土力学(中国水利水电出版社出版第六章.pdf

土力学(中国水利水电出版社出版第六章.pdf

《土力学(中国水利水电出版社出版第六章.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学(中国水利水电出版社出版第六章.pdf（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1第六章土的抗剪强度第六章土的抗剪强度Chapter6Shearstrengthofsoils第一节概述（第一节概述（Introduction）

（1）土体的破坏型式）土体的破坏型式剪切破坏剪切破坏

（2）水工建筑物常见的土体和地基失稳的形式）水工建筑物常见的土体和地基失稳的形式ffTA=sTA=2紫坪铺水库2号泄洪洞出口滑坡云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡31989年1月8日坡高103m地质：

流纹岩中有强风化的密集节理，还包括一个小型不连续面。

事故：

电站厂房比计划推迟一年，修复时安装了大量预应力锚索。

漫湾滑坡漫湾滑坡糯扎渡工地公路边滑坡4西藏易贡巨型滑坡西藏易贡巨型滑坡?

时间：

时间：

2000年年4月月9日日?

规模：

坡高规模：

坡高3330m,堆积体堆积体2500m、宽约、宽约2500m，总方量，总方量=280-300106m3?

天然坝：

坝高天然坝：

坝高=290m,库容库容=1534106m3?

地质：

风化残积土。

地质：

风化残积土。

?

险情：

湖水以每日险情：

湖水以每日0.5m速度上升。

速度上升。

楔形槽楔形槽楔形槽楔形槽5滑坡后缘高程滑坡后缘高程5520m滑坡后缘高程滑坡后缘高程5520m（55）土力学的三大基本课题：

）土力学的三大基本课题：

）土力学的三大基本课题：

）土力学的三大基本课题：

变形变形变形变形强度强度强度强度渗流渗流渗流渗流（4）应力应变关系）应力应变关系本构关系本构关系（RelationshipbetweenstressandstrainConstitutiverelationship）（3）土的抗剪强度（）土的抗剪强度（Shearstrengthofsoils）：

）：

土抵抗剪切破坏的极限剪应力称为土的抗剪强度。

土抵抗剪切破坏的极限剪应力称为土的抗剪强度。

6对土的强度问题应明确以下几点：

对土的强度问题应明确以下几点：

?

粘性土或无粘性土都是松散颗粒的集合体,土的破坏均为颗粒之间的联结破坏，而不考虑土颗粒本身的破坏。

粘性土或无粘性土都是松散颗粒的集合体,土的破坏均为颗粒之间的联结破坏，而不考虑土颗粒本身的破坏。

?

土工建筑物或地基由于土的受力状态为三向受力，决定了土的破坏都是剪切破坏。

一般讲土的强度都是指土的抗剪强度。

土工建筑物或地基由于土的受力状态为三向受力，决定了土的破坏都是剪切破坏。

一般讲土的强度都是指土的抗剪强度。

?

所谓土坡和土坝等的失稳、塌滑等，实际上是土体某一曲线滑动面上各点的剪应力超过了相应各点土的抗剪强度所致，即各点。

所谓土坡和土坝等的失稳、塌滑等，实际上是土体某一曲线滑动面上各点的剪应力超过了相应各点土的抗剪强度所致，即各点。

?

从土体中应力的产生到土体破坏的过程是土的弹塑性应力从土体中应力的产生到土体破坏的过程是土的弹塑性应力应变关系（本构关系）变化的过程。

应变关系（本构关系）变化的过程。

f第二节摩尔第二节摩尔库仑强度理论（库仑强度理论（Section2TheMohr-Coulombfailurecriterion）1776年，工程师库仑（年，工程师库仑（Coulomb,法国）通过一系列砂土的剪切试验总结出了砂土的抗剪强度规律，其表达式为：

