土力學(xué)教學(xué)第6章土的抗剪強(qiáng)度課件

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第,6,章 土的抗剪強(qiáng)度,Chapter 6 Shear strength of soils,概 述,土體強(qiáng)度及其特點,工程中土的強(qiáng)度問題,土的抗剪強(qiáng)度,土的強(qiáng)度的特點,各種類型的滑坡,(sliding),擋土和支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞,地基的破壞,砂土的液化,(liquefaction),大阪的港口碼頭擋土墻由于液化前傾,擋土結(jié)構(gòu)物的破壞,擋土墻,滑裂面,基坑支護(hù),邊坡,滑裂面,滑 坡,加拿大特朗斯康谷倉地基整體破壞,地基,p

2、,滑裂面,錨固破壞,整體滑動,底部破壞,土體下沉,墻體折斷,擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞,地基的破壞,地基,P,滑裂面,噴砂遺井,松砂層,地下水位,地震荷載,建筑物,噴 砂,地面下沉,噴砂,遺井,排出的剩余孔隙水,地震前 液化時 液化后,建筑物地基的液化,第,6,章 土的抗剪強(qiáng)度,Chapter 6 Shear strength of soils,6.1,概 述,Section 1 Introduction,1.,土體的破壞形式,剪切破壞,Failure mode of soils,shear failure,（圖,6-1,）,T,s,=,A,T,f,=,f,A,2.,土的,抗剪強(qiáng)度,Shear str

3、ength of soils,土體破壞時其破壞面上能夠,承受的最大剪應(yīng)力,圖,6-2,，,6-3,3.,水工建筑物中常見的土體和地基的失穩(wěn)形式,（圖,6-2,）,Common stability loss mode of soil,and foundation in hydraulic structures,4.,土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,本構(gòu)關(guān)系,Relationship between stress and strain,Constitutive relationship,（圖,6-3,）,6.2,莫爾一庫倫強(qiáng)度理論,Section 2 Mohr-Coulomb strength theory,6

4、.2.1,土的抗剪強(qiáng)度定律（,Law of shear strength,）,1.,庫倫抗剪強(qiáng)度公式,(Coulomb shear strength formula),（,1,）砂土,f, tg,（,2,）粘性土,f, tg,+,c,式中，,c,為粘聚力,(Cohesion),為內(nèi)摩擦角,(Angle of internal friction),2.,有效應(yīng)力形式,(Effective stress form),（,1,）砂土,f, tg,（,2,）粘性土,f, tg,+,c,(6-1),(6-2),(6-3),6.2.2,莫爾,庫倫強(qiáng)度理論,Mohr-Coulomb strength the

5、ory,1.,莫爾應(yīng)力圓與庫倫強(qiáng)度包線,（圖,6-4,）,Mohr stress circle and Coulomb strength envelope,(6-4),2.,中主應(yīng)力,2,對強(qiáng)度的影響,Effect of intermediate principal stress on strength,對排水剪幾乎無影響，但對不排水剪有較大的影響,Nearly no effect for CD test, but has effect for UU test,粘性土粘聚力的存在是客觀的。在正常固結(jié)情況下，粘聚力,c,隨,增加而增加，從而使其,隱含在摩擦強(qiáng)度之內(nèi),c,和在物理意義上并不嚴(yán)格,“

6、,真實,”,地反映粘聚和摩擦兩個抗剪強(qiáng)度分量，而通常是,“,你中有我，我中有你,”,，從而,失去其物理意義，變成僅為計算參數(shù)的含義,思考題：,c=0,是否意味著正常固結(jié)粘土無粘聚力,?,圖,6-5,，,6-6,(6-5),Limit equilibrium condition,1.,土體中某點的強(qiáng)度狀態(tài),(,圖,6-7),Strength state at random point in soil,（,1,）,f,，土體已剪壞,相割,(Secant),（,3,）,f,，土體處于極限平衡狀態(tài),相切,(Tangent),2.,極限平衡狀態(tài)的條件式,Conditional expression of

