tlxdjjc6《土力学与地基基础》第六章土的抗剪强度.ppt

第六章 土的抗剪强度 本章提要与学习目标 土的抗剪强度是土的重要力学性质之一，也是土力学的基本问题之一，它是土的工程性质中最主要的组成部分，与工程建筑物的稳定和正常使用关系极为密切，其指标被工程设计直接采用，是地基设计及改良不可缺少的资科。 重点掌握库仑定律、土的极限平衡条件、用直接剪切仪和三轴剪切仪测定抗剪强度指标的方法及三轴试验成果的整理、解决实际工程中遇到的强度稳定性问题。 第一节 概述 实际工程当中，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。 （a)土坡稳定性 (b)挡土墙地基稳定性 (c)建筑物地基失稳 实例1 香港残积土体滑坡 1972年5～6月大暴雨，6月雨量竟高达1658.6mm，引起山坡残积土软化而滑动。7月8日7点钟，大滑坡发生，冲毁一幢高层建筑-宝城大厦。该大厦居住银行界人士，死亡120人。因大楼之间间距太小，在宝城大厦倒塌时，砸坏邻近一幢大厦的一角。引起西方震惊，对岩土工程倍加重视。 实例2 1963年10月9日晚10时，当意大利瓦依昂水库管理人员及水库周围的村民开始就寝时，人类历史上一场罕见的水库灾难降临在这些无辜人的身上。晚10时29分，近3亿方的岩体从库区左岸托克山的一侧滑进了瓦依昂水库，它冲向右岸，并填满了整个水库，产生的245m高的涌浪翻过276m高的双曲拱坝，并冲向下游，席卷了下游五个村镇，使2600人丧生，造成了数亿美元的经济损失。 1.土的抗剪强度：是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动面受的剪应力。 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。 3.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。 4.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。 5.土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定 。 第二节 土的抗剪强度理论和极限平衡条件 一、库仑定律（剪切定律） 1773年法国学者库仑(C.A. Coulomb)提出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： 粘性土： 将库仑定律表示在坐标系中为两条直线 库仑定律说明： （1）土的抗剪强度由土的内摩擦力σtgΦ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tgΦ 。 （3）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角Φ和内聚力c。 二、总应力法和有效应力法 总应力法是用剪切面上的总应力来表示土的抗剪强度，即： 有效应力法是用剪切面上的有效应力来表示土的抗剪强度，即： 饱和土的抗剪强度与土受剪前在法向应力作用下的固结度有关。而土只有在有效应力作用下才能固结。有效应力逐渐增加的过程，就是土的抗剪强度逐渐增加的过程。 总应力法与有效应力法的优缺点： 1．总应力法：优点：操作简单，运用方便。（一般用直剪仪测定） 缺点：不能反映地基土在实际固结情况下的抗剪强度。 2．有效应力法：优点：理论上比较严格，能较好的反映抗剪强度的实质，能检验土体 处于不同固结情况下的稳定性。 缺点：孔隙水压力的正确测定比较困难。 抗剪强度机理（强度来源） 粘性土的抗剪强度由内摩擦力和粘聚力两个部分组成。 内摩擦力，一般认为包含这样两个部分：一是剪切面上颗粒与颗粒粗糙面产生的滑动摩擦阻力；二是来自于颗粒之间嵌入或联锁作用产生的咬合摩擦阻力。滑动摩擦阻力的大小与作用于粒间的有效法向应力成正比，滑动摩擦角的大小与颗粒的矿物成分有关；咬合摩擦阻力的大小与粒间有效法向应力有密切的关系，当土体发生剪切时，相互咬合的颗粒要发生相对移动，必须首先向上抬起，才能跨越相邻颗粒而移动，土粒之间的有效法向应力越大，土粒要上移就越困难，因而，土的抗剪强度随剪切面上有效法向应力的增加而增加。 粘聚力，一般认为由三部分构成： (1)原始粘聚力，这是由于土粒间水膜与相邻土粒之间的分子引力所形成的，当土的天然状态被破坏时，原始粘聚力的一部分将丧失，但当土的密度恢复到初始状态时，原始粘聚力随之恢复； (2)固化粘聚力，是由于土中化合物的胶结作用而形成的，天然结构被破坏时，这部分粘聚力将丧失，而且在短时期内不能恢复； (3)毛细粘聚力，是由于，毛细作用形成的，对洁净的干砂，粘聚力C=0，但是由于砂土中夹有粘土颗粒或砂土处于潮湿状态，因而有时也会有很小的粘聚力。 三、莫尔～库仑破坏标准 (一) 莫尔～库仑破坏理论：以库仑公式 作为抗剪强度公式。根据剪应力是否达到抗剪强度作为剪切破坏标准的理论就称为