法国）通过一系列砂土的剪切试验总结出了砂土的抗剪强度规律，其表达式为：

ftan=ftanc=+一、土的抗剪强度定律（一、土的抗剪强度定律（Shearstrengththeoryofsoil）砂土：

粘性土：

土的抗剪强度与土的种类和性状、排水条件、剪切速率、应力历史、应力路径等因素有关。

砂土：

粘性土：

土的抗剪强度与土的种类和性状、排水条件、剪切速率、应力历史、应力路径等因素有关。

7有效应力形式有效应力形式有效应力形式有效应力形式（Effectivestressform）（Effectivestressform）：

ftan=ftanc=+砂土：

粘性土：

二、莫尔库仑强度理论（砂土：

粘性土：

二、莫尔库仑强度理论（TheMohr-Coulombfailurecriterion）1.莫尔应力圆与库仑强度包线.莫尔应力圆与库仑强度包线1910年，莫尔提出破裂面的法向应力与抗剪强度之间有一曲线的函数关系，实用上常取与试验应力圆相切的包线表示，在实用应力范围内，可用一直线代替，此线即为抗剪强度包线。

单元体的破坏条件为:

单元体的破坏条件为:

131311（）cos（）sin22c=+（6-4）2.中主应力2.中主应力22对强度的影响对强度的影响Effectofintermediateprincipalstressonstrength对排水剪几乎无影响，但对不排水剪有较大的影响对排水剪几乎无影响，但对不排水剪有较大的影响NearlynoeffectforCDtest,buthaseffectforUUtest8一、土体中一点的应力状态（一、土体中一点的应力状态（一、土体中一点的应力状态（一、土体中一点的应力状态（Stressstateatrandompointinsoil1Stressstateatrandompointinsoil1）第三节第三节第三节第三节土中一点的极限平衡条件土中一点的极限平衡条件土中一点的极限平衡条件土中一点的极限平衡条件（Section3LimitequilibriumconditionatrandompointSection3Limitequilibriumconditionatrandompoint）由静力平衡条件：

由静力平衡条件：

3sssdsindsindcos0+=1sssdcosdcosdsin0=131311（）（）cos222=+131（）sin22=（6-5）得平面上的应力）得平面上的应力9摩尔应力圆与库仑抗剪强度线的坐标系统是一致的，若将表示土中某点应力状态的摩尔圆与该土的库仑强度线画于同一图中，则摩尔圆与强度线之间含有如下三种关系：

（摩尔应力圆与库仑抗剪强度线的坐标系统是一致的，若将表示土中某点应力状态的摩尔圆与该土的库仑强度线画于同一图中，则摩尔圆与强度线之间含有如下三种关系：

（1）即不相切又不相割（）土体未剪坏

（2）相割（）土体已剪坏（3）相切（）极限平衡状态）即不相切又不相割（）土体未剪坏

（2）相割（）土体已剪坏（3）相切（）极限平衡状态ff=二、土中一点的极限平衡条件二、土中一点的极限平衡条件二、土中一点的极限平衡条件二、土中一点的极限平衡条件1.极限平衡条件的主应力表达式（图极限平衡条件的主应力表达式（图6-8）由几何关系，得由几何关系，得（6-7）（6-8）oaooabaoab+=sinctgcoo=ctgcctgc+=+=222sin31313131cos2sin）（3131c+=sin1cos2sin1sin131+=c10对无粘性土对无粘性土（Forcohesionlesssoil）破坏角破坏角（Failureangle）（6-15）（6-11）（6-12）（6-13）（6-14）3131sin+=sin1sin131+=）245（231+=tg）245（213=tg245）90（21+=+=f（6-9）（6-10）245

（2）245（231+=tgctg）245

（2）245（213=tgctg对粘性土对粘性土（Forcohesionsoil）2.Kf线与线与f线的关系线的关系（图图6-9）f线线Kf线线由两线方程比较，得由两线方程比较，得cossin223131c+=fffctgdtg+=223131ffdtg+=223131sin=ftgcos=cdf11?

土体达到极限平衡所要求的内摩擦角土体达到极限平衡所要求的内摩擦角?

土体处于极限平衡状态时的大主应力土体处于极限平衡状态时的大主应力?

