工程地质及土力学第5章土的抗剪强度.ppt

第五章 土的抗剪强度 二、库伦（Coulomb）强度公式（1773） 砂土: τf=σtg ? 粘性土: τf=c+σtg ? 式中：c 和?为抗剪强度指标(抗剪强度参数) c-土的粘聚力 ?-土的内摩擦角 土的抗剪强度机理 1、摩擦强度（摩擦力）包括滑动摩擦和咬合摩擦 滑动摩擦由颗粒间接触面粗糙不平所引起。 咬合摩擦是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用。 摩擦强度的影响因素有： 颗粒形状、矿物成分、粒径级配、密度等。 2、粘聚强度（粘聚力） 取决于土粒间的各种 胶结作用和静电引力。 三、莫尔-库伦强度理论（1910） （二）摩尔库伦极限平衡条件 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。 第三节 土的抗剪强度试验 一、直剪试验 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． 优点：直接剪切仪构造简单，操作方便等 缺点： ①限定的剪切面； ②剪切面上剪应力分布不均匀； ③在计算抗剪强度时按土样的原截面积计算的； ④试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。 二、三轴压缩试验 按剪切前的固结程度和剪切过程中的排水条件三轴试验可分为三种类型： 1、不固结不排水试验（UU） 2、固结不排水试验（CU） 3、固结排水试验（CD） 三轴压缩实验优缺点 优点： （1）可严格控制排水条件 （2）可量测孔隙水压力 （3）破裂面在最软弱处 缺点： （1）?2=?3，轴对称 （2）实验比较复杂 三、无侧限抗压强度试验 试验时围压σ3=0（无侧限），试样在轴向压力下产生剪切破坏。 破坏时的轴向压力称为无侧限抗压强度，以 qu 表示。 四、十字板剪切试验 正常固结饱和粘性土实际土层测定结果 第四节 应力作用下的孔隙水压力 轴对称三维应力状态 增量形式 （1）等向压缩应力状态——孔压系数B 孔压系数B：表示单位周围压力增量所引起的孔压增量。 对于一般三维应力状态 第五节 粘性土的抗剪强度性质 一、不固结不排水抗剪强度 二、固结不排水抗剪强度 强度包线上的σf ,,对于正常固结土包含两分量 在整个试验过程中，孔隙水压力始终为0，总应力等于有效应力，所以总应力圆就是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。 四、三种排水条件的试验指标的应用 工程实践和理论研究的结果表明:一般工程荷载下，影响土体强度变化和剪切条件的因素，主要是土体被剪切过程中的排水条件和应力历史，它集中反映了作用于土体上有效应力或孔隙水压力的变化。 对于饱和土，全部正应力由水承担，B=1.0； 对于干土，全部正应力由土骨架承担，B=0； 对于部分饱和土B=0~1之间。 所以B值可用作反映土体饱和程度的指标。 定义轴向压力与周围压力之差为偏差应力 （2）偏差应力状态——孔压系数A 孔压系数A：表示单位偏差应力增量所引起的孔压增量。 由此可得，土体在轴对称三维应力增量作用下所引起的孔隙水压力增量为： 孔隙水压力系数A反映试样在轴压增量(△σ1- △σ3)作用下剪切时孔隙水压力的变化。与土的剪切变形特性有关。同一种土也不是常数，它与初始应力状态、应力历史、施加应力的路径等因素有关。 摩尔库伦抗剪强度理论阐明了土抗剪强度的一般规律。土的抗剪强度一般由摩擦强度 和粘聚强度 两部分组成。 和 是反映土强度的两个重要参数，常称强度指标。 准确确定反映实际情况的强度指标，土的实际强度就不难确定。 由于土抗剪强度性质的复杂性，欲将摩尔库伦强度理论的普遍规律应用于工程实际中，必须区分各种土类及结构性所具有的特殊规律。根据工程实际剪切条件采用相应的参数，才能获得合理的结果。 对于饱和粘性土，剪切前和剪切过程中孔隙水压力（有效应力）变化对土抗剪强度影响较大。这些变化由试验过程不同排水条件决定。分为三类方法：UU,CU,CD 1. 三轴仪不排水强度UU 不排水剪的摩尔库伦强度包线与应力圆的切点并不表示实际破坏面上的应力状态。切点所表示的破裂面与大主应力面的夹角应为45。。但是由试验观察到的破坏面夹角总是大于45o，靠近于有效应力破裂面的夹角为55。~60。。将应力圆上代表实际破坏面的点连成直线，则如图中虚线所示。 实际破坏面的剪应力τf小于不排水剪强度cu。从理论上来说，按式计算的不排水剪强度偏大，偏于危险。但由于取土的扰动及试验中应力状态的改变等的影响，又降低了试