土力学第5章及答案.ppt

土力学与土质学(第5章） 第5章 土的抗剪强度 学习要求： 1. 掌握抗剪强度公式，熟悉抗剪强度的影响因素； 2．掌握摩尔-库仑抗剪强度理论和极限平衡理论； 3．掌握抗剪强度指标的测定方法； 4．掌握不同固结和排水条件下土的抗剪强度指标的意义； 5．了解应力路径的概念。 基本内容： 5.1 土的强度概念与工程意义 5.2 土体强度理论 5.3 饱和粘性土的抗剪强度 5.4 应力路径 5.1 土的强度概念与工程意义 ●土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的主要力学性质之一。土体的破坏通常部是剪切破坏。 ●建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗剪应力的潜在能力——剪阻力，它随着剪应力的增加而逐渐发挥，剪阻力被完全发挥时，土就处于剪切破坏的极限状态，此时剪应力也就到达极限，这个极限值就是～。 ●建筑物安全正常使用，要求建筑地基必须同时满足以下两条件： 第一：地基的变形条件； 　 第二：地基的强度条件。 ●工程事例 　★加拿大特郎斯特康谷仓倾倒事故； 　★巴西的大厦倒塌事件（l=29m，b=12m，柱长21m，99根，地基土为软弱的沼泽土。） ●土体强度问题在工程中应用 5.2 土体强度理论 一、库仑公式 1773年C．A．库仑(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 τf = ? tan? 以后（1776年）又提出了适合粘性土的更普遍的形式： τf = c＋? tan? 式中τf —— 土的抗剪强度，kPa ? —— 剪切滑动面上法向总应力，kPa c —— 土的粘聚力(内聚力)，kPa ? —— 土的内摩擦角，度。 以上两式统称为库仑公式或库仑 定律，c、 ? 称为抗剪强度指标或抗 剪强度参数。 二. 土的抗剪强度的构成 ●由土的抗剪强度表达式可以看出，砂土的抗剪强度是由内摩阻力构成，而粘性土的抗剪强度则由内摩阻力和粘聚力两个部分所构成。 ★内摩阻力包括土粒之间的表面摩擦力和由于土粒之间的连锁作用而产生的咬合力。咬合力是指当土体相对滑动时，将嵌在其它颗粒之间的土粒拔出所需的力，土越密实。连锁作用则越强。 ★粘聚力包括原始粘聚力、固化粘聚力和毛细粘聚力。 ??? 原始粘聚力是由于土粒间水膜受到相邻土粒之间的电分子引力而形成的，当土天然结构被破坏时，原始粘聚力将丧失一些，但会随着时间而恢复其中的一部分或全部。 ??? 固化粘聚力是由于土中化合物的胶结作用而形成的，当土的天然结构被破坏时，则固化粘聚力随之丧失，不能恢复。毛细粘聚力是由于毛细压力所引起的，一般可忽略不计。 ●土的抗剪强度指标的工程数值： ★ 砂土的内摩擦角 j 变化范围不是很大，中砂、粗砂、砾砂一般为 j =32°～40°；粉砂、细砂一般为 j=28°～36°。e愈小， j愈大，但含水饱和粉砂、细砂很容易失稳，因此对其内摩擦角的取值宜慎重，规定取 j =20°左右。砂土有时也有很小的粘聚力（约10 kPa以内），这是由于砂土中夹有一些粘土颗粒，也可能是由于毛细粘聚力的缘故。 ★粘性土的抗剪强度指标的变化范围很大，它与土的种类有关，并且与土的天然结构是否破坏、试样在法向压力下的排水固结程度及试验方法等因素有关。内摩擦角的变化范围大致为j ＝0°～30°；粘聚力则可从小于10 kPa变化到200 kPa以上。 五、极限平衡条件的应用 土的极限平衡条件常用来评判土中某点的平衡状态， 具体方法 一、已知主应力s1、 s3，土的内摩擦角?，可推求出土体处于极限平衡状态时所要求的内摩擦角?f。 （1）若?f ?,表示保持土单元体不产生破坏所需要的内摩擦角大于土的实 际内摩擦角,实际土体必破坏; （2）反之?f ?,土单元体处于稳定状态; （3）当?f = ?,土单元体处于极限平衡状态. 二、是根据实际最小主应力 s3 及土的极限平衡条件式，可推求土体处于极限平衡状态时所能承受的最大主应力 s1f或根据实际最小主应力 s1 及土的极限平衡条件式推求出土体处于极限平衡状态时所能承受的最小主应力 s3f ，再通过比较计算值与实际值即可评判该点的平衡状态： （1）当 s1 s1f 或s3 s3f 时，土体中该点处于稳定平衡状态； （2）当 s1=s1f 或s3= s3f