土的抗剪强度

土力学第五章土的抗剪强度第一节概述一、概念土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。土体破坏时的应力组合关系称为破坏准则。第五章第1页/共30页土力学二、土的抗剪强度机理1、摩擦强度（摩擦力）包括滑动摩擦和咬合摩擦滑动摩擦由颗粒间接触面粗糙不平所引起。咬合摩擦是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用。•摩擦强度的影响因素有：•颗粒形状、矿物成分、粒径级配、密度等。2、粘聚强度（粘聚力）•取决于土粒间的各种•胶结作用和静电引力。第五章第2页/共30页土力学第二节土的抗剪强度理论一、屈服与破坏•产生塑性变形的现象称为屈服。•开始引起屈服的应力状态称为屈服条件。•屈服点对应的应力为屈服应力。•与理想塑性材料不同，土的塑性应变增加了土对继续变形的阻力，屈服点位置随应力增加而提高。这种现象称为应变硬化（加工硬化）。•到达峰值点后，随应变继续增大应力反而下降，强度随应变增加而降低，称为应变软化（加工软化。）第五章第3页/共30页土力学相当于峰值点的强度称为峰值强度。相当于应变很大、应力衰减至恒定值时的强度称为残余强度。不论是峰值强度还是残余强度，都不是一个固定不变的数值，而是与土的应力状态有关。这是土区别于其它材料的重要特点之一。第五章第4页/共30页土力学二、库伦（Coulomb）公式（1773）•砂土:τf=σtg•粘性土:τf=c+σtg•式中：c和φ为抗剪强度指标(抗剪强度参数)•c-土的粘聚力-土的内摩擦角•用有效应力表达•τf=c´+σ´tgφ´=c´+（σ-u）tgφ´第五章第5页/共30页土力学三、莫尔-库伦强度理论（1910）莫尔认为材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点破坏，并提出破坏面上的剪应力是该面上法向应力的函数，即)(ff这个函数在f—坐标中是一条曲线，称为莫尔包线（或称为抗剪强度包线）第五章第6页/共30页土力学极限平衡状态：土单元体中某一个面上的τ=τf的临界状态。极限平衡条件：土体中某点处于极限平衡状态时的应力条件。（τ=τf，土的剪切破坏条件）=fM第五章第7页/共30页土力学2sin212cos2121mn313131平面上的应力解根据隔离体上静力平衡)0,21(213131圆心：半径莫尔应力圆的（一）土中一点的应力状态第五章第8页/共30页土力学抗剪强度包线与莫尔应力圆之间的关系有三种：•（1）整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方•（2）莫尔圆与抗剪强度包线相切（切点为A）•（3）莫尔圆与抗剪强度包线相割I.II.III.Ac莫尔圆与抗剪强度之间的关系第五章第9页/共30页土力学2452245sin)](21[21sin2313131tgctgctgcRDAD）（即：（二）莫尔—库伦破坏准则根据Mohr-Coulomb破坏理论，破坏时的Mohr应力圆必定与破坏包线相切。切点所代表的平面满足τ=τf的条件，该点处于极限平衡状态。第五章第10页/共30页土力学ctgc2sin3131或：也叫破裂角。之间的夹角为：破坏面与最大主应力ff24512452245213tgctg同理可推：第五章第11页/共30页土力学（三）Mohr-Coulomb破坏理论的要点①剪切破裂面上，土体的抗剪强度是法向应力的函数τf=f（σ）②当法向应力不大时，该函数可以简化为线性函数关系，用Coulomb公式来表示τf=c+σtgφ③土单元体的任何一个面上τ=τf时，就会发生剪切破坏。此时土单元体的应力状态满足极限平衡条件。第五章第12页/共30页土力学四极限平衡条件的应用已知土内一点M的主应力σ1m和σ3m,以及土的内摩擦角C、φ，可以判断该点土体是否破坏。稳定状态＜极限平衡剪切破坏＞对于无粘性土sin1mm31311mmmmmm31m1m3m第五章第13页/共30页土力学稳定状态＜极限平衡剪切破坏＞剪切破坏＜极限平衡稳定状态＞245.3245.2333333213111111231mmmmmmmmtgtg311m3m第五章第14页/共30页土力学稳定状态＜极限平衡剪切破坏＞剪切破坏＜极限平衡稳定状态＞对于粘性土：2452c-245.22452c245.1333333213111111231mmmmmmmmtgtg311m3mc0第五章第15页/共30页土力学第三节土的抗剪强度试验方法一、直剪试验•应变控制式和应力控制式第五章第16页/共30页土力学峰值强度与残余强度第五章第17页/共30页土力学•直剪试验根据排水条件可分为：快剪、固结快剪和慢剪．•优点：直接剪切仪构造简单，操作方便等•缺点：①限定的剪切面；②剪切面上剪应力分布不均匀；③在计算抗剪强度时按土样的原截面积计算的；④试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。第五章第18页/共30页土力学二、三轴试验第五章第19页/共30页土力学333331=3+11=3+1三轴试验原理第五章第20页/共30页土力学按剪切前的固结程度和剪切过程中的排水条件三轴试验可分为三种类型：1、不固结不排水试验（UU）2、固结不排水试验（CU）3、固结排水试验（CD）三轴试验类型第五章第21页/共30页土力学三轴压缩实验优缺点优点：（1）可严格控制排水条件（2）可量测孔隙水压力（3）破裂面在最软弱处缺点：（1）2=3，轴对称（2）实验比较复杂第五章第22页/共30页土力学三、真三轴试验第五章第23页/共30页土力学四、无侧限抗压强度试验•试验时围压σ3=0（无侧限），试样在轴向压力下产生剪切破坏。•破坏时的轴向压力称为无侧限抗压强度，以qu表示。不排水抗剪强度uuufcqc2第五章第24页/共30页土力学五、十字板剪切试验2322ufufqDHDMc第五章第25页/共30页土力学第四节饱和粘性土的抗剪强度一、不固结不排水抗剪强度31210ufuc以抗剪强度不变。应力相等，所样在剪切破坏前的有效有效应力的变化，各试引起土体中的水压力的变化，而不会压力增量只会引起孔隙，改变周围土体孔隙水压力系数在不排水条件下，饱和1313131Buuff第五章第26页/共30页土力学二、固结不排水抗剪强度0点说明未受任何固结压力的土，它不具有抗剪强度。有效应力圆直径与总应力圆直径相等。第五章第27页/共30页土力学三、固结排水抗剪强度•在整个试验过程中，孔隙水压力始终为0，总应力等于有效应力，所以总应力圆就是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。第五章第28页/共30页土力学四、抗剪强度指标的选择•粘性土的抗剪强度与剪切条件、试验条件、试验方法等有关，总应力分析法用总应力抗剪强度；有效应力分析法用有效应力抗剪强度。第五章第29页/共30页土力学第五章第30页/共30页