲线求出相应于不同的法向应力σ试样剪坏时剪切面上的剪应力τf。
在直角坐标σ-τ关系图中可以作出破坏剪应力的连线(图5.3b)。