剪切试验仅限借鉴.docx
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剪切试验仅限借鉴
教案表头:
第五章土的抗剪强度
课堂教学
实践教学
课时
6
2
内容提要
1.土的抗剪强度与极限平衡原理;
2.土的剪切试验方法;
3.不同排水条件时的剪切试验成果×。
能力培养要求
1.理解土的强度的定义,掌握库仑定律;
2.能够用直剪试验确定土体强度指标;
3.熟练运用土的极限平衡条件式判别土的状态;
4.了解确定抗剪强度指标的原位试验方法;
5.了解不同排水条件对强度指标的影响。
教学形式
教师主讲、课堂讨论、学生讲评、提问答疑、工程案例分析等
日期
班级
课室
时间
90min
复习旧课
第四章知识架构及反馈信息
时间
min
新课题目
第一节土的抗剪强度与极限平衡原理
教学目标
1.理解土体强度之定义;
2.正确运用库仑定义求土的抗剪强度;
3.熟练借助莫尔应力圆确定土体的应力状态;
4.能够利用土的极限平衡条件式判别土的状态;
5.熟悉土体的破坏规律。
教学内容设计及安排
第一节土的抗剪强度与极限平衡原理
【基本内容】
土的抗剪强度——土体抵抗剪切破坏的极限能力。
注意:
土体受荷作用后,土中各点同时产生法向应力和剪应力,其中法向应力作用将使
土体发生压密,这是有利的因素;而剪应力作用可使土体发生剪切,这是不利的因素。
因此,
土的强度破坏通常是指剪切破坏,所谓土的强度往往指抗剪强度。
一、库仑定律
库仑(Coulomb)根据砂土的剪切试验,得到抗剪强度的表达式
粘性土的抗剪强度表达式
1
式中f――土的抗剪强度,kPa;
――剪切面上的法向应力,kPa;
――土的内摩擦角,o;
c――土的粘聚力,kPa。
c和称为土的抗剪强度指标
以上两式为著名的抗剪强度定律,即库仑定律,如下图:
【讨论】:
土的抗剪强度不是一个定值,而是剪切面上的法向总应力的线性函数;对于无粘性土,其抗剪强度仅仅由粒间的摩擦力(tan)构成;对于粘性土,其抗剪强度由摩擦力(tan)和粘聚力(c)两部分构成。
二、土的抗剪强度影响因素
摩擦力
影响因素
粘聚力
影响因素
【注意】:
c和是决定土的抗剪强度的两个重要指标,对某一土体来说,c和并不
是常数,c和的大小随试验方法、固结程度、土样的排水条件等不同而有较大的差异。
2
三、土中某点的应力状态
现以平面课题为例分析土中某点的应力状态
设作用在单元体上的大、小主应力分别为1和3,在单元体上任取一截面mn,mn平面与大主应力1作用面成角,其上作用有剪应力和法向应力。
根据楔体abc静力平衡条件可得
这就是莫尔应力圆:
圆心O――[1/2(1+3),0]
半径——1/2(1-3)
【讨论】:
土中某点的应力状态可用莫尔应力
圆描述即莫尔应力圆上每一点都代表一个斜平面,该面与大主应力作用面的夹角为。
四、土的极限平衡条件
把莫尔应力圆与库仑抗剪强度包线绘于同一坐标系中(如下图),按其相对位置判别某点所处的应力状态。
1.应力圆Ⅰ与强度包线相离,即τ<τf,该点处于弹性平衡状态。
2.应力圆Ⅱ与强度包线在A点相切,即τ=τf,该点处于极限平衡状态;应力圆Ⅱ称为极限应力圆。
此时,该点处于濒临破坏的极限状态。
3
3.应力圆Ⅲ与强度包线相割,即τ>τf,该点处于破坏状态。
实际不能绘出。
莫尔-库仑破坏准则:
把莫尔应力圆与库仑强度包线相切的应力状态作为土的破坏准则,即莫尔-库仑破坏准则。
根据土体莫尔-库仑破坏准则,建立某点大、小主应力与抗剪强度指标间的关系。
【讨论】:
上两公式是等价的。
上两公式即为土的极限平衡条件式。
对于无粘性土,c=0,有
依图可分析出:
土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为:
【讨论】:
剪破面并不产生于最大剪应力面,而与大主应力作用面成45°+/2的夹角。
【例题先自习后讲解】
【例1】地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa,小主应力为200kPa。
通过试验测得土的抗剪强度指标c=15kPa,=20o。
试问①该单元土体处于何种状态?
②单元土体最大剪应力出现在哪个面上,是否会沿剪应力最大的面发生剪破?
【解题思路】
①利用极限平衡条件式判别。
比较1f~1,如果1>1f→土体破坏,如果1<1f→土体稳定。
见右图。
也可比较3f~3,可画应力圆与抗剪强度直线参考。
②利用定义判别,即比较与大主应力作用面成45°+/2面上的τ与τf,
③比较最大剪应力作用面(与大主应力作用面成45°面)上的τ与τf。
教学辅助资料
多媒体课件、三角板、圆规等