土的抗剪强度(课堂PPT)
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《土的抗剪强度》课件
边坡稳定性分析的方法包括极限平衡法、有限元法和 离散元法等。这些方法可以根据工程实际情况选择， 以获得更准确的边坡稳定性评估结果。
挡土墙设计
挡土墙是工程中常用的支挡结构，主要用于防止土体滑移和坍塌。在挡土墙设计中，需要考 虑土的抗剪强度，以确保挡土墙的稳定性和安全性。
挡土墙的设计需要考虑多种因素，如土的性质、挡土墙的高度和宽度、荷载类型和大小等。 这些因素都会影响土的抗剪强度，进而影响挡土墙的稳定性和安全性。
提出了相应的加固措施和监测方案。
总结与展望
06
本课程主要内容总结
土的抗剪强度定义
土的抗剪强度影响因素
土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极 限能力，是土力学中的重要参数。
土的抗剪强度受到多种因素的影响，如土 的颗粒组成、含水量、密度、孔隙比、有 机质含量等。
土的抗剪强度指标
土的抗剪强度与工程实践
通过试验测定土的抗剪强度指标，包括内 摩擦角和粘聚力，是评价土体稳定性的重 要依据。
了解土的抗剪强度对于工程实践具有重要 的意义，如地基承载力计算、边坡稳定性 分析、挡土墙设计等。
未来研究方向与展望
新型试验方法研究
随着科技的发展，未来可以探索更加准确、高效、环保的土的抗剪强 度试验方法。
非均质土的抗剪强度研究
对于非均质土，其抗剪强度具有空间变异性和各向异性，未来可以深 入研究其抗剪强度的变化规律。
土的抗剪强度理论
库伦-摩尔理论
库伦-摩尔理论是土的抗剪强度理论的经典理论之一，它基于摩擦和粘聚力原理，描述了土的剪切破坏 机理。
该理论认为，土的抗剪强度是由剪切面上的摩擦力和粘聚力共同作用的结果，其中摩擦力主要取决于土 颗粒之间的摩擦角，而粘聚力则与土的粘聚力和孔隙水压力有关。
土力学6土的抗剪强度精品PPT课件
c
O
3
c ctg 1 3
2
1f
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与土的强度理论
摩尔-库仑强度理论
4. 莫尔—库仑强度理论 莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件
1 f
3tg
2
45
2
2c
tg
45
2
3f
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2
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tg
45
2
1 3
2
f c tan
c
O
3
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z
zx
二维应力状态
zx
z
x
x
xy
xz
y yz
ij=
x xy xz yx y yz
zx zy z
x xz
ij = zx z
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与土的强度理论
摩尔-库仑强度理论
2. 应力莫尔圆
+zx z
- 1
x
xz
大主应力： 1 R r
σz按顺时针方向旋转α
直剪试验
库仑（1776）
试验原理
施加 σ（=P/A），S
量测 （=T/A）
P
σ = 100KPa
S
上盒
A
S
下盒
T
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与土的强度理论
直剪试验 库仑（1776） 试验原理 试验结果
P
A
S T
σ = 300KPa σ = 200KPa σ = 100KPa
三、土的强度的机理
1. 摩擦强度 tg
N T
（3）颗粒的破碎与重排列
土的抗剪强理论PPT课件
二、三轴试验
三轴剪切试验，又称三轴压缩试验，是室内测定土的抗剪强度的一种较为完整的试验方 法。通常采用3-4个圆柱形式样，分别在不同的周围压力下测得土的抗剪强度
1.三轴剪切试验仪器
三轴剪切试验所采用的仪器可分 为应变控制仪和应力控制仪。
1–调压筒；2–周围压力表；3–周围压力阀；4–排水阀； 5–体变管；6–排水管；7–变形量表； 8–量力环；9–排 气孔；10–轴向加压设备；11–压力室；12–量管阀； 13–零位指示器；14–孔隙压力表；15–量管；16–孔隙 压力阀；17–离合器；18–手轮；19–马达；20–变速箱
§5.2土的强度理论
土的抗剪强度
排水条件（最重要） 剪切速率 应力状态 应力历史
应该指出：
土的c、 φ实际上只是表达关系试验成果的两个数学参数，从物理意义上
来说，在不同的法向应力作用下，土的粘聚力也不可能是常数。
§5.2土的强度理论
提问：对于某一种土来说，其抗剪强度τf 也相同吗？
⑴ τf 随剪切面上所受的法向应力σ而变，这就是土区别于其他许多建筑材
§5.2土的强度理论
§5.2 土的抗剪强度理论
一、库仑定律-土的强度规律 二、摩尔-库仑-强度理论 三、摩尔-库仑破坏准则-土的极限平衡条件
§5.2土的强度理论
一、库仑定律-土的强度规律 1、总应力库伦定律与抗剪强度指标
