土力學土的抗剪強度演示文稿目前一頁\總數五十九頁\編于十九點§6.1土體強度的工程應用§6.2摩爾—庫侖強度理論§6.3土的極限平衡條件§6.4抗剪強度指標的確定§6.5孔隙壓力系數§6.6砂性土的剪切性狀§6.7黏性土的剪切性狀主要內容重點內容目前二頁\總數五十九頁\編于十九點6.1土體強度的工程應用

大量的工程實踐和室內試驗表明：建筑物地基和土工建筑物的破壞，絕大多數是屬于剪切破壞，即沿著某一滑動面產生破壞。目前三頁\總數五十九頁\編于十九點基坑坑壁滑動破壞坑壁支護6.1土體強度的工程應用目前四頁\總數五十九頁\編于十九點邊坡滑坡滑裂面6.1土體強度的工程應用因此，剪切破壞是土體破壞的主要形式。土的抗剪強度：土體抵抗剪切破壞的極限能力。

土的重要力學性質指標目前五頁\總數五十九頁\編于十九點aa6.2摩爾——庫侖強度理論

前面我們從太沙基的土有效應力原理已經知道：土體承受的上覆荷載主要由土顆粒的有效應力承擔。

而有效應力是由土顆粒之間的黏結作用和相互之間的咬合作用組成。黏結作用產生的力稱為土的黏聚力（內聚力），咬合作用產生的咬合與摩擦稱為土的內摩擦角。σ′σ′目前六頁\總數五十九頁\編于十九點土中一點的應力狀態土體內某一點的應力狀態如下：1—豎向應力(最大主應力)3—側向應力(最小主應力)剪切面上為—法向應力—剪應力331131目前七頁\總數五十九頁\編于十九點一、庫侖定律在一定載荷范圍內，土的抗剪強度與法向應力之間呈直線關系。其中C、被稱為土的抗剪強度指標。為剪切破裂面與大主應力的作用面成夾角，其值等于（45°+φ/2）的。31庫侖經過試驗，得出以下關系式：砂土：黏性土：目前八頁\總數五十九頁\編于十九點黏性土cC=0砂土ff目前九頁\總數五十九頁\編于十九點庫侖定律的總應力表達式庫侖定律的有效應力表達式C′稱為土的有效黏聚力′稱為土的有效內摩擦角飽和土有效應力：一、庫侖定律目前十頁\總數五十九頁\編于十九點二、摩爾——庫侖強度理論莫爾認為土中某點達到該點的抗剪強度時，土即發生破壞。莫爾把f=f（）的曲線，稱為摩爾破壞包線。f=f()可用直線（庫侖定律）代替，故稱為莫爾—庫侖強度理論。目前十一頁\總數五十九頁\編于十九點f1、安全（彈性平衡狀態）2、臨界狀態（極限平衡狀態）3、破壞摩爾——庫侖強度判斷土單元的狀態目前十二頁\總數五十九頁\編于十九點某一單元土體上的作用力如下右圖所示，將作用于△ABC的各力分別在水平和垂直方向投影（合力為零），根據靜力平衡條件可得：331131dldlcosdlsin6.3土的極限平衡條件一、摩爾應力圓水平方向合力垂直方向合力ABC目前十三頁\總數五十九頁\編于十九點由上述兩式得：6.3土的極限平衡條件一、摩爾應力圓解上述聯立二元一次方程式得：法向應力剪應力目前十四頁\總數五十九頁\編于十九點AO16.3土的極限平衡條件31在τ-σ坐標中，以[1/2(1+3)，0]為圓心、1/2(1－3

)為半徑作圓則A點的坐標（σa，τa）即為△ABC斜面AB上的法向應力和剪應力。摩爾應力圓OABC目前十五頁\總數五十九頁\編于十九點cAOO16.3土的極限平衡條件我們把庫侖公式強度線繪制于同一坐標系中，則該強度線為摩爾圓的切線。B目前十六頁\總數五十九頁\編于十九點f1、安全（彈性平衡狀態）2、臨界狀態（極限平衡狀態）3、破壞摩爾——庫侖強度判斷土單元的狀態目前十七頁\總數五十九頁\編于十九點摩爾——庫侖強度判斷土單元的狀態目前十八頁\總數五十九頁\編于十九點①τ＜τf時，彈性平衡狀態，整個摩爾圓位于抗剪強度線的下方，說明該點在任何平面上的剪應力都小于土所能發揮的抗剪強度，因此不會發生剪切破壞。二、土的極限平衡應力狀態②τ=τf時，極限平衡狀態，摩爾圓與抗剪強度線相切于A點，表明通過A點的任意平面上的剪應力都等于抗剪強度，該點就處于極限平衡狀態。③τ＞τf時，剪切破壞狀態，抗剪強度線是摩爾圓的一條割線，該點的任意平面上的剪應力已超過了土的抗剪強度，實際上這種情況是不可能存在的。目前十九頁\總數五十九頁\編于十九點cAOO1

