《土的抗剪强度》PPT课件
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•设计技术条件：地基变形条件 地基强度条件
土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力
精选课件
2
公路工程发生路 基土剪切破坏
浙江萧甬铁路发生 地基土体剪切破坏
精选课件
3
5.2 土的抗剪强度理论
5.2.1库仑公式
库仑(Coulomb)于1776年对砂土进行了这样的剪切 试验……
FLASH
精选课件
4
库仑根据砂土剪切试验，提出砂土抗剪 强度的表达式：
f
砂土
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
f tan
后来，根据粘性土剪切试验
f tanc
f
c:土的粘聚力
:土的内摩擦角
c
精选课件
粘土
5
土体抗剪强度影响因素
▪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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ嵌入所产生的咬合力
▪粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成 ▪抗剪强度影响因素 摩擦力：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 粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土 的结构
③上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐 减小，剪切面上的剪应力分布不均匀
精选课件
21
5.3.2 三轴压缩试验
1.试验设备和试验方法
• 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
变形 量表
体排
围
变水
压
管管
表
围 力 伐
排 水 伐
量 力 环 轴向
加压 排气孔 设备
试样 压力室
精选课件
15
精选课件
16
1
2
直 观看剪实试验录验象
3 精选课件
17 4
剪切试验
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
P A
f T A
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
剪应力（kPa)
a
b1 2
4m
m
剪切位移△l
第5章 土的抗剪强度
Ch.5 Shear Strength of Soil
主要内容
本章重点： 土的极限平衡理论，三种三轴试验，有效应力原 理在抗剪强度中的应用，应力路径及其应用
• 概述
• 土的抗剪强度理论
• 抗剪强度指标测定方法
• 有效应力原理在抗剪强度
问题中的应用
• 应力路径
精选课件
1
5.1 概 述
(0.精0选1课m件m)
18
在不同的垂直压力下进行剪切试验， 得相应的抗剪强度τf，绘制τf - 曲线，
得该土的抗剪强度包线
精选课件
19
根据试验过程中是否排水，直剪试 验可分为三种类型：
1）快剪： 加σ后立即加τ，3～５minu剪坏，模拟不 排水剪切；
2）固结快剪：加σ固结稳定后，快速加τ使土样剪坏；
A
max
讨论：1)当σ1f>σ1或σsf<σ3 时， 土体处于弹性平衡状态；
c f 2 f
3
1
cctg 1/2(1 +3 )
2)当σ1f=σ1或σ3f=σ3时， 土体处于极限平衡状态；
3)土当体σ于1f<破σ坏1或m状axσ态sf4；>5σ 3时，
4)破裂面与大主应力作用
面夹角为45°+Φ/2，与小
精选课件
6
5.2.2 莫尔—库仑强度理论及极限平衡条件
当土体中某点任一平面上的剪应力等于土的抗剪强度 时，将该点即濒于破坏的临界状态称为“极限平衡状态”。 表征该状态下各种应力之间的关系称为“极限平衡条件”。
1．土体中任意点的应力状态
精选课件
7
斜面上的应力
1 2131 213co 2s
3
1213sin2
3）慢剪：
加σ固结稳定后，慢速加τ使土样剪坏。
精选课件
20
直剪试验优缺点
• 优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便， 易于操作
• 缺点： ①剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合
实际情况，不一定是土样的最薄弱面。
②试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的 土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。
27
切土样
1
试样饱和
2
试样脱模