土体发生剪切破坏时，沿其内部某一滑动面发生相对滑动，而该滑动 面上的剪应力就等于土的抗剪强度。
特点： 试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向 与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r
方法： 首先试样施加静水压力—室压（围压） 1=2=3=const； 然后通过活塞杆施加的是应力差 Δ1= 1-3 。
三轴剪切试验，又称三轴压缩试验，是室内测定土的抗剪强度的一种较为完整的试验方 法。通常采用3-4个圆柱形式样，分别在不同的周围压力下测得土的抗剪强度
1.三轴剪切试验仪器
三轴剪切试验所采用的仪器可分 为应变控制仪和应力控制仪。
1–调压筒；2–周围压力表；3–周围压力阀；4–排水阀； 5–体变管；6–排水管；7–变形量表； 8–量力环；9–排 气孔；10–轴向加压设备；11–压力室；12–量管阀； 13–零位指示器；14–孔隙压力表；15–量管；16–孔隙 压力阀；17–离合器；18–手轮；19–马达；20–变速箱
§5.2土的强度理论
土的抗剪强度
排水条件（最重要） 剪切速率 应力状态 应力历史
应该指出：
土的c、 φ实际上只是表达关系试验成果的两个数学参数，从物理意义上
来说，在不同的法向应力作用下，土的粘聚力也不可能是常数。
§5.2土的强度理论
提问：对于某一种土来说，其抗剪强度τf 也相同吗？
⑴ τf 随剪切面上所受的法向应力σ而变，这就是土区别于其他许多建筑材
§5.2土的强度理论
§5.2 土的抗剪强度理论
一、库仑定律-土的强度规律 二、摩尔-库仑-强度理论 三、摩尔-库仑破坏准则-土的极限平衡条件
§5.2土的强度理论
一、库仑定律-土的强度规律 1、总应力库伦定律与抗剪强度指标
土体发生剪切破坏时，沿其内部某一滑动面发生相对滑动，而该滑动 面上的剪应力就等于土的抗剪强度。
特点： 试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向 与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r
方法： 首先试样施加静水压力—室压（围压） 1=2=3=const； 然后通过活塞杆施加的是应力差 Δ1= 1-3 。
5第五章-土的抗剪强度ppt课件
THE END FOR CHAPTER FIVE
所以，无粘性土〔 c =0〕的抗剪强度仅由粒间 的摩擦分量构成；而对于粘性土，其抗剪强度 由粘聚分量和摩擦分量两部分构成。
〔一〕土的抗剪强度规律
由于土的抗剪强度是滑动面上的法向总应力的 线性函数，即τf=f(σ)，所以只需单元土体中剪 切面上的剪应力τ为知时，即可判别土体所处 的形状：当τ <τf时，稳定形状
【例题5－2】
【例题5－2】
由式〔5－6〕求相应面上的抗剪强度τf为
由于τ> τf，阐明该单元体早已破坏。
【例题5－2】
〔2〕利用公式〔5－8〕或式〔5－9〕的极限平衡条件 来判别 ①由式〔5－8〕设到达极限平衡条件所需求的小主应力 值为σ3f，此时把实践存在的大主应力σ3=480kPa及强 度目的c，φ代入公式〔5－8〕中，那么得
【例题5－2】
知某土体单元的大主应力σ1＝480kPa，小主应力σ3＝ 210kPa。经过实验测得土的抗剪强度目的c=20kPa，φ＝ 18°，问该单元土体处于什么形状？ 【解】知σ1＝480kPa，σ3＝210kPa ，c=20kPa，
φ＝18° 〔1〕直接用τ与τf的关系来判别
由式〔5－2〕和〔5－3〕分别求出剪破面上的法向应力σ 和剪应力τ为
式中：Tf_-摩擦力 W-物体的分量 φ0-外摩擦角，与两种资料接触面的性质有关， 而与外力的大小无关。_
一、固体间的摩擦力
没有程度推力时，物 体就没有滑动趋势， 因此，摩擦力实践上 没有发扬作用。
一、固体间的摩擦力
假设对物体施加一程 度推力T，当 T很小 时，为了抵抗这一推 力，物体将动用部分 摩擦力。由于α<φ0， 所以，物体仍没有滑 动。
一、直接剪切实验
土的抗剪强度 PPT课件
抗剪强度包线
c
三轴试验优缺点 优点： ①试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力， 了解土中有效应力变化情况 ②试样中的应力分布比较均匀 缺点： ①试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂 ②试验在2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力 情况可能不符
三、无侧限抗压强度试验
c:土的粘聚力 :土的内摩擦角
c
粘土
二、土体抗剪强度影响因素
由库仑定律知，对无粘性土，其抗剪强度仅为粒间的 摩擦力；而对粘性土，其抗剪强度由粘聚力和摩擦力 两部分构成。 摩擦力的两个来源 1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦 2.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力 粘聚力：由土粒之间的胶结作用（固化粘聚力）和电 分子引力（原始粘聚力）等因素形成。 抗剪强度影响因素 摩擦力：与剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒 级配、土粒形状以及表面粗糙程度有关。