下圖是土體處于極限平衡條件（即破壞臨界狀態）的關系圖。B三、土的極限平衡條件

由圖直角△ABO1可知：目前二十頁\總數五十九頁\編于十九點

整理下面公式：三、土的極限平衡條件得出以下三式：此三式均可用于判斷土體是否處于極限平衡狀態教材P114式(6-15)更正目前二十一頁\總數五十九頁\編于十九點cAOO1B三、土的極限平衡條件

由圖直角△ABO1外角與內角的關系可知：即：由此可見：剪切破裂面與大主應力的作用面成（45°+φ/2）的夾角。目前二十二頁\總數五十九頁\編于十九點四、土的極限平衡條件的應用

根據上述三式，分別計算出極限平衡所能承受的σ1f與當時所施加的σ1來作比較，即可判斷出土體是處于何種狀態：

（1）當σ1<σ1f，土體處于穩定平衡狀態；

（2）當σ1=σ1f，土體處于極限平衡狀態；

（3）當σ1>σ1f，土體處于破壞狀態；目前二十三頁\總數五十九頁\編于十九點四、土的極限平衡條件的應用

根據上述三式，分別計算出極限平衡所能承受的σ3f與當時所施加的σ3來作比較，即可判斷出土體是處于何種狀態：

（1）當σ3>σ3f，土體處于穩定平衡狀態；

（2）當σ3=σ3f，土體處于極限平衡狀態；

（3）當σ3<σ3f，土體處于破壞狀態；目前二十四頁\總數五十九頁\編于十九點四、土的極限平衡條件的應用

根據上述三式，計算出達到極限平衡所需要的φm與當前土體的φ來作比較，即可判斷出土體是處于何種狀態：

（1）當φm<φ，土體處于穩定平衡狀態；

（2）當φm=φ，土體處于極限平衡狀態；

（3）當φm>φ，土體處于破壞狀態；目前二十五頁\總數五十九頁\編于十九點四、土的極限平衡條件的應用

總結，分別比較φm、σ1f、σ3f，與φ、σ1、σ3，即可判斷出土體是處于何種狀態：

（1）當φm<φ、σ1<σ1f、σ3>σ3f，土體處于穩定平衡狀態；

（2）當φm=φ、σ1=σ1f、σ3=σ3f，土體處于極限平衡狀態；

（3）當φm>φ、σ1>σ1f、σ3<σ3f，土體處于破壞狀態；目前二十六頁\總數五十九頁\編于十九點<σ3，處于穩定狀態目前二十七頁\總數五十九頁\編于十九點實際應用1、當計算A點時：σ1=？、σ3=？黏土C、φ、γA2、當計算B點時：σ1=？、σ3=？Bσ1=γh1、σ3=k0σ1h1h2σ1=γh2、σ3=0k0為靜止土壓力系數，可查47頁表4-1確定3、開挖多深不會失穩？即C點的深度為多大？當σ3=0時，認為此處為剪切滑動面的最底端,此時Ch目前二十八頁\總數五十九頁\編于十九點測定土抗剪強度指標的試驗稱為剪切試驗十字板剪切試驗(適用:飽和軟粘土)大型直接剪切試驗直接剪切試驗三軸壓縮試驗無側限抗壓試驗抗剪強度試驗室內室外6.4抗剪強度指標的確定目前二十九頁\總數五十九頁\編于十九點直剪儀一、直剪試驗6.4抗剪強度指標的確定目前三十頁\總數五十九頁\編于十九點剪切力計量儀表剪切盒目前三十一頁\總數五十九頁\編于十九點PSTA一、直剪試驗水平推力垂直壓力p應力環水平力T目前三十二頁\總數五十九頁\編于十九點一、直剪試驗水平推力垂直壓力P6.4抗剪強度指標的確定應力環水平力T目前三十三頁\總數五十九頁\編于十九點一、直剪試驗水平推力6.4抗剪強度指標的確定應力環水平力T垂直壓力P目前三十四頁\總數五十九頁\編于十九點一、直剪試驗水平推力6.4抗剪強度指標的確定應力環水平力T垂直壓力P目前三十五