土力学第5章剪切.docx

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土力学第5章剪切

第五章土的抗剪强度

§5-1抗剪强度

地基的发生剪切破坏现象：

②地基强度破坏「^3

抗剪强度表达式

抗剪强度指标的室测试

抗剪强度指标的现场测试

影响抗剪强度的因素分析

粘性土）

砂性土）

、库仑抗剪强度表达式

1）总应力表示法：

tf=atg©+C

tf=atg©

其中Tf――土的抗剪强度值

（T――土中剪切面上法向总应力（b=（X，+U）

©——內摩擦角

c內聚力（粘聚力）

2）有效应力表示法：

tf=c'tg'c'（粘性土）

tf=c'tg<\>'（砂性土）

其中c'——土中剪切面上法向有效应力（『二c-u）

0'——有效內摩擦角

c'——有效內聚力

从上述表达式可以看出，土体的抗剪

强度不是一个定值；它与C、0、c有关

分析表达式

之间的关系，可以看出两者有着相似之

抗剪强度来源于：

a）颗粒间的摩擦力、咬合力；b）颗粒间的电分子引力、胶结力二、抗剪强度指标的室测试

土的室抗剪强度测定，即测出土的

两项强度指标

c、©

试验原理：

T

16i

、影响抗剪强度的因素分析

a）土体的基本物理性质，如松密程度、含水量大小、颗粒粗细及其矿物成分等；

b）土中的应力大小影响；

c）加荷过程中的加荷速率、排水固结程度等等；

d）应力路径。

§5-2强度理论

（1）

土中的应力状态：

空间一点应力状态

三个正应力（Tz、

三个剪应力Txz、

（2）平面状态应力

（Ty、（Tx、

Txy>Txy

（3）平面状态的主应力表示

（T1——大主应力

（T3小主应力

（4）应力的摩尔圆表示法

注意应力圆与一点应力状态的相互关系

与主应力c1作用面成a角度斜面上的

应力为

13

13cos2

2

2

1

3

sin2

用摩尔圆表示即A点的坐标。

当a=45°,t=tmax=（c1-d3）/2

二．极限平衡条件：

当土中某点某一面上的T=Tf，即土中该

点在该面上达到极限平衡状态

（1）极限状态的表达式：

通常认为地面水平，该面上无剪力，土

体在其自重应力作用下，b1=bcz

1=Yz

仁1

—><—

问题是，当@1、63处于何种关系时,该点剪切破坏？

若沿mn面剪切破坏，

tf=atg$+C

由剪切破坏准则T=Tf,

得到:

i3tg2（452）2ctg（452）

3itg2（452）2ctg（45?

）

上式即极限平衡条件，用极限应力圆表

极限应力圆与抗剪强度直线相切，其切点对应为土体的破坏面位置，由上图可知破坏面与大主应力作用面成

45°+012

（2）例题1

已知土中某点的应力为：

ai=420kPaa

问：

（1）土体该点是否剪切破坏？

（2）是否会沿剪应力最大的面剪切

破坏？

解答问题方法有几条。

1）可用几何作图法，看看应力圆是否与抗剪强度直线相切，以此判断是否达到极限平衡。

2）可套用极限平衡条件，

当c仁420kPa时，满足极限平衡状态时

的小主应力为：

c3f=citg2（45°-©/2）-2ctg（45°

=420*tg235°-2*18*tg35°

=180.7kPa，大于给定值180kPa,

已经剪切破坏。

3）最危险破坏面的正应力@、剪应力T是否达到T》Tf,

4）a=（a1+a3）12+（a仁a3）C0S2

/2

t=（a1-a3）Sin2a/2

tf=atg$+C

看看T与Tf的关系，来判断是否剪切破

坏。

例题2,已知土样3=180kPa,土的抗剪强度指标为：

C=15kPa©=10°，问当

（T仁？

时，土样剪切破坏？

问题在于要找出c1，使得1与3组

成的应力圆为极限应力圆，解答方法可不同，但结论一样。

§5-3抗剪强度试验原理根据已经做过的剪切试验和中的试验步骤介绍，我们已经对直剪试验、无侧限抗压强度试验的试验原理、试验方法有了掌握、了解。

一、下面介绍三轴剪切试验的原理：

取圆柱形土样三到四个，分别施加不同的周围压力c3,发生固结。

再施加竖向压力

每一组试件均可以得到一个极限应力圆，通过这些应力圆作一条公切线一一

即为抗剪强度直线，从直线上量取强度指标C、巾。

二、无侧限抗压强度试验测定的指标：

qu无侧限抗压强度，由试验测得。

St——灵敏度，反映软粘土由于受扰动而强度降低的特性。

St=原状土无侧限抗压强度/重塑土无侧限抗压强度工程上根据灵敏度判断土的结构性强弱：

1vSt<2为低灵敏度土

2vSt<4为中灵敏度土

St>4为高灵敏度土

Cu――软土不排水剪强度，Cu=qu/2

三、不同排水条件下的强度指标

（1）不固结不排水剪（快剪）一一试验土样为原状土，不经过固结，剪切时几乎不排水；

（2）固结不排水剪（固结快剪）一一试验土样为原状土，但经过固结（固结的荷载为剪切时的竖向压力），而剪切时几乎不排水；

（3）固结排水剪（慢剪）一一试验土样为

•••

原状土，剪切前经过固结（固结的荷载为剪切时的竖向压力），剪切时能够充分排水，使土样的孔隙水压始终为零。

••••••••

根据已经做过的两种试验进行对比：

可以根据一种土样的快剪、固结快剪试验结果进行比较，抗剪强度指标有何区别？

针对某一工程场地土，如何根据其渗透性大小、现场排水条件，选择合适的剪切试验条件？

一般情况下，当软粘土层厚较大，施工工期又短时，该土的强度指标宜采用快剪试验测得；而当粘土层较薄，或有砂土夹层，或施工工期相对较长时，一般采用固结快剪试验成果。