7、 limit equilibrium state,f,c,+, tg,(6-6),6.3.2,極限平衡條件,應(yīng)力莫爾圓與強(qiáng)度包線,f,強(qiáng)度包線以下：,任何一個面上的一對應(yīng)力,與,都沒有達(dá)到破壞包線，不破壞,與破壞包線相切：,有一個面上的應(yīng)力達(dá)到破壞,與破壞包線相交：,有一些平面上的應(yīng)力超過強(qiáng)度,不可能發(fā)生,O,c,f,=c+,tg,1,3,莫爾,-,庫侖強(qiáng)度理論的破壞準(zhǔn)則,土的極限平衡條件：,處于極限平衡狀態(tài)時，,1,和,3,之間應(yīng)滿足的關(guān)系,無粘性土,3.,極限平衡條件的主應(yīng)力表達(dá)式,（圖,6-8,）,Principal stress expressions of limit equilib

8、rium,由幾何關(guān)系，得,(6-7),(6-8),對無粘性土,(For cohesionless soil),破壞角,(Failure angle),(6-15),(6-11),(6-12),(6-13),(6-14),(6-9),(6-10),f,線,K,f,線,由兩線方程比較，得,(6-16),4.,K,f,線與,f,線的關(guān)系,(,圖,6-9),圖,6-9,6.4,土的剪切試驗,Section 4 Shear test of soil,6.4.1,直接剪切試驗,(Direct shear test),1.,直剪儀,(Direct shear apparatus) (,圖,6-11),2.,

9、試驗步驟,(Test procedure) (,圖,6-12),上盒,下盒,P,S,T,A,1,S,2,3,3.,試驗成果,(Test results) (,圖,6-13),4.,直剪儀的優(yōu)缺點,Merit and demerit of direct shear apparatus,S,1,2,3,O,c,f1,f2,f3,S,O,當(dāng),采用總應(yīng)力時，稱為,總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo),當(dāng),采用有效應(yīng)力時，稱為,有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo),5.,直剪試驗分類,(Classification of direct shear test),（,1,）快剪,(Quick direct shear test) (,q,)

10、,（,2,）固結(jié)快剪,(Consolidated quick direct shear test) (,cq,),（,3,）慢剪,(Consolidated slow direct shear test) (,s,),6.,應(yīng)力歷史對抗剪強(qiáng)度的影響,（圖,6-14,）,（,1,）正常固結(jié)粘土：,q,cq,s,（,2,）超固結(jié)粘土：,q,s,6.4.2,三軸剪切試驗,(Triaxial shear test),1.,三軸剪切儀,Triaxial shear apparatus (,圖,6-15,),(6-17),(6-18),試樣,壓力室,壓力水,排水管,閥門,軸向加壓桿,有機(jī)玻璃罩,橡皮膜,透

11、水石,頂帽,量測體變或孔壓,三軸試驗,試樣,圍壓力,3,閥門,始終打開,閥門,馬達(dá),橫梁,量力環(huán),百分表,量水管,圖,6-16,2.,試驗原理,(test principle),（,圖,6-16,）,3.,三軸剪切試驗的優(yōu)點,Merit of the triaxial shear test,4.,試驗方法,(Test principle),（,圖,6-16,）,b=0,，壓縮試驗,b=1.0,，伸長試驗,3,3,3,q,3,3,3,q,Determination of strength parameters,（,1,）在不同的圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線上求得破壞應(yīng)力,（,2,）作,3,4,個試樣

12、的破壞莫爾圓,（,3,）作所有圓的公切線，得到,c,、,值,5.,強(qiáng)度參數(shù)的確定,(,圖,6-17),3,3,3,q,f1,q,f2,q,f3,q(kPa),ea (%),O,p,O,q(kPa),當(dāng),采用總應(yīng)力時，稱為,總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo),當(dāng),采用有效應(yīng)力時，稱為,有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo),（,1,）不固結(jié)不排水試驗,(UU) (,圖,6-18),Unconsolidated undrained triaxial test,6.,三軸試驗分類,(Classification of triaxial shear test),（,2,）固結(jié)不排水試驗,(CU) (,圖,6-19),Consolida

13、ted undrained triaxial test,（,3,）固結(jié)排水試驗,(CD) (,圖,6-20),Consolidated drained triaxial test,試驗過程中，孔隙水壓力,u,及含水量,w,變化情況見,P136,表,6-1,7.,三軸試驗中的孔隙壓力系數(shù),A,和,B,Pore water pressure coefficient,A,and,B,in triaxial test,（,1,）孔隙水壓力的表達(dá)式,1.0,飽和土,B,= 0,1.0,非飽和土,0,干土,（,2,）飽和土孔隙水壓力的表達(dá)式,Expression of pore water pressur

