6.土的抗剪强度-土质土力学教案

土质学与土力学 7土的抗剪强度《土质学与土力学》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；φ：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 。

《土力学》授课教案目录•课程介绍与教学目标•土的物理性质及工程分类•土的渗透性与渗流问题•土的压缩性与地基沉降计算•土的抗剪强度与地基承载力•土压力理论与挡土墙设计•边坡稳定分析方法及应用•课程总结与拓展延伸PART01课程介绍与教学目标课程内容本课程涵盖土的物理性质、土的渗透性、土的压缩性、土的抗剪强度、土压力计算、地基承载力、边坡稳定性等主要内容。

课程性质《土力学》是土木工程专业的核心课程之一，主要研究土壤力学性质及其在工程中的应用。

课程意义通过本课程的学习，学生将掌握土力学的基本原理和分析方法，为后续的土木工程设计和施工提供必要的理论支持和实践指导。

《土力学》课程简介要求学生掌握土力学的基本概念、原理和分析方法，了解土的工程分类和性质。

知识目标培养学生运用土力学知识解决实际工程问题的能力，包括地基承载力计算、土压力计算、边坡稳定性分析等。

能力目标培养学生的工程素养和创新意识，提高学生的实践能力和综合素质。

素质目标教学目标与要求授课内容与安排授课内容按照教学大纲要求，系统讲授土的物理性质、渗透性、压缩性、抗剪强度等基本概念和原理，以及地基承载力、土压力计算、边坡稳定性分析等工程应用内容。

授课安排本课程共计32学时，其中理论授课24学时，实验8学时。

理论授课采用多媒体辅助教学，结合工程案例进行讲解。

实验环节包括土的基本性质实验、地基承载力实验等。

PART02土的物理性质及工程分类土的组成与结构土的组成土由固体颗粒、水和气体三部分组成。

固体颗粒构成土的骨架，水和气体填充在土颗粒之间。

土的结构土的结构是指土颗粒的排列方式和连接形式。

根据土颗粒的排列和连接特点，土可分为单粒结构、蜂窝结构和絮凝结构等。

土的物理性质指标密度与重度土的密度是指单位体积土的质量，重度则是单位体积土所受的重力。

它们是反映土密实程度的重要指标。

含水量土的含水量是指土中水的质量与固体颗粒质量的比值。

含水量对土的工程性质有很大影响。

土力学电子教案•土力学基本概念与原理•土的渗透性与渗流分析•土的抗剪强度与稳定性分析•地基承载力与变形计算•土压力理论与挡土墙设计•岩土工程勘察与报告编制土力学基本概念与原理01土力学定义及研究对象土力学的定义土力学是研究土体的物理、化学和力学性质以及土体与建筑物相互作用的学科。

研究对象主要研究土体在各种条件下的变形、强度和稳定性，以及土与结构物的相互作用。

土的物理性质与分类物理性质包括颜色、密度、含水量、孔隙比、液塑限等。

分类根据土的颗粒组成、塑性指数和液性指数等物理指标，可将土分为碎石土、砂土、粉土、黏性土等类型。

土的力学性质及指标力学性质土的力学性质主要包括变形特性、强度特性和渗透特性。

力学指标反映土的力学性质的指标有压缩系数、压缩模量、抗剪强度、内摩擦角、黏聚力等。

变形特性土的变形特性主要表现为压缩性、膨胀性和蠕变性等。

应力与变形关系土体在受力作用下，将产生相应的变形，应力与变形之间的关系可用土的压缩曲线、应力应变曲线等表示。

应力状态土体中的应力状态包括自重应力、构造应力和附加应力等。

土中应力与变形关系土的渗透性与渗流分析02渗透性基本概念及原理渗透性定义土体允许水流通过的性能，是土的重要水理性质之一。

渗透原理水流在土孔隙中的流动受土颗粒大小和排列、孔隙大小和分布等因素的影响。

渗透性指标渗透系数（k）是表示土的渗透性大小的指标，其大小取决于土的孔隙比和水的黏滞度。

渗流定律描述水流在土体中流动的基本定律，包括渗流量、渗流速度和渗流梯度之间的关系。

达西定律在一定条件下，通过土体的渗流量与水力梯度成正比，而与土的性质和水的黏滞度成反比。

该定律适用于层流状态。

达西定律的适用范围主要适用于层流状态，对于紊流状态需进行修正。

渗流定律与达西定律渗透系数测定方法室内试验法通过室内试验测定土的渗透系数，包括常水头法和变水头法。

现场试验法在现场进行渗透试验，如注水试验、抽水试验等，以测定实际土体的渗透系数。

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6章土的抗剪强度6.1 学习要求学习要点：掌握库伦定律及强度理论；掌握抗剪强度的测定方法。

了解饱和粘性土的抗剪强度及应力路径。

重点和难点：土的抗剪强度指标的测定，土的强度理论。

6.2 学习要点1. 土的抗剪强度理论★库伦公式土的抗剪强度表达式(库伦公式)为：无黏性土 ϕστtan f = (6-1) 黏性土 ϕστtan f +=c (6-2) 式中 f τ——土的抗剪强度(kPa) ;σ——剪切滑动面上的法向总应力(kPa)；c ——土的黏聚力(kPa) ;ϕ——土的内摩擦角(°)。

c 、ϕ统称为土的抗剪强度指标(参数)。

在στ-f 坐标中(图6-1)，库伦公式为一条直线，称为抗剪强度包线。

ϕ为直线与水平土力学与地基基础学习与考试指导·2· 轴的夹角，c 为直线在纵轴上的截距。

土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验时的排水条件、剪切速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其中最重要的是试验时的排水条件。

★抗剪强度的总应力法和有效应力法根据太沙基的有效应力概念，土体内的剪应力只能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度f τ应表示为剪切破坏面上的法向有效应力σ'的函数，即ϕσϕστ'-+'=''+'=tan )(tan f u c c(6-3) 式中 c '、ϕ'——分别为有效黏聚力和有效内摩擦角，统称为有效应力强度指标，对无性土，c '=0;σ'——剪切滑动面上的法向有效应力;u ——孔隙水压力。

因此，土的抗剪强度有两种表达方法，一种是以总应力σ表示剪切破坏面上的法向应力，其抗剪强度表达式为式(6-1)和式(6-2)，称为抗剪强度总应力法，相应的c 、ϕ称为总应力强度指标(参数)；另一种则以有效应力σ'表示剪切破坏面上的法向应力，其表达式为式(6-3)，称为抗剪强度有效应力法， c '、ϕ'称为有效应第6章 土的抗剪强度 ·3·力强度指标(参数)。