《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》第六章土的抗剪強(qiáng)度.ppt

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2009 09 第六章土的抗剪強(qiáng)度 本章提要與學(xué)習(xí)目標(biāo)土的抗剪強(qiáng)度是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一 也是土力學(xué)的基本問題之一 它是土的工程性質(zhì)中最主要的組成部分 與工程建筑物的穩(wěn)定和正常使用關(guān)系極為密切 其指標(biāo)被工程設(shè)計(jì)直接采用 是地基設(shè)計(jì)及改良不可缺少的資科 2009 09 重點(diǎn)掌握庫(kù)侖定律 土的極限平衡條件 用直接剪切儀和三軸剪切儀測(cè)定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的方法及三軸試驗(yàn)成果的整理 解決實(shí)際工程中遇到的強(qiáng)度穩(wěn)定性問題 2009 09 第一節(jié)概述 實(shí)際工程當(dāng)中 土體的破壞通常都是剪切破壞 研究土的強(qiáng)度特性 就是研究土的抗剪強(qiáng)度特性 a 土坡穩(wěn)定性 b 擋土墻地基穩(wěn)定性 c 建筑物地基失穩(wěn) 2009 09 實(shí)例1 香港殘積土體滑坡1972年5 6月大暴雨 6月雨量竟高達(dá)1658 6mm 引起山坡殘積土軟化而滑動(dòng) 7月8日7點(diǎn)鐘 大滑坡發(fā)生 沖毀一幢高層建筑 寶城大廈 該大廈居住銀行界人士 死亡120人 因大樓之間間距太小 在寶城大廈倒塌時(shí) 砸壞鄰近一幢大廈的一角 引起西方震驚 對(duì)巖土工程倍加重視 2009 09 實(shí)例2 1963年10月9日晚10時(shí) 當(dāng)意大利瓦依昂水庫(kù)管理人員及水庫(kù)周圍的村民開始就寢時(shí) 人類歷史上一場(chǎng)罕見的水庫(kù)災(zāi)難降臨在這些無辜人的身上 晚10時(shí)29分 近3億方的巖體從庫(kù)區(qū)左岸托克山的一側(cè)滑進(jìn)了瓦依昂水庫(kù) 它沖向右岸 并填滿了整個(gè)水庫(kù) 產(chǎn)生的245m高的涌浪翻過276m高的雙曲拱壩 并沖向下游 席卷了下游五個(gè)村鎮(zhèn) 使2600人喪生 造成了數(shù)億美元的經(jīng)濟(jì)損失 2009 09 1 土的抗剪強(qiáng)度 是指土體抵抗剪切破壞的極限能力 其數(shù)值等于剪切破壞時(shí)滑動(dòng)面受的剪應(yīng)力 2 剪切面 剪切帶 土體剪切破壞是沿某一面發(fā)生與剪切方向一致的相對(duì)位移 這個(gè)面通常稱為剪切面 3 其物理意義 可以認(rèn)為是由顆粒間的內(nèi)摩阻力以及由膠結(jié)物和束縛水膜的分子引力所造成的粘聚力所組成 2009 09 4 決定土的抗剪強(qiáng)度因素很多 主要為 土體本身的性質(zhì) 土的組成 狀態(tài)和結(jié)構(gòu) 而這些性質(zhì