頁\總數五十九頁\編于十九點一、直剪試驗水平推力6.4抗剪強度指標的確定應力環水平力T垂直壓力P目前三十六頁\總數五十九頁\編于十九點一、直剪試驗水平推力6.4抗剪強度指標的確定應力環水平力T垂直壓力P目前三十七頁\總數五十九頁\編于十九點一、直剪試驗水平推力應力環水平力T垂直壓力P目前三十八頁\總數五十九頁\編于十九點A一、直剪試驗A——土樣面積應力環水平力T垂直壓力P目前三十九頁\總數五十九頁\編于十九點正應力：剪應力：A一、直剪試驗應力環水平力T垂直壓力P目前四十頁\總數五十九頁\編于十九點施加P，量測T，然后計算fOc一、直剪試驗三組試樣正應力：剪應力：最后畫點，連直線，求出抗剪強度指標目前四十一頁\總數五十九頁\編于十九點直剪三種試驗類型試驗類型加垂直荷載時剪切時速度模擬類型快剪q不固結快速不排水剪切固結快剪cq固結快速固結不排水剪切慢剪s固結慢速固結排水剪切目前四十二頁\總數五十九頁\編于十九點直剪儀的優點:

設備簡單,價格便宜,操作方便,易于掌握直剪儀的缺點④試驗時不能嚴格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力。①限定的剪切面不是土樣最薄弱面；②應力應變分布不均勻，且垂直荷載發生偏轉，使主應力大小方向都發生偏轉；③受剪面積逐漸縮小，而在計算抗剪強度時仍按土樣的原截面積計算；直剪試驗的優缺點目前四十三頁\總數五十九頁\編于十九點

二、三軸壓縮（剪切）試驗壓力室加壓設備電腦采集目前四十四頁\總數五十九頁\編于十九點三軸剪切試驗

試驗裝置①壓力室；②圍壓系統；③軸壓系統；④孔隙水壓力量測系統；⑤排水系統主要組成：目前四十五頁\總數五十九頁\編于十九點試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓桿有機玻璃罩橡皮膜透水石頂帽壓力室分解目前四十六頁\總數五十九頁\編于十九點1Pc二、三軸剪切試驗3目前四十七頁\總數五十九頁\編于十九點1Pc3二、三軸剪切試驗目前四十八頁\總數五十九頁\編于十九點1Pc3二、三軸剪切試驗目前四十九頁\總數五十九頁\編于十九點31總應力表示法有效應力表示法三組試樣目前五十頁\總數五十九頁\編于十九點三軸剪切三種試驗類型試驗類型施加圍壓后剪切時簡稱不固結不排水剪不固結不排水不排水UU試驗固結不排水剪固結排水不排水CU試驗固結排水剪固結排水排水CD試驗目前五十一頁\總數五十九頁\編于十九點三軸試驗優缺點優點：①試驗中能嚴格控制試樣排水條件，量測孔隙水壓力，了解土中有效應力變化情況；②試樣中的應力分布比較均勻，剪切面在試樣的最薄弱處，結果比直剪試驗可靠。缺點：①試驗儀器復雜，操作技術要求高，試樣制備較復雜；②試驗在2=3的軸對稱條件下進行，與土體實際受力情況可能不符。目前五十二頁\總數五十九頁\編于十九點ququ加壓框架量表量力環升降螺桿無側限壓縮儀無側限抗壓強度試驗，與巖石單軸抗壓強度試驗類似，是三軸壓縮試驗的特例，對試樣不施加周圍壓力，即3=0，只施加軸向壓力直至發生破壞，試樣在無側限壓力條件下，剪切破壞時試樣承受的最大軸向壓力qu，稱為無側限抗壓強度。試樣三、無側限抗壓試驗目前五十三頁\總數五十九頁\編于十九點無側限壓縮儀目前五十四頁\總數五十九頁\編于十九點根據試驗結果只能作出一個極限應力圓（3=0，1=qu）。因此對一般黏性土，無法作出強度包絡線。qucu