第四章 土的抗剪强度
主要内容
§4.1 土的抗剪强度与极限平衡条件 §4.2 土的抗剪强度试验方法
§4.3 不同排水条件时剪切试验
§4.4 地基的临塑荷载
§4.5 地基的极限承载力
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。
因此对一般粘性土，无法作出强度包线
cu
u=0
qu f cu 2
q u
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qu=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
1 1 3 sin 2 2
土力学课件第五章土的抗剪强度
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
②也可由式（5－9）计算达到极限平衡条件时所需要得大主应 力值为σ1f，此时把实际存在的大主应力σ3 =480kPa及强度指标c ，φ代入公式（5－8）中，则得
由计算结果表明， σ3＜σ3f , σ1 ＞σ1f ，所以该单元土体早已 破坏。
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
注意：给定大主应力时，小主应力越小，越接近破坏； 给定小主应力时，大主应力越大，越接近破坏；
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
【例题5－2】已知某土体单元的大主应力σ1＝480kPa，小主应力σ3 ＝210kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=20kPa，φ＝18°， 问该单元土体处于什么状态？ 【解】已知σ1＝480kPa，σ3＝210kPa ，c=20kPa，
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
三轴试验步骤：
轴向附加应力q(kPa)
300 250 200 150 100
50 0 0
100kPa 300kPa
200kPa 400kPa
5
10
ห้องสมุดไป่ตู้15
20
轴向应变(%)
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
轴向附加应力q(kPa) 孔隙水应力u(kPa)
三轴试验步骤：
上式也可适用于有效应力，相应c，φ应该用c’，φ’。
3f
1f
tg
2
(45
2
)
2c
•
tg
(45
2
)
1f
3f
tg
2
(45
2
)
2c
•
tg(45
2
)
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
②也可由式（5－9）计算达到极限平衡条件时所需要得大主应 力值为σ1f，此时把实际存在的大主应力σ3 =480kPa及强度指标c ，φ代入公式（5－8）中，则得
由计算结果表明， σ3＜σ3f , σ1 ＞σ1f ，所以该单元土体早已 破坏。
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
注意：给定大主应力时，小主应力越小，越接近破坏； 给定小主应力时，大主应力越大，越接近破坏；
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
【例题5－2】已知某土体单元的大主应力σ1＝480kPa，小主应力σ3 ＝210kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=20kPa，φ＝18°， 问该单元土体处于什么状态？ 【解】已知σ1＝480kPa，σ3＝210kPa ，c=20kPa，
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
三轴试验步骤：
轴向附加应力q(kPa)
300 250 200 150 100
50 0 0
100kPa 300kPa
200kPa 400kPa
5
10
ห้องสมุดไป่ตู้15
20
轴向应变(%)
岩土工程研究所
第五章 土的抗剪强度
轴向附加应力q(kPa) 孔隙水应力u(kPa)
三轴试验步骤：
上式也可适用于有效应力，相应c，φ应该用c’，φ’。
3f
1f
tg
2
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2
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2c
•
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1f
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2
(45
2
)
2c
•
tg(45
2
)
岩土工程研究所
《土的抗剪强度》课件
未来研究方向
