土力学 第5章 土的抗剪强度.ppt

第一节 概述 一、土中一点的应力状态 斜面上的应力 土体抗剪强度影响因素 有效应力强度表达式 饱和粘性土的渗透固结过程，实际上是孔隙水压力消散和有效应力增长的过程。因此抗剪强度随着固结压密而不断增长。 总应力强度指标只是表述s-tf关系试验成果的两个数学参数，并非常数，因实验方法和土样的试验条件的不同而不同。而有效应力强度指标是唯一的。 线性库伦公式仅适用于法向应力不大的情况。应力范围较大时，抗剪强度线为上凸的曲线。 三、土的极限平衡条件 四、莫尔－库仑破坏准则(Mohr-Coulomb failure criterion) 莫尔－库仑破坏准则 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 五、例题分析 第三节 剪切强度的测定方法 剪切试验 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 按加载速率分三种试验方法 直剪试验优缺点 二、三轴剪切试验(Triaxial compression test) 应变控制式三轴仪：压力室，量测系统 抗剪强度包线 三种试验方法 强度曲线 总应力指标：cu， ?u 对饱和土得不到c’， ?’ 2. 固结不排水剪（CU） 强度曲线 总应力指标：ccu， ?cu 可得有效应力指标c’， ?’ 3. 固结排水剪（CD） 强度曲线 总应力指标：cd， ?d 饱和土有效应力指标c’， ?’即为总应力指标 三轴试验优缺点 三、无侧限抗压强度试验 无侧限压缩仪 根据试验结果只能作出一个极限应力圆（?3=0，?1=qu）。因此对一般粘性土，无法作出强度包线 四、十字板剪切试验（Vane shear test） 第四节 砂性土的抗剪强度特征 第五节 饱和粘性土强度指标 1. 不固结不排水剪强度指标 2. 固结不排水剪强度指标 试验结果分析 饱和粘性土的CD试验与CU试验结果相似。此时总应力强度指标等于有效应力强度指标 4. 对同一种土进行三种试验的结果 5.例题 【例5.1】一饱和粘土试样在三轴压缩仪中进行固结不排水剪试验，施加的的周围压力σ3=200 kPa， 试样破坏时的轴向偏应力(σ1 -σ3)f= 280 kPa，测得孔隙水压力uf = 180 kPa，有效应力强度指标c′= 80 kPa, j ′=24°，试求破坏面上的法向应力和剪应力，以及该面与水平面的夹角αf。如果该试样在同样周围压力下进行固结排水剪试验，问破坏时的大主应力值σ1′是多少？ 【解】根据试验结果 σ1f=280+200=480kPa, σ3f=200kPa 由于水平面为大主应力作用面所以破坏面与水平面的夹角为 破坏面上的法向应力σ和剪应力τ为 5. 抗剪强度指标的选择 第六节 孔隙压力系数 一、Skempton孔隙压力系数A、B 二、Henkel孔压系数α、β 第八节 应力路径 在应力坐标图中用应力点的移动轨迹来描述土体在加荷过程中的应力变化，这种应力点的轨迹称为应力路径（Stress path）。 三轴试验中几种典型情况的应力路径 1．没有孔隙水压力的情况 （1）同步增加围压，直线a 。 （2）（σ1－σ3）增加，σ3不变，直线b 。 （3）增加σ1，相应减少σ3，p不变，直线c 。 2．有超静孔隙水压力的情况 三轴固结不排水试验中的应力路径 三轴固结不排水剪试验与固结排水剪试验中的有效应力路径比较 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 qu qu 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qu，称为无侧限抗压强度 试样 ? ? 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 qu cu ?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 适用于现场测定饱和粘性土的不排水强度，尤其适用于均匀的饱和软粘土 柱体上下平面的抗剪强度产生的抗扭力矩 柱体侧面剪应力产生的抗扭力矩 无粘性土多采用排水剪强度指标，不排水剪对研究饱和砂土受动荷载时的土动力学问题时有意义 Δl τ O 松砂 密砂 Δl +ΔV -ΔV 松砂 密砂 应变硬化 应变软化 剪胀 剪缩 存在临界孔隙比ecr：体积变化为零，但与正应力有关 土样所处的固结状态： σ3<pc，超固结状态