土力学课件(清华大学)5.ppt

1、第五章第五章土的抗剪强度土的抗剪强度土工结构物或地基土渗透渗透问题问题变形问题变形问题强度强度问题问题渗透渗透特性特性变形特性变形特性强度强度特性特性5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标5.5 5.5 动强度与砂土的振动液化动强度与砂土的振动液化 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度一、土的强度特点一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型三、土的强度的机理三、土的强度的机理四、摩尔四、摩尔-库仑强度理论库仑强度理

2、论 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论一、土的强度特点：一、土的强度特点：1.1.碎散性：碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用互作用主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；与摩擦力；2.2.三相体系：三相体系：三相承受与传递荷载三相承受与传递荷载有效应力原理；有效应力原理；3.3.自然变异性：自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。土的强度的结构性与复杂性。5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与

3、土的强度理论大阪的港口码头档土墙由于液化前倾大阪的港口码头档土墙由于液化前倾 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型1.1.挡土结构物的破坏挡土结构物的破坏5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论1.1.挡土结构物的破坏挡土结构物的破坏 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型广州京光广场基坑塌方广州京光广场基坑塌方5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论使基坑旁办公室、民使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，工宿舍和仓库倒塌，死死3 3人，伤人，伤1717人。人。挡土墙挡土

4、墙滑裂面滑裂面基坑支护基坑支护1.1.挡土结构物的破坏挡土结构物的破坏 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论平移滑动平移滑动2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度崩塌崩塌旋转滑动旋转滑动流滑流滑二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论19941994年年4 4月月3030日日崩塌体积崩塌体积400400万方万方1010万方进入乌江万方进入乌江死死4 4人，伤人，伤5 5人，失踪人，失踪1212

5、人人击沉拖轮、驳轮各一艘，渔击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船船2 2只只19941994年年7 7月月2-32-3日降雨引起再日降雨引起再次滑坡次滑坡崩塌体巨大石块滚入江内，崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航无法通航滑坡体崩入乌江近百万方；滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。江水位差数米。乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论龙观嘴龙观嘴黄崖沟黄崖沟乌江乌江20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨

6、型滑坡 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论高程（高程（m）滑距（滑距（m）553022004000扎扎 木木 弄弄 沟沟滑坡堆积体滑坡堆积体08000400020006000立面示意图坡高坡高 3330 m3330 m堆积体宽堆积体宽 约约2500m2500m总方量总方量 约约3 3亿方亿方 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与

7、土的强度理论20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡易贡滑坡堰塞湖易贡滑坡堰塞湖滑滑 坡坡 堆堆 积积 区区扎扎木木弄弄沟沟2264m2210m2165m2340m平面示意图5520m滑坡堆滑坡堆积体体 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡天然坝天然坝 坝高坝高290 m滑坡堰塞湖滑坡堰塞湖 库容库容15亿方亿方湖水每天上涨湖水每天上涨50cm50cm?5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度2.2.

8、各种类型的滑坡各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡边坡边坡滑裂面滑裂面 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论粘土地基上的某谷仓地基破坏粘土地基上的某谷仓地基破坏3.3.地基的破坏地基的破坏 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的

9、强度理论日本新泻日本新泻19641964年地震引起大面积液化年地震引起大面积液化3.3.地基的破坏地基的破坏 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论地基地基p滑裂面滑裂面3.3.地基的破坏地基的破坏 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论p土压力土压力p边坡稳定边坡稳定p地基承载力地基承载力p挡土结构物破坏挡土结构物破坏p各种类型的滑坡各种类型的滑坡p地基的破坏地基的破坏核心核心 5 5 土的

10、抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论一、土的强度特点一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型三、土的强度的机理三、土的强度的机理四、摩尔四、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论三、土的强度的机理三、土的强度的机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论p直剪试验直剪试验n库仑（库仑（17761776）n试验原理试验原理施加施加 （=P/A）

11、，），S量量测 （=T/A）上盒上盒下盒下盒PST=100KPa SAp直剪试验直剪试验n库仑（库仑（17761776）n试验原理试验原理n试验结果试验结果 =100KPa S=200KPa=300KPa三、土的强度的机理三、土的强度的机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论PSTA Oc c c 粘聚力粘聚力 内摩擦角内摩擦角 =100KPa S=200KPa=300KPap直剪试验直剪试验n库仑（库仑（17761776）n试验原理试验原理n试验结果试验结果 三、土的强度的机理三、土的强度的机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1

12、 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论库仑公式：库仑公式：f：土的抗剪强度土的抗剪强度 tg：摩擦强度摩擦强度-正比于压力正比于压力 c：粘聚强度粘聚强度-与所受压力无关与所受压力无关NT=NT滑动摩擦滑动摩擦 三、土的强度的机理三、土的强度的机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论1.1.摩擦强度摩擦强度 tgtg（1 1）滑动摩擦）滑动摩擦（2 2）咬合摩擦引起的剪胀咬合摩擦引起的剪胀滑动摩擦滑动摩擦 咬合摩擦引起的剪胀咬合摩擦引起的剪胀三、土的强度的机理三、土的强度的机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5

13、.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论1.1.摩擦强度摩擦强度 tgtg（3）颗粒的破碎与重排列）颗粒的破碎与重排列滑动摩擦 NT颗粒破碎与重排列颗粒破碎与重排列三、土的强度的机理三、土的强度的机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论1.1.摩擦强度摩擦强度 tgtg 咬合摩擦引起的剪胀咬合摩擦引起的剪胀密度（密度（e,粒径级配（粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分颗粒的矿物成分 对于对于：砂土：砂土粘性土；粘性土；高岭石高岭石伊里石伊里石蒙特石蒙特石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件

14、相同时：在其他条件相同时：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角 对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角 影响土的摩擦强度的主要因素：影响土的摩擦强度的主要因素：三、土的强度的机理三、土的强度的机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论1.1.摩擦强度摩擦强度 tgtg p粘聚强度机理n静电引力（库仑力）静电引力（库仑力）n范德华力范德华力n颗粒间胶结颗粒间胶结n假粘聚力（毛细力等）假粘聚力（毛细力等）p粘聚强度影响因素n地质历史地质历史n粘土颗粒矿物成分粘土颗粒矿物

15、成分n密度密度n离子价与离子浓度离子价与离子浓度-+三、土的强度的机理三、土的强度的机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论2.2.凝聚强度凝聚强度 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论四、摩尔四、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论1.1.库仑公式库仑公式2.2.应力状态与摩尔圆应力状态与摩尔圆3.3.极限平衡应力状态极限平衡应力状态4.4.摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论5.5.破坏判断方法破坏判断方法6.6.滑裂面的位置滑裂面的位置PSTAc c 粘聚力粘聚力 内摩擦角内摩擦角

16、f：土的抗剪强度土的抗剪强度 tg：摩擦强度摩擦强度-正比于压力正比于压力 c：粘聚强度粘聚强度-与所受压力无关与所受压力无关 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论四、摩尔四、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论固定滑裂面固定滑裂面一般应力状态如何判断一般应力状态如何判断是否破坏？是否破坏？借助于莫尔圆借助于莫尔圆1.1.库仑公式库仑公式=三维应力状态三维应力状态 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论四、摩尔四、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论2.2.应力莫尔圆应力莫尔圆二维应力状态二维应力状态 O z+zx-xz x2 1 3rR+-1 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论四、摩尔四、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论2.2.应力莫尔圆应力莫尔圆大主应力：大主应力：小主应力小主应力:圆心：圆心：半径：半径：z z按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转x x按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆莫尔圆：代表一