继续深入研究土壤的抗剪强度特性，以应对更 复杂的工程挑战。
应力方向和大小
土壤受到的应力方向和大小 会对其抗剪强度产生直接影 响。
土的抗剪强度 - 实验方法及三轴剪切试验等是常用来测试土壤抗剪强度的实验方法。
2
实验结果分析
根据实验结果，我们可以评估土壤的抗剪强度特性，并了解其在不同条件下的变 化规律。
3
仪器与设备
使用专业的仪器和设备进行实验，确保准确性和可靠性。
土的抗剪强度 - 应用
岩土工程中的应用
了解土壤的抗剪强度可以帮助工程师正确评估土壤 的稳定性，并采取相应的加固措施。
土木工程中的应用
土壤的抗剪强度对土建结构的设计和施工都有着重 要的影响，如地基的承载能力等。
土的抗剪强度 - 结论
土工领域的重要性
了解土壤的抗剪强度对岩土工程和土木工程来 说至关重要，能够确保工程的稳定性和安全性。
《土的抗剪强度》PPT课 件
探索土的力学特性及其在工程中的重要性。
土的抗剪强度 - 简介
土的抗剪强度是指土壤抵抗剪切应力的能力。这个概念在岩土工程和土木工 程中具有重要意义。
土的抗剪强度 - 影响因素
土的类型
不同类型的土壤具有不同的 抗剪强度特性，如黏土、砂 土和壤土等。
土的密度和湿度
土壤的密度和湿度会影响其 颗粒间的协调性，从而影响 其抗剪强度。
土的抗剪强度优秀PPT文档
' '
2c'
1
cos' sin
'
'1
'3
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2
3
莫尔－库伦强度理论的要点： 1、破裂面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。 2、当法向应力不大时，抗剪强度可以简化为法向
根据加荷速率及加荷过程中排水与否又区分为排水(DRAIN)剪切与不排水(UNDRAIN)剪切.
密度－有效应力－抗剪强度的唯一性
六、土的剪切性状和各类抗剪强度指标
土的组成、土的密度
xx
莫尔－库伦强度理论的要点：
固结不排水剪切试验与固结快i剪j 试验 yx
xy yy
双剪强度理论：认为复杂应力条件下引起材料屈服
1
3
2
s
1 2
1
3
2
2
3
2
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三、莫尔－库伦强度理论
直接剪切试验
p
F
库伦定律
f tan f ctan
极限平衡条件
sin AC
OO'
o'
sin 13 132cctg
A
c o 3
1 3 1 3 sin 2c cos
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.
9
一.库仑公式
1）库伦公式基本形式（总应力抗剪强度公式）
f ctg
式中
— f—剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度(KPa )
——破坏面上的法向应力(KPa )
—c—土的粘聚力， (KPa )对于无粘性土，c 0 ——土的内摩擦角(º)
c,称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关
.
10
无粘性土
有效应力法考虑了孔隙水压力的影响,只计入作用于 粒间的有效应力,试验证明,对于同一种土,不论采用何 种试验方法,只要能准确测量出孔隙水压力,则所得的 有效抗剪强度指标是相同的.它们有唯一对应的关系. 但测量孔隙水压力时,比较麻烦,需要精确评价地基强 度和稳定性时常采用.
.
13
抗剪强度的来源：
1）无粘性土：来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）。 包括： a.一部分由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力；
土的抗剪强度
内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院岩土教研组
王英浩
.
1
概述
➢土的破坏主要是由于剪切 引起的，剪切破坏是土体破 坏的重要特点.
➢工程时间中与土的抗剪强 度有关的工程主要有以下3 类:
（1）土质土坝的稳定
（2）土压力
（3）地基的承载力问题
.
2
工程实例－土坡稳定
.
3
工程实例－土坡稳定
.
4
工程实例－土压力
.
5
工程实例－土压力
.
6
工程实例－地基承载力问题
.
7
工程实例－地基承载力问题
.
8
第一节 土的抗剪强度概述
土的抗剪强度:是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。
滑动面(破坏面):当土体受到荷载作用后,土中各点 将产生剪应力,若某点的剪应力达到其抗剪强度,在 剪切面两侧的土体将产生相对位移而产生滑动破 坏,该剪切面称为滑动面或破坏面。
b.另一部分是粗颗粒之间互相镶嵌，联锁作用 产生的咬合力。
2）粘性土：除内摩擦力外，还有内聚力。
内聚力主要来源于：土颗粒之间的电分子吸引力和土中胶 结物质（硅、铁物质和碳酸盐等）对土粒的胶结作用。
.
14
二.莫尔-库仑强度理论 (一)、土体中任一点的应力状态
假定土层为均匀、连续的半空间材料，研究地面以下任一 深度处M点的应力状态。
粘性土
.
