3土的抗剪强度.ppt

江西理工大学经济管理学院 3. 土的抗剪强度 第三章 土的抗剪强度 饱和粘性土的抗剪强度 * * 3—1 概 述 土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。工程中的地基承载力，挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。 建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗这种剪应力的能力，并随剪应力的增加而增大，当这种剪阻力达到某一极限值时，土就要发生剪切破坏，这个极限值就是土的抗剪强度。如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，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。 3—2 库伦公式和莫尔—库伦强度理论 一、库伦公式 1776年C．A．库伦(Coulomb)根据砂土的试验，将土的抗剪强度表达为滑动面上法向总应力的函数，即 以后又提出了适合 粘性土的更普遍的形式 由库伦公式可以看出，无粘性土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比，其本质是由于颗粒之间的滑动摩擦以及”凹凸面间的镶嵌作用所产生的摩阻力，其大小决定于颗粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的大小以及颗粒级配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分组成：一部分是 摩擦力，另一部分是土粒之间的粘结力，它是由于粘性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。 长期的试验研究指出，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，根据K．太沙基(Terzaghi)的有效应力概念，土体内的剪应力仅能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度应表示为剪切破坏面上法向有效应力的函数，库伦公式应修改为 二、莫尔—库伦强度理论 1910年莫尔(Mohr)提出材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并提出在破坏面上的剪应力f，是该面上法向应力，的函数，即 土的莫尔包线通常可以近似地用直线代替，如图3—2虚线所示，该直线方程就是库伦公式表示的方程。由库伦公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔—库伦强度理论。 当土体中任意一点在某一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，根据莫尔—库伦理论，可得到土体中—点的剪切破坏条件，即土的极限平衡条件． 1、土中某点的应力状态 下面仅研究平面问题，在土体中取一单元微体[图3—3(a)]，取微棱柱体abc为隔离体 [图3—3(b)]，将各力分别在水平和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得： 联立求解以上方程得mn平面上的应力为： 由材料力学可知，以上 与 之间的关系也可以用莫尔应力圆表示[图3—3(c)]，这样，莫尔圆就可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的座标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。 2、土的极限平衡条件 为了建立土的极限平衡条件，可将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张座标图上 (图3—4)。它们之间的关系有以下三种情况： (1)整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方(圆1)，说明该点在任何平面上的剪应力都小于土 所能发挥的抗剪强度( )，因此不会发生剪切破坏,(2)抗剪强度包线是莫尔圆的一条割线(圆Ⅲ)，说明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度( )，实际上这种情况是不可能存在的；(3)莫尔圆与抗剪强度包线相切(圆Ⅱ)，切点为A，说明在A点所代表的平面上，剪应力正好等于抗剪强度( )，该点就处于极限平衡状态。圆Ⅱ称为极限应力圆。根据极限应力圆与抗剪强度包线之间的几何关系，可建立以下极限平衡条件。 设在土体中取一单元微体，如图3—5(a)所示，mn为破裂面，它与大主应力的作用面成 角。该点处于极限平衡状态时的莫尔圆如图3—5(b)所示。将抗剪强度线延长与σ轴相 交于R点，由三角形ARD可知： 3－3抗剪强度的测定方法 抗剪强度的试验方法有多种，在实验室内常用的有直接剪切试验，三轴压缩试验和无 侧限抗压试验，在现场原位测试的有十字板剪切试验，大型直接剪切试验等。本节着重介绍几种常用的试验方法。 一、直接剪切试验 直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力σ，然后等