3 精选课件
试样装橡皮膜 28 4
5
装好的试样
检查管路
6
装透水石
7 精选课件
连接管路
29 8
装压力室
9
调整位移传感器(或百分表) 10
开孔压阀
11精选课件
加围压 30 12
精读选排课件水管
31 13
观看三轴试验操作演示
1 2 34
精选课件
32
3. 三轴试验的特点 三轴压缩试验可供在复杂应力条件下研究土的抗剪
强度线
C
B A
极限应 力圆
应力圆A与强度线相离： τ<τf 应力圆B与强度线相切： τ=τf
应力圆C与强度线相割精选：课件 τ>τf
弹性平衡状态 极限平衡状态 破坏状态 10
莫尔－库仑破坏准则
A
由ΔAOO’
O’
c f 2 f
3
O 1
c.cot1/2(1 +3 )
sin
121 3
ccot 121 3
强度特性之用，其突出优点是： (1)试验中能严格控制试样的排水条件，准确测定试
样在剪切过程中孔隙水压力变化，从而可定量获得 土中有效应力的变化情况；
莫尔应力圆方程
1
1 21 3 2 2 1 21 3 2
A(, )
圆心坐标 [1/2(1 +3 )，0]
O 3
2 1/2(1 +3 )
应力圆半径 r＝1/2(1－3 )
1
土中某点的应 力状态可用莫
精选课件
尔应力圆描述8
FLASH
精选课件
9
将土中某点的摩尔应力圆与土的抗剪强度包线绘在同 一坐标图上可见:
孔压伐
量管 量管阀
零位指示器
孔压表
调压器
离合器 手轮
精选课件
22
试验步骤:
1).装样 2).施加周围压力 3).施加竖向压力
3 3
△ 3
3 3
3 △
精选课件
23
应变控制式三轴仪
加压系统
量测系统
压 力 室
精选课件
24
数据自动采集三轴压缩试验系精统选课件
25
三轴实验室一角
精选课件
26
精选课件
f 1 290452
应力作用面夹角 为45-Φ/2。 土的剪切破坏并不是由最大剪应 力τmax所控制
精选课件
12
5.3 抗剪强度的测定方法
测定方法： 室内：直剪试验，无侧限抗压 强度 试
验， 三轴压缩试验。 室外：十字板剪切试验和大型直接剪
切 试验。
5.3.1 直接剪切试验
精选课件
13
精选课件
14
粘性土：c>0
1 3ta 2 4 no5 2 2 cta 4 n o5 2 31ta 2 4 no5 2 2 cta 4 n o5 2
1 3tan245o2
无粘性土：c=0
3 精选课1件tan245o2
11
土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用
面的夹角为 f
土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力
精选课件
2
公路工程发生路 基土剪切破坏
浙江萧甬铁路发生 地基土体剪切破坏
精选课件
3
5.2 土的抗剪强度理论
5.2.1库仑公式
库仑(Coulomb)于1776年对砂土进行了这样的剪切 试验……
FLASH
精选课件
4
库仑根据砂土剪切试验，提出砂土抗剪 强度的表达式：
f
砂土
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
f tan
后来，根据粘性土剪切试验
f tanc
f
c:土的粘聚力
:土的内摩擦角
c
精选课件
粘土
5
土体抗剪强度影响因素
▪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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ嵌入所产生的咬合力
▪粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成 ▪抗剪强度影响因素 摩擦力：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 粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土 的结构
③上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐 减小，剪切面上的剪应力分布不均匀
精选课件
21
5.3.2 三轴压缩试验
1.试验设备和试验方法
• 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
变形 量表
体排
围
变水
压
管管
表
围 力 伐
排 水 伐
量 力 环 轴向
加压 排气孔 设备
试样 压力室
精选课件
15
精选课件
16
1
2
直 观看剪实试验录验象
3 精选课件
17 4
剪切试验
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
P A
f T A
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