11
（2）有效应力抗剪强度公式
fc''t gc'(u)t g'
式中 ' ——剪切破坏面上的有效法向应力(KPa ) u ——土中的超静孔隙水压力(KPa ) c ' ——土的有效粘聚力(KPa ) ' ——土的有效内摩擦角(º)
c ' ' 称为土的有效抗剪强度指标，同一种土，其值理论上 与试验方法无关，应接近于常数。
问题:总应力法与有效应力法的优缺点是什么?
.
12
总应力法比有效应力法简单,因为试验时不需测量孔 隙水压力,进行稳定分析时也不考虑孔隙水压力,只需 测量总应力即可.但是对于同一种土,施加相同的总应 力,如果试验方法不同,或者说控制的排水条件不同,则 所得的强度指标也就不相同.也就是说,总应力和土的 抗剪强度没有唯一对应的关系,应用较多.
1213sin2
以上 ,与1,3 可用莫尔圆表示， 如下图。
.
16
(二)、土的极限平衡条件的建立
如果给定了土的抗剪强度参数和c以及土中某点的应力 状态，则可将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张坐标图上。 它们之间的关系有三种情况：
（1）莫尔圆位于抗剪强度包线下方（圆1），说明该点在任何
平面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度
力下剪切破坏，将试验结果绘制抗剪强度f与相应 垂直压力的关系图。试验结果表明，对于粘性土f ~ 基本上呈直线关系，直线方程可用库伦公式表示； 对于无粘性土， f ~ 则是通过原点的直线。
.
29
.
30
直 接的 剪优 切点 仪
构造简单 操作方便
直 接的 剪缺 切点 仪
限定剪切面不一定是最薄弱面 剪切面上剪应力分布不均匀 剪切面在剪切过程中是逐渐缩小的 不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力
f，
因此不会发生剪切破坏；
（2）圆3实际上不存在；
（3）圆2，说明在A点所代
表的平面上剪应力正好等于 c
抗剪强度 f ，该点
处于极限平衡状态。
.
17
.
18
土处于极限平衡状态下时
根据极限应力圆与 抗剪强度包线相切 的几何关系，可建 立以下极限平衡条 件：
1 213 cco t1 213 sin
.
31
三轴压缩试验
三轴压缩仪的试验原理：
对同一种土至少取3个平行试样，分别在
不同周围压力3 和轴压1 作用下剪切破坏，将
试验结果绘制为若干个极限应力圆。根据莫尔 -库伦理论，这一组极限应力圆的公共切线即 为土的抗剪强度包线，可近似取为一条直线， 直线的方程即为库伦公式所表示的方程。
.
32
c
0
三轴压缩试验原理
.
21
第二节 抗剪强度的测定方法
➢测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验 ➢按照常用的试验仪器将剪切试验分为
直接剪切试验 三轴压缩试验 无侧向抗压强度试验 十字板剪切试验 ➢近似模拟
.
22
直接剪切试验
应变控制式直剪仪
.
23
.
24
.
25
.
26
.
27
.
28
应变控制式直剪仪的试验原理：
对同一种土至少取4个平行试样，分别在不同垂直压
.
19
化简后得：
粘性土：
1
3
tan2452ctan45
2
2
3
1
tan2452ctan45
2
2
无粘性土：
1
3
tan
2
45
2
3
1
tan
2
45主应力作用面间的夹角
破裂角：
2 f 90
f
45 2
破裂面
问题:土体的最大剪应力面是否即剪切破裂面?
对于饱和软粘土,在不排水条件下,其内摩擦角为 0,此时土体的最大剪应力面即为剪切破裂面.
下面仅研究平面问题，
在土体中取一微单元体，
作用在该单元体上的两个
主应力为 1,313，
则作用在与大主应力作用面成角的 mn平面上的正应力
和剪应力 可根据静力平衡条件求得：
3dssi ndssi ndcso s0 1dcso sdcso . sdssi n0 15
12131213cos2
.
33
三 轴的 压优 缩点 仪
能较严格地控制排水条件 剪切破坏面为最薄弱面
三 轴的 压缺 缩点 仪
试验设备、试验过程相对复杂
试样的受力状态为轴对称情况， 与实际土体的受力状态未必相符
.
34
.
35
.
36
.
37
无侧限抗压强度试验
➢ 三轴压缩试验当周围压力为零时即为无侧限试验