土的抗剪强度优秀课件

莫尔-库伦 强度理论
定义
由库仑公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔-库伦 强度理论。
理论要点：
①材料的破坏是剪切破坏； ②破坏面上的剪切应力是该面上法向应力的函数； ③材料的强度和中间主应力无关； ④材料的强度曲线是一系列极限应力莫尔圆的外包线； ⑤土体材料的强度符合库伦公式；
第三章 土的抗剪强度
3.2 土的破坏准则
得如右图所示结果：
试验种类：
(1) 不固结不排水(UU)剪切试验； (2) 固结不排水(CU)剪切试验； (3)固结排水(CD)剪切试验。
c
I
II
III
3 1
优点： (1) 能较严格地控制排水条件； (2) 可量测试件中孔隙水压力； (3) 应力状态比较明确。
缺点：
(1) 仪器设备和操作相对比较复杂； (2) 中主应力和小主应力相等；
M max
MH
MV
D3
6
f
D2
2
H
f
f
M max
D2 D H
2 3
M
MH fH
fV
H
MV
D
第三章 土的抗剪强度
3.4 饱和粘性土的抗剪强度
一、饱和土中的孔隙压力系数
各向相等的应力(围压)作用下：
' 3
3
u3
根据弹性理论，各向相等的应 力引起的土体体积变化为：
V
3(1
2
E
)
V
' 3
—土的泊松比；E —土的弹性模量。
3
B 3
Cs
B为在各向应力相等条件下的孔隙压力系数。
饱 和 土： Cv / Cs 0, B 1,u3 3,3 0
干 土： Cv / Cs , B 0,u3 0,3 3
第三章 土的抗剪强度
3.3 抗剪强度的测定方法
三、无侧限抗压强度试验
围压为零，只能得到一个莫尔圆。
量表
升 降 螺 杆 图中qu称为土的无侧限抗压强度，根 据qu可求得饱和粘性土的UU强度：
cu
f
qu 2
量力环 横梁
加压 框架 试 件
手轮
第三章 土的抗剪强度
3.3 抗剪强度的测定方法
三、十字板剪切试验
土的抗剪强度
第三章 土的抗剪强度
主要内容
3.1 概述 3.2 土的破坏准则 3.3 抗剪强度的测定方法 3.4 饱和粘性土的抗剪强度 3.5 无粘性土的抗剪强度
第三章 土的抗剪强度
3.1 概述
土的抗剪强度 定义
在一定的应力状态下，土体能够抵抗剪切破坏 的极限能力。
土的组成、结构、含水量、孔隙比以及土体所 受的应力状态等多种因素。
’—剪切面上的法向有效应力； c’—土的有效粘聚力； ’—土的有效内摩擦角。
第三章 土的抗剪强度
3.2 土的破坏准则
二、摩尔-库伦强度理论
1910年莫尔（Mohr）提出材料 破坏面上的剪切应力是该面上法向应力的函数：
f
f ( )
该函数在f－坐标中是一条曲线，称为莫尔包线，表示材料受到不同应力 作用达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力的关系。
室内试验和原位测试
破坏准则
定义
当土体中的应力组合满足一定关系时，土体就会发生破坏，这 种应力组合即为破坏准则，亦即判定土体是否破坏的标准。
荷载
破坏过程： 局部土体剪切破坏 增加
剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在 土体中形成连续的滑动面，地基发 生整体剪切破坏而丧失稳定性。
第三章 土的抗剪强度
3.2 土的破坏准则
缺点：
(1) 剪切面限定在两盒之间；
(2) 剪切面上应力分布不均； (3) 剪切面面积变化； (4) 排水条件不可控。
第三章 土的抗剪强度
3.3 抗剪强度的测定方法
二、三轴压缩试验
百分表
压 力 室
量力环 横梁
量 水 管
试
孔
样
压
计
阀门
阀门
马达
第三章 土的抗剪强度
3.3 抗剪强度的测定方法
在不同围压下进行一组试验，即可
3
2
sin 2
对于给定的1 和3， 该函数在坐标中是一个圆， 即为应力莫 尔圆。莫尔圆圆周上各点的坐标 就表示该点在相应平面上的正应 力和剪应力。
第三章 土的抗剪强度
3.2 土的破坏准则
抗剪强度包线与莫尔圆之间的关系：
(1) 整个莫尔圆位于抗剪强度包线下方(圆I)，该点处于弹性平衡 状态。
(2) 莫尔圆与抗剪强度包线相切 (圆II),该点处于极限平衡状态。
一、库伦公式
1773年库仑提出
砂土抗剪强度公式： f tg
后又提出适合
粘性土的更普遍形式： f c tg
f —土的抗剪强度； —剪切面上的法向应力； c， —土的粘聚力和内摩擦角。
根据有效应力原理，土体内的剪应力仅能由土骨架承担，因此土的抗剪强度 应用有效应力表示：
f ' tg ' f c' ' tg '
f
(3) 抗剪强度包线是应力莫尔圆的 一条割线 (圆III)，该种情况不 可能出现。
c
II III I
第三章 土的抗剪强度
3.2 土的破坏准则
土体处于极限平衡状态时，极限应 力圆与抗剪强度包线相切，则：
1 3
sin
1 3 2c cot
对上式进行整理，可Байду номын сангаас：
3
1tg 2 (450
)
2
2c tg(450
通常用于测定饱和粘性土的 不排水强度指标。
试验时：
先钻孔到指定的土层，将十字板
压入土中750mm。
然后通过地面扭力设备施加的扭
矩剪切土样直至破坏。
第三章 土的抗剪强度
3.3 抗剪强度的测定方法
图 中：
M H
D/2
2 fH
0
2r rdr
D3
6
fH
MV
DH
D 2
fV
假定土体为各向同性，fH=fV=f：
而土不是理想的弹性体，因此：
V
CsV
' 3
CsV (3
u3)
Cs —土的体积压缩系数。
第三章 土的抗剪强度
3.4 饱和粘性土的抗剪强度
孔压作用下土体中的孔隙体积压缩量为：
Vv Cv n V u3
Cv—孔隙的体积压缩系数；E —土的孔隙率。
V CsV ( 3 u3)
Vv V
u3
1
1 nCv
三、土的极限平衡分析
极限平 衡状态
定义
土体中任一点在某一特定平面上的剪应力达到土的抗剪 强度时，就发生剪切破坏，该点即处于极限平衡状态。
极限平 衡条件
定义
土体中一点达到极限平衡时的应力条件，即为土的 极限平衡条件。
土单元中与大主应力作用面成任意 角的平面上的应力，有：
1 3
2
1 3
2
cos 2
1
)
2
1
3tg 2 (450
)
2
2c tg(450
)
2
对于无粘性土：
1
3tg 2
(450
)
2
3
1tg 2
(450
)
2
第三章 土的抗剪强度
3.3 抗剪强度的测定方法
一、直接剪切试验
试验设备：
直接剪切仪
应力控制式 应变控制式
(a) －d关系曲线 (b) －关系曲线
优点：
(1) 设备构造简单，操作方便。