第五章抗剪强度解读.ppt

第五章 土的抗剪强度理论 主要内容 第一节 概述 第二节 库仑定律和摩尔-库仑强度准则（重点） 第三节 抗剪强度指标的试验方法及其应用 第四节 孔隙应力系数及土的剪胀性（难点） 第五节 土的抗剪强度特性的几个问题 第一节 概 述 一、材料的破坏形式 铸铁： （1）断裂型破坏（脆断破坏）； 拉伸试件沿横截面断裂，扭转圆试件沿斜截面断裂，但断裂面都是最大拉应力所在平面；是正截面破坏； （2）剪切型破坏（屈服破坏）： 压缩试件沿斜截面发生错动而破坏，是由于斜截面上的剪应力所引起的剪断破坏。 低碳钢： 拉伸和压缩试件的破坏由斜截面上的剪应力引起，属于剪切型破坏。 结论： 材料的破坏按其物理本质而言分为断裂型和剪切型两大类。 二、材料的强度理论 1．强度理论定义：假设材料的某一种类型的破坏是由某种因素所引起的，这种假说通常就称为强度理论。 2．常用的强度理论： （1）最大拉应力理论（第一强度理论）：脆断破坏。 （2）最大伸长线应变理论（第二强度理论）：脆断破坏。 （3）最大剪应力理论（第三强度理论）：屈服破坏。 （4）形状改变比能理论（第四强度理论）：屈服破坏。 问题：土的破坏型式是什么？它的强度理论是什么？ 三、土的破坏形式——剪切破坏 因为土颗粒自身的强度远大于颗粒间的联接强度，在外力作用下，土中的颗粒沿接触处互相错动而发生剪切破坏。 四、土的强度理论 滑裂面上的剪应力达到极限值。 （注：与最大剪应力理论不同） 第二节 库仑定律与摩尔-库仑强度准则 砂土: τf =σtg ? 粘性土: τf = c +σtg ? 有效应力原理： 有效应力与抗剪强度存在唯一对应关系 用有效应力表达： τf =c′+σ′tgφ′=c′+（σ-u）tgφ′ 密度（e, ?? ?? 粒径级配（Cu, Cc） 颗粒的矿物成分 对于?：砂土粘性土； 高岭石伊里石蒙特石 粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比） 在其他条件相同时： 对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角? 对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角? （三）应力状态分析 τ﹤τf 平衡状态 τ=τf 极限平衡状态（土趋于破坏的临界状态） τ﹥τf- 破坏状态 小结： 从变形过程看，抗剪强度仅当施加了剪应力，发生了剪切变形后才能表现出来，所以抗剪强度只能用达到极限平衡时的剪应力来衡量。 二、摩尔-库仑强度理论（1910年） 2、摩尔—库伦破坏准则 根据Mohr-Coulomb破坏理论，破坏时的Mohr应力圆必定与破坏包线相切。 切点所代表的平面满足τ=τf的条件，该点处于极限平衡状态。 莫尔—库仑强度理论与材料力学中的最大剪应力理论有何区别？土体的剪切破坏是发生在τmax作用面上吗？ 第三节 抗剪强度指标的试验方法及其应用 剪切试验的类型 ——室内剪切试验（直剪试验、三轴压缩试验和无侧限压缩试验） ——现场原位测试（十字板剪切试验） 室内试验的特点 ——边界条件比较明确，且容易控制。但室内试验要求从现场采取试样，在取样的过程中不可避免地引起应力释放和土的结构扰动。 现场原位试验的优点 ——直接在现场原位进行，不需取试样，因而能够更好地反映土的结构和构造特性；对无法进行或很难进行室内试验的土，如粗颗粒土、极软粘土及岩土接触面等，可以取得必要的力学指标。 一、直剪试验 1、试验装置及试验方法： 试验装置——应变控制式和应力控制式 直剪试验根据排水条件可分为：快剪、固结快剪和慢剪． （1）快剪：竖向应力施加后，立即快速施加水平剪力使试样剪切破坏,以模拟不排水的工况。如《土工试验规程》规定，要使试样在3～5分钟内剪坏。其快剪强度指标为cq、?q。 （2）固结快剪：竖向应力施加后，让试样充分固结。固结完成后，再进行快速剪切，其剪切速率与快剪相同。其固快指标为ccq、?cq。 （3）慢剪：竖向应力施加后，允许试样排水固结。待固结完成后，施加水平剪应力，剪切速率放慢，使试样在剪切过程中有充分的时间产生体积变形和排水（对剪胀性土为吸水）。其慢剪强度指标为cs、?s。 3、不同土类的试验 （1）无粘性土——渗透性好，即使快剪也能使其排水固结。故《土工试验规程》规定：对无粘性土，一律采用一种加荷速率进行试验。 （2）正常固结的粘性土（通常为软土），在竖向应力和剪应力作用下，土样都被压缩，所以通常在一定应力范围内，τq＜τcq＜τs。 （饱和软粘土фq一般在0o