第七章土的抗剪强度优秀课件

• 土的极限平衡状态及极限平衡条件
莫尔－库仑破坏准则
• 莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则 (目前判别土体所处状态的最常用准则)
• 土的极限平衡状态及极限平衡条件
• 土的极限平衡状态及极限平衡条件
粘性土: c 0
1
3
tan2 45o
2
2c tan 45o
2
3
1
tan2 45o
f
f tan c
c
粘土
c、：土的抗剪强度指标
• 土体抗剪强度的形成
• 摩擦力的形成 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
• 粘聚力形成：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因 素形成
• 影响抗剪强度的因素 摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级
☆ 剪破面并不产生在最大剪应力面，与最大剪应力面成/2的 夹角，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax所控制
7.3 抗剪强度指标的测定方法
土的抗剪强度指标土的粘聚力 c、土的内摩擦角 φ为地基基 础设计的重要指标，必须通过试验的方法得到。
室内试验法---直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限压缩试 验、十字板剪切试验等。
1 2
1
3
1 2
1
3 cos2
1 2
1
3
sin
2
莫尔应力圆
A(, ) (1 -3 )/2
2
3 (1 +3 )/2 1
• 土的极限平衡状态及极限平衡条件
f
1 3
极限应力圆 3
2 f
1
3
1
3
3
f
应力圆与强度线相离： 应力圆与强度线相切： 应力圆与强度线相割：
τ<τf τ=τf τ>τf
1
弹性平衡状态 极限平衡状态 破坏状态
（1）快剪：在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应 力使试样剪切破坏； 强度指标: cq、q
（2）固结快剪：试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，再 快速施加水平剪应力使试样剪切破坏；
强度指标: ccq、cq
（3）慢剪：则是试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，以 缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。
地基承载力不足
地基承载力不足
地基承载力不足
滑动破裂面 压密区
7.2 土的抗剪强度理论
固体间的摩擦力直接取决于接触面上的法向力和接触材 料的摩擦角
• 土的强度理论---库伦强度理论
库仑根据砂土的剪切试验得出库伦公式
f 砂土
土的抗剪强度是剪切面上的
法向总应力 的线性函数：
f tan
根据粘性土剪切试验得出
强度指标: cs、s
•直接剪切试验
cq q
cq ccq
•直接剪切试验的优缺点
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，且不一定是土样的最薄弱面。 ②不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水
压力。 ③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。
现场试验法---十字板试验；大型直接剪切试验等。
•直接剪切试验 试验仪器：直剪仪（应变控制式，应力控制式）
上下透水石 水平测力装置
T
基座
F 土样
竖向加压装置 上下剪切盒
T
垂直压应力：σ=F／A 抗剪强度：τf=T／A
上下剪切盒
垂直加载
剪切盒
测微表
水平加载
应变式直剪仪
量力环
•直接剪切试验
对同一种土至少取4个平
态时，滑动面上法向应力与剪应力f 的关系。
f
莫尔包线
c
• 土中一点的应力状态
通过土中一点某平面上的剪应力τ可能处于以
下三种情况：
τ＜τf τ＝τ
f
τ＞τ f
沿该平面不发生剪切破坏 该平面处于极限平衡状态 沿该平面发生剪切破坏
• 土中一点的应力状态
在已知两个主应力σ1、σ3的条件下，可以得到过土体 内一点任一平面上的法向应力σ、剪应力τ：
行试样，分别在不同垂
直压力下剪切破坏，将
试验结果绘制抗剪强度
f与相应垂直压力的关
系图。
τf 400
300
200
100 cφ
0 100
无粘性土
粘性土
tan
φ
f
c
f
tan
200 300 400 σ
•直接剪切试验
软粘土或松砂
一般粘性土或密砂
•直接剪切试验
为模拟土体在现场受剪的排水条件，直剪试验分为快剪、固 结快剪和慢剪三种。
2
2c tan 45o
2
无粘性土：c = 0
1
3
tan2 45o
2
3
1
tan2 45o
2
• 土的极限平衡状态及极限平衡条件
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
A
max
f
1 90 45
2
2
max 45
c f 2 f
3
1
c·ctg (1 +3 )/2
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
• 土的抗剪强度表达方式 总应力法：总应力强度指标
'u
有效应力法：有效应力强度指标
' u
f c' ' tan ' f c'( u) tan '
• 土的强度理论---莫尔-库伦强度理论
莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状
σ3 σ1
三轴剪切仪
• 三轴压缩试验
应变控制式三轴仪
量测系统
压力室
加压系统
排水控制与孔压量测系统
• 三轴压缩试验 控制与量测系统
• 三轴压缩试验的试验方法
ds s·in
1
3
3
1
3
1 ds·cos
3 dssin dssin dscos 0 1 ds cos dscos dssin 0
• 土中一点的应力状态
通过解联立方程，求得 斜面上的应力：
ds s·in
3
1
ds·cos
莫尔应力圆方程
O
1 2
1
பைடு நூலகம்
3 2
2
1 2
1
3 2
• 三轴压缩试验
三轴压缩试验直接量测试样在不同围压力下土的抗压强度， 利用莫尔－库仑破坏理论间接推求土的抗剪强度指标。
三轴剪切仪由受压室、围压力控制 系统、轴向加压系统、孔隙水压力 系统以及试样体积变化量测系统等 组成 。
1—量力环；2—活塞；3—进水 孔；4—排水孔；5—试样帽； 6—受压室；7—试样；8—乳胶 膜；9—接周围压力控制系统； 10—接排水管；11—接孔隙水压 力系统；12—接轴向加压系统
第七章土的抗剪强 度
7.1 概述
• 土体破坏的主要原因是剪切， 剪切破坏是土体破坏的重要 特征；
• 土的抗剪强度指土体抵抗剪 切破坏的极限能力，是土的 重要力学性质之一；
• 工程实践中与土的抗剪强度 有关的工程问题主要有以下 3类：
（1）土质土坝的稳定
（2）土压力
（3）地基的承载力问题
土坡失稳
土坡失稳