土体处于极限平衡状态时的小主应力土体处于极限平衡状态时的小主应力三、一点极限平衡条件的应用三、一点极限平衡条件的应用m1m3m=未剪坏极限平衡剪坏未剪坏极限平衡剪坏m1m3m111333一、直接剪切试验一、直接剪切试验一、直接剪切试验一、直接剪切试验11、直剪仪、直剪仪、直剪仪、直剪仪按施加剪力的方式不同分为按施加剪力的方式不同分为按施加剪力的方式不同分为按施加剪力的方式不同分为应力控制式应力控制式应力控制式应力控制式和和和和应变控制式应变控制式应变控制式应变控制式第四节第四节第四节第四节土的剪切试验土的剪切试验土的剪切试验土的剪切试验（Section4Section4SheartestofsoilsSheartestofsoils）2、试验步骤、试验步骤（图图6-12）123.试验成果3.试验成果（Testresults）（图图6-13）134、直剪仪的优缺点4、直剪仪的优缺点Meritanddemeritofdirectshearapparatus优点优点：

设备简单，操作方便：

设备简单，操作方便缺点缺点：

（：

（1）排水条件不易控制；（）排水条件不易控制；

（2）剪切面人为给定（剪切面不一定通过最薄弱面）；（）剪切面人为给定（剪切面不一定通过最薄弱面）；（3）面上受力不均，边缘处易造成应力集中；（）面上受力不均，边缘处易造成应力集中；（4）土样受剪面积逐渐减小等。

）土样受剪面积逐渐减小等。

5.直剪试验分类5.直剪试验分类（Classificationofdirectsheartest）

（1）快剪）快剪（Quickdirectsheartest）（q）垂直压力施加后，立即进行剪切；垂直压力施加后，立即进行剪切；

（2）固结快剪）固结快剪（Consolidatedquickdirectsheartest）（cq）垂直压力施加后，给土样以充分时间固结，使其压缩稳定，然后以较快的速率施加剪应力；垂直压力施加后，给土样以充分时间固结，使其压缩稳定，然后以较快的速率施加剪应力；（3）慢剪）慢剪（Consolidatedslowdirectsheartest）（s）在垂直压力作用下，土样固结完成后，慢速施加剪应力，使其在剪应力作用下能充分排水，缓慢剪坏。

在垂直压力作用下，土样固结完成后，慢速施加剪应力，使其在剪应力作用下能充分排水，缓慢剪坏。

6.应力历史对抗剪强度的影响6.应力历史对抗剪强度的影响（图（图6-14）

（1）正常固结粘土：

）正常固结粘土：

qcqs

（2）超固结粘土：

）超固结粘土：

qs剪胀性剪胀性：

土样在剪应力作用下，体积压缩和膨胀的性质。

土样在剪应力作用下，体积压缩和膨胀的性质。

（6-17）（6-18）14二、三轴剪切试验二、三轴剪切试验（Triaxialsheartest）1、三轴剪切仪、三轴剪切仪Triaxialshearapparatus（图图6-15）三轴剪切仪是模拟土体在垂直方向和侧向受荷条件下发生剪切的仪器，其构造包括压力室、加压系统和排水系统三部分。

三轴剪切仪是模拟土体在垂直方向和侧向受荷条件下发生剪切的仪器，其构造包括压力室、加压系统和排水系统三部分。

15162、三轴剪切仪原理、三轴剪切仪原理先将用橡皮膜围裹的试样置于压力室内，通过加压系统先对试样施加围压，再通过活塞对试样施加垂直压力先将用橡皮膜围裹的试样置于压力室内，通过加压系统先对试样施加围压，再通过活塞对试样施加垂直压力q，不断增加，不断增加q，即相当于增大，使土样剪坏。

，即相当于增大，使土样剪坏。

23=13q=+13、三轴剪切试验的优点、三轴剪切试验的优点（Meritofthetriaxialsheartest）1）应力条件明确，在一定应力状态下沿某一斜截面剪切，剪切面非人为规定；）应力条件明确，在一定应力状态下沿某一斜截面剪切，剪切面非人为规定；2）排水条件可以控制，便于量测孔压，可以求有效强度指标）排水条件可以控制，便于量测孔压，可以求有效强度指标4、强度参数的确定4、强度参数的确定（图图6-17）Determinationofstrengthparameters

（1）作）作34个试