14、e for saturated soil,A,1/3,剪縮性土,A,1/3,密砂或超固結(jié)粘土：剪脹,A1/3,p,O,q,p,0,=,3,A=0 (u=0),飽和土固結(jié)排水試驗,A,圓礫,（,P145,表,6-5,）,Particle shape,2.,級配,(,Grading,),良好的,均勻的,3.,礦物成份,含云母,較小,Mineral,component,6.6.3,土的孔隙比及剪脹性,Void ratio and shear dilation of soil,1.,e,0,對,的影響,隨,e,0,的減小而增大,2.,砂土在剪切過程中體積和強(qiáng)度的變化,（,圖,6-39,）,（,1,）體

15、積,(Volume) ,剪縮和剪脹,Shear contraction and shear dilation,（,2,） 應(yīng)力,(Stress) ,硬化和軟化,(Hardening and softening),（,3,）剪脹性（,Shear dilatancy,）,3.,臨界孔隙比,e,k,隨圍壓的增大而減小,Critical void ratio,decrease with the increasing of confining pressure,（,1,）,e e,k,，松散,(Loose),，剪縮,(Shear contraction),（,2,）,e ,cu, ,uu,密度,有效應(yīng)力

16、,抗剪強(qiáng)度唯一對應(yīng),6.7.3,非飽和土的抗剪強(qiáng)度（,自學(xué),）,圖,6-43,6.8,土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用,Section 8 Selection of shear strength parameters,1.,直剪和三軸試驗的六種方法,(,P149,表,6-7,),Six methods of direct shear and triaxial shear test,2.,抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇依據(jù),Choice basis of shear strength parameters,（,1,）土的性質(zhì),(Soil properties),（,2,）地質(zhì)條件,(G,eological,condi

17、tions),（,3,）工程的具體情況（建筑物等級、建筑物場地、施工快慢等）,Detail cases of project (Structure grade, construction field, construction speed, etc.),抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的類型,峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度指標(biāo),總應(yīng)力強(qiáng)度與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo),直剪強(qiáng)度與三軸試驗指標(biāo),三種強(qiáng)度指標(biāo)：,根據(jù)應(yīng)力變形特性分,根據(jù)應(yīng)力分析方法分,根據(jù)試驗方法分,峰值強(qiáng)度,殘余強(qiáng)度指標(biāo),直剪和三軸試驗中應(yīng)變軟化時,:,f,峰值強(qiáng)度指標(biāo),r,殘余強(qiáng)度指標(biāo),大變形完全破壞了土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和咬合作用，殘余強(qiáng)度破壞包線通過原點，其內(nèi)摩擦角,r,只

18、決定于土的礦物成分，與其所受的應(yīng)力歷史等因素?zé)o關(guān),q=,(,),f,r,q,f,q,r,總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo),抗剪強(qiáng)度的有效應(yīng)力指標(biāo),c,，,c+ tg,= -u,符合土的破壞的機(jī)理，但有時孔隙水壓力,u,無法確定,抗剪強(qiáng)度的總應(yīng)力指標(biāo),c,，,c+ tg,是一種“全額生產(chǎn)率”的概念，因,u,不能產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度，不符合強(qiáng)度機(jī)理。在無法確定,u,時便于應(yīng)用，但要符合工程條件,抗剪強(qiáng)度,u,抗剪強(qiáng)度的總應(yīng)力指標(biāo),c, tg,我叫,u,郭,處士，充,數(shù)而已！,在難以確定孔隙水壓力的情況下使用,注意正確使用的方法：確定,c,，,的試驗中，應(yīng)能大致模擬工程現(xiàn)場孔隙水壓力的特性,正常固結(jié)土的有效和總應(yīng)力

19、指標(biāo),思考題,1,：,實際破裂面的方向？,思考題,2,：,如果破壞時孔隙水壓力,u(,負(fù)孔壓,),，有效應(yīng)力莫爾圓在總應(yīng)力莫爾圓哪邊？,O,1,1,u,f,有效應(yīng)力,f,p,p,O,q q,p,0,=,3,總應(yīng)力,K,f,線,u,f,有效應(yīng)力,K,f,線,總應(yīng)力,f,超固結(jié)粘土的有效應(yīng)力與總應(yīng)力指標(biāo),u,2,f,0,u,1,f,0,有效應(yīng)力,K,f,線,u,1,f,0,u0,試驗類型,試驗方法,強(qiáng)度指標(biāo),慢剪,Slow Shear,施加正應(yīng)力,-,充分固結(jié),慢剪，保證無超靜孔壓,c,s,，,s,固結(jié)快剪,Consolidated Quick Shear,施加正應(yīng)力,-,充分固結(jié),快剪，在,3-

