土力学-第五章土的抗剪强度(黑白)1.ppt

课程内容的安排 离散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用—— 颗粒间粘聚力与摩擦力； 三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理； 自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。 莫尔应力圆 莫尔应力圆 【例】地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa，小主应力为200kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=15 kPa，? =20o。试问①该单元土体处于何种状态？②单元土体最大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生剪破？ 摩擦强度决定于剪切面上的正应力σ和土的内摩擦角?。粗粒土的内摩擦涉及颗粒之间的相对移动，其物理过程包括如下两个组成部分：一是颗粒之间滑动时产生的滑动摩擦；另一是颗粒之间脱离咬合状态而移动所产生的咬合摩擦 。 滑动摩擦是由于颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒的形状，矿物组成，级配等因素有关。土粒间的滑动摩擦可用滑动摩擦角?u表示。以石英砂为例。?u值与颗粒组成的关系如图5-26所示。图中曲线表明，随着粒径增大，滑动摩擦角?u反而减小，其原因可能是粗颗粒的重心离剪切面远，受剪切作用，容易产生部分滚动摩擦的缘故 。 咬合摩擦是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用。图5-27a表示相互咬合着的颗粒排列。当土体内沿某一剪切面产生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒必须从原来的位置被抬起（如图5-27b中颗粒A），跨越相邻颗粒（颗粒B），或者在尖角处将颗粒剪断（颗粒C），然后才能移动。总之先要破坏原来的咬合状态，一般表现为体积胀大，即所谓“剪胀”现象，才能达到剪切破坏。剪胀需要消耗部分能量，这部分能量需要由剪切力做功来补偿，即表现为内摩擦角的增大。土愈密，磨圆度愈小，咬合作用愈强，则内摩擦角愈大。此外，在剪切过程中，土体中的颗粒重新排列，也要消耗掉或释放出一定的能量，对内摩擦角也有影响 。 细粒土的粘聚力c取决于土粒间的各种物理化学作用力，包括库伦力（静电力）、范德华力、胶结作用力等等。对粘聚力的微观研究是一个很复杂的问题，目前还存在着各种不同的见解。 苏联学者把粘聚力区分成两部分，即原始粘聚力和固化粘聚力。原始粘聚力来源于颗粒间的静电力和范德华力。颗粒间的距离愈近，单位面积上土粒的接触点愈多，则原始粘聚力愈大。因此，同一种土，密度愈大，原始粘聚力就愈大．当颗粒间相互离开一定距离以后，原始粘聚力才完全丧失。固化粘聚力决定于存在于颗粒之间的胶结物质的胶结作用，例如土中的游离氯化物、铁盐、碳酸盐和有机质等。固化粘聚力除了与腔结物质的强度有关外，还随着时间的推移而强化。密度相同的重塑土的抗剪强度与原状土的抗剪强度往往有较大的差别，而且沉积年代愈老的土，强度愈高，很重要的原因就是固化粘结力所起的作用。 粗粒土的粒间分子力与重力相比可以忽略不计，故一般认为是无粘性土，不具有粘聚强度．但有时粗粒土间也有胶结物质存在而具有一定的粘聚强度。另外，非饱和的砂土，粒间受毛细压力，含水量适当时也有明显的粘聚作用，可以捏成团。但因为是暂时性的，工程中不能作为粘聚强度考虑 。 摩擦强度：决定于剪切面上的正应力σ和土的内摩擦角? 由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒的形状，矿物组成，级配等因素有关 0.02 0.06 0.2 0.6 2 30? 20? 颗粒直径 (mm) 滑动摩擦角 ?u 粗粉 细砂 中砂 粗砂 滑动摩擦 咬合摩擦 包括如下两个组成部分 ： 滑动摩擦 2、土的抗剪强度机理 由库仑公式可知，土体的抗剪强度包括：摩擦强度和粘聚强度 是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用 当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处被剪断（C），才能移动 土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量 C A B C A B 剪切面 滑动摩擦 咬合摩擦 包括如下两个组成部分 ： 咬合摩擦 粘聚强度：由粘聚力C产生的强度，通常与正应力无关。 细粒土：粘聚力c取决于土粒间的各种物理化学作用力 作用机理：库伦力（静电力）、范德华力、胶结作用力和毛细力等 影响因素：地质历史、粘土颗粒矿物成分、密度与离子浓度。 粗粒土：一般认为是无粘性土，不具有粘聚强度： 当粗间有胶结物质存在时可具有一定的粘聚强度 非饱和砂土，粒间受毛细压力，具有假粘聚力 应力状态与莫尔圆 极限平衡应力状态 莫尔-库仑强度理论 破坏的判断方法 滑裂面的位置 3、莫尔－库仑强度理论 应力状态和莫尔圆 三维应力状态 二维应力状态 ?y ?yz ?xy ?zx ?x ?z ?zx ?z ?xz ?x 三维应力状态 我们称σ1， σ2， σ3为主应力，