剪应力（kPa)
a
b1 2
4m
m
剪切位移△l
第5章 土的抗剪强度
Ch.5 Shear Strength of Soil
主要内容
本章重点： 土的极限平衡理论，三种三轴试验，有效应力原 理在抗剪强度中的应用，应力路径及其应用
• 概述
• 土的抗剪强度理论
• 抗剪强度指标测定方法
• 有效应力原理在抗剪强度
问题中的应用
• 应力路径
精选课件
1
5.1 概 述
(0.精0选1课m件m)
18
在不同的垂直压力下进行剪切试验， 得相应的抗剪强度τf，绘制τf - 曲线，
得该土的抗剪强度包线
精选课件
19
根据试验过程中是否排水，直剪试 验可分为三种类型：
1）快剪： 加σ后立即加τ，3～５minu剪坏，模拟不 排水剪切；
2）固结快剪：加σ固结稳定后，快速加τ使土样剪坏；
A
max
讨论：1)当σ1f>σ1或σsf<σ3 时， 土体处于弹性平衡状态；
c f 2 f
3
1
cctg 1/2(1 +3 )
2)当σ1f=σ1或σ3f=σ3时， 土体处于极限平衡状态；
3)土当体σ于1f<破σ坏1或m状axσ态sf4；>5σ 3时，
4)破裂面与大主应力作用
面夹角为45°+Φ/2，与小
精选课件
6
5.2.2 莫尔—库仑强度理论及极限平衡条件
当土体中某点任一平面上的剪应力等于土的抗剪强度 时，将该点即濒于破坏的临界状态称为“极限平衡状态”。 表征该状态下各种应力之间的关系称为“极限平衡条件”。
1．土体中任意点的应力状态
精选课件
7
斜面上的应力
1 2131 213co 2s
3
1213sin2
3）慢剪：
加σ固结稳定后，慢速加τ使土样剪坏。
精选课件
20
直剪试验优缺点
• 优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便， 易于操作
• 缺点： ①剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合
实际情况，不一定是土样的最薄弱面。
②试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的 土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。
27
切土样
1
试样饱和
2
试样脱模
3 精选课件
试样装橡皮膜 28 4
5
装好的试样
检查管路
6
装透水石
7 精选课件
连接管路
29 8
装压力室
9
调整位移传感器(或百分表) 10
开孔压阀
11精选课件
加围压 30 12
精读选排课件水管
31 13
观看三轴试验操作演示
1 2 34
精选课件
32
3. 三轴试验的特点 三轴压缩试验可供在复杂应力条件下研究土的抗剪
强度线
C
B A
极限应 力圆
应力圆A与强度线相离： τ<τf 应力圆B与强度线相切： τ=τf
应力圆C与强度线相割精选：课件 τ>τf
弹性平衡状态 极限平衡状态 破坏状态 10
莫尔－库仑破坏准则
A
由ΔAOO’
O’
c f 2 f
3
O 1
c.cot1/2(1 +3 )
sin
121 3
ccot 121 3
强度特性之用，其突出优点是： (1)试验中能严格控制试样的排水条件，准确测定试
样在剪切过程中孔隙水压力变化，从而可定量获得 土中有效应力的变化情况；
莫尔应力圆方程
1
1 21 3 2 2 1 21 3 2
A(, )
圆心坐标 [1/2(1 +3 )，0]
O 3
2 1/2(1 +3 )
应力圆半径 r＝1/2(1－3 )
1
土中某点的应 力状态可用莫
精选课件
尔应力圆描述8
FLASH
精选课件
9
将土中某点的摩尔应力圆与土的抗剪强度包线绘在同 一坐标图上可见:
孔压伐
量管 量管阀
零位指示器
孔压表
调压器
离合器 手轮
精选课件
22
试验步骤:
1).装样 2).施加周围压力 3).施加竖向压力
3 3
△ 3
3 3
3 △
精选课件
23
应变控制式三轴仪
加压系统
量测系统
压 力 室
精选课件
24
数据自动采集三轴压缩试验系精统选课件
25
三轴实验室一角
精选课件
26
精选课件
f 1 290452
应力作用面夹角 为45-Φ/2。 土的剪切破坏并不是由最大剪应 力τmax所控制
精选课件
12
5.3 抗剪强度的测定方法
测定方法： 室内：直剪试验，无侧限抗压 强度 试
验， 三轴压缩试验。 室外：十字板剪切试验和大型直接剪
切 试验。
5.3.1 直接剪切试验
精选课件
13
精选课件
14
粘性土：c>0
1 3ta 2 4 no5 2 2 cta 4 n o5 2 31ta 2 4 no5 2 2 cta 4 n o5 2
1 3tan245o2
无粘性土：c=0
3 精选课1件tan245o2
11
土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用
面的夹角为 f