20、5,分鐘內(nèi)剪切壞,c,cq,，,cq,快剪,Quick Shear,施加正應(yīng)力后不固結(jié)，,立即快剪，,3-5,分鐘內(nèi)剪壞,c,q,，,q,直剪試驗類型和強(qiáng)度指標(biāo),試驗類型與強(qiáng)度指標(biāo),常規(guī)三軸壓縮試驗,類型,施加,3,施加,1,-,3,量測,強(qiáng)度指標(biāo),固結(jié)排水,CD,固結(jié),排水,體變,c,d,d,=(c,),固結(jié)不排水,CU,固結(jié),不排水,孔隙水壓力,c,cu,cu,c,不固結(jié)不排水,UU,不固結(jié),不排水,孔隙水壓力,c,u,u,試驗類型與強(qiáng)度指標(biāo),固結(jié)排水試驗,強(qiáng)度指標(biāo)：,c,d,d,= c, ,試驗條件,松砂與正常固結(jié)粘土試驗曲線與強(qiáng)度包線,密砂與超固結(jié)粘土試驗曲線與強(qiáng)度包線,超固結(jié)粘土與正

21、常固結(jié)粘土的強(qiáng)度包線,三軸試驗指標(biāo)與直剪試驗指標(biāo),應(yīng)優(yōu)先采用三軸試驗指標(biāo),應(yīng)按照不同土類和不同的固結(jié)排水條件，合理選用直剪試驗指標(biāo),砂土：,c, ,三軸,CD,試驗與直剪試驗（直剪偏大）,粘土：有效應(yīng)力指標(biāo)：三軸,CD,或,CU,試驗,總應(yīng)力指標(biāo)：三軸,CU,、,UU,試驗 或直剪,cq,、,q,試驗,土的強(qiáng)度指標(biāo)的工程應(yīng)用,排水條件不明確，但可以模擬實際工程問題,直剪試驗強(qiáng)度指標(biāo),對于砂土，三種試驗結(jié)果都接近于,c, ,對于粘性土，,慢剪：,c,s,c,，,s,， 一般強(qiáng)度指標(biāo)稍大，常乘系數(shù),0.9,固結(jié)快剪：,c,cq,c,cu,cq,cu,快剪：,對于,k10,-7,cm/s,的粘土,c

22、,q,c,u,q,u,（,4,）剪切方法使用的經(jīng)驗,Application experience of shear test methods,3.,強(qiáng)度指標(biāo)的應(yīng)用舉例,(,P150,表,6-8,),Application cases of shear strength parameters,不固結(jié)不排水剪（快剪）,c,u,、,u,（,c,q,、,q,）,粘土地基上快速施工的建筑物,軟土地基上的快速填方,土壩快速施工，心墻未固結(jié),固結(jié)不排水剪（固結(jié)快剪）,c,cu,、,cu,（,c,cq,、,cq,）,在天然土坡上快速填方,水位驟降,在,1,層固結(jié)后，施工,2,層,1,2,固結(jié)排水剪（慢剪）,c,cd,、,cd,（,c,s,、,s,）,粘土地基上慢速施工的建筑物,粘土地基上的分層慢速填方,穩(wěn)定滲流期的土壩,峰值強(qiáng)度指標(biāo)與殘余強(qiáng)度指標(biāo),土的強(qiáng)度指標(biāo)的工程應(yīng)用,峰值強(qiáng)度 ：一般問題,殘余強(qiáng)度,古舊滑坡,斷層夾泥,大變形問題,土的強(qiáng)度指標(biāo)的工程應(yīng)用,名稱,指標(biāo),應(yīng)用,不排水剪,(,快剪,),c,u,、,u,c,q,、,q,軟土地基,快速施工,固結(jié)不排水剪,(,固結(jié)快剪,),c,cu,、,cu,c,cq,、,cq,固結(jié)完成后,受突然荷載,固結(jié)排水剪,(,慢剪,),c,d,、,d,c,s,、,s,地基透水性強(qiáng),施工較慢或正常運行期,