,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第七章 土的抗剪强度,概述,抗剪强度的基本理论,抗剪强度的试验方法,概述,土工建筑物（如：,路堤、土坝等）,沉降过大,强度破坏,建筑物事故,土体破坏,剪切破坏,研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性,概述,土的抗剪强度：,土体抵抗剪切破坏的极限能力,概述,大阪的港口码头档土墙由于液化前倾,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。,概述,广州京光广场基坑塌方,使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死,3,人，伤,17,人。,概述,龙观嘴,黄崖沟,乌江,2000,年西藏易贡巨型滑坡,概述,日本新泻,1964,年地震引起大面积液化,无粘性土一般无连结，抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组成，这,与粒度、密实度和含水情况有关。,概述,粘土地基上的某谷仓地基破坏,无粘性土一般无连结，抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组,成，这与粒度、密实度和含水情况有关。,抗剪强度的基本理论,一、库仑定律（剪切定律,）,1776,年，库仑根据,砂土,剪切试验,f,=tan,砂土,f,=c+tan,粘土,c,库仑定律：,土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力,的线性函数,c,:,土的粘聚力,:,土的内摩擦角,f,f,库仑定律说明：,（,1,）,土的抗剪强度由土的,内摩擦力,tg,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,tg,；,（,3,）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角,和内聚力,c,。,抗剪强度的基本理论,二、总应力法和有效应力法,土的抗剪强度的,有效应力指标,c,=c+tg,=-u,符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力,u,无法确定,土的抗剪强度的,总应力指标,c,=c+tg,便于应用,但,u,不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件,强度指标,抗剪强度,简单评价,抗剪强度的基本理论,二、总应力法和有效应力法,(,),c,c,f,f,超固结粘土的总应力与有效应力强度包线,u(-),u(+),总应力,有效应力,抗剪强度的基本理论,三、莫尔库仑破坏标准,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,（,f,）,作为破坏标准的理论就称为莫尔库仑破坏理论。,莫尔库仑破坏准则（标准）,：研究莫尔库仑破坏理论如何直接用主,应力表示，这就是莫尔库仑破坏准则，也称土的极限平衡条件。,抗剪强度的基本理论,三、莫尔库仑破坏标准,1.,单元体上的应力和应力圆,3,1,dl,dlcos,dlsin,莫尔应力圆方程,O,1,3,1/2(,1,+,3,),2,A(,),圆心坐标,1/2(,1,+,3,),，,0,应力圆半径,r,1/2(,1,3,),土中某点的,应力状态,可用莫尔应力圆描述,抗剪强度的基本理论,三、莫尔库仑破坏标准,2,、极限平衡条件,1f,3,O,c,抗剪强度的基本理论,三、莫尔库仑破坏标准,应力圆与强度线,相离：,强度线,应力圆与强度线,相切：,应力圆与强度线,相割：,极限应力圆,1,1f,破坏状态,抗剪强度的基本理论,三、莫尔库仑破坏标准,根据应力状态计算出大小主应力,1,、,3,判断破坏可能性,由,3,计算,1f,比较,1,与,1f,1,1f,破坏状态,O,c,1f,3,1,1,判别对象：土体微小单元（一点）,当,3,=,常数,：,抗剪强度的基本理论,三、莫尔库仑破坏标准,根据应力状态计算出大小主应力,1,、,3,判断破坏可能性,由,1,计算,3f,比较,3,与,3f,3,3f,弹性平衡状态,3,=,3f,极限平衡状态,3,安全,状态,=,极限平衡状态,不可能,状态,O,c,判别对象：土体微小单元（一点）,当,(,1,+,3,)/2,=,常数：圆心保持不变,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,按排水条件分,快剪（不排水剪）：,这种试验方法要求在剪切过程中土的,含水量不变，因此，无论加垂直压力或水平剪力，都必须,迅速进行，不让孔隙水排出。,适用范围：加荷速率快，排水条件差,固结快剪（固结不排水剪）：,试样在垂直压力下排水固结,稳定后，迅速施加水平剪力，以保持土样的含水量在剪切,前后基本不变。,试用范围：一般建筑物地基的稳定性，施工期间具有一定,的固结作用。,慢剪（排水剪）：,土样的上、下两面均为透水石，以利排,水，土样在垂直压力作用下，待充分排水固结达稳定后，,再缓慢施加水平剪力，使剪力作用也充分排水固结，直至,土样破坏。,适用范围：加荷速率慢，排水条件好，施工期长，,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,按试验仪器分,直接剪切试验,优点：仪器构造简单，操作方便,缺点：（,1,）剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面；,（,2,）剪切面上的应力分布不均匀，而且受剪,切面面积愈来愈小；,（,3,）不能严格控制排水条件，测不出剪切过,程中孔隙水压力的变化。,三轴剪切试验,优点：（,1,）试验中能严格控制试样排水条件及测定,孔隙水压力的变化；（,2,）剪切面不固定；（,3,）应力,状态比较明确；（,4,）除抗剪强度外，尚能测定其它,指标。,缺点：（,1,）操作复杂；（,2,）所需试样较多；（,3,）主,应力方向固定不变，而且是再令的轴对称情况下进行的，,与实际情况尚不能完全符合。,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,按控制方法分,应变控制式,应力控制式,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,1.,直接剪切试验,试验仪器：,直剪仪（应力控制式，应变控制式）,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,1.,直接剪切试验,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,1.,直接剪切试验,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力,，,剪应力由剪切力除以试样面积,在法向应力,作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该,作用下,，,土的抗剪强度,4mm,a,b,剪切位移,l,(0.01mm),剪应力,（,kPa),1,2,1.,直接剪切试验,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,在不同的垂直压力,下进行剪切试验，得相应的抗剪强度,f,，绘制,f,-,曲线，得该土的抗剪强度包线,1.,直接剪切试验,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,2.,三轴剪切试验,应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成,应力控制式三轴仪,试验步骤,:,3,3,3,3,3,3,2.,施加周围压力,3.,施加竖向压力,1.,装样,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,2.,三轴剪切试验,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,2.,三轴剪切试验,应变控制式三轴仪：压力,室，量测系统,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,2.,三轴剪切试验,抗剪强度包线,分别在不同的周围压力,3,作用下进行剪切，得到,3,4,个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线,抗剪强度包线,c,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,2.,三轴剪切试验,无侧限抗压强度试验,q,u,q,u,加压框架,量表,量力环,升降螺杆,无侧限压缩仪,无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即,3,=0,，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力,q,u,，称为,无侧限抗压强度,试样,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,2.,三轴剪切试验,无侧限压缩仪,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,抗剪强度的基本理论,四、抗剪强度的试验方法,2.,三轴剪切试验,根据试验结果只能作出一个极限应力圆（,3,=0,，,1,=,q,u,）。因此对一般粘性土，无法作出强度包线,说明：,对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即,u,=0,，因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度,q,u,c,u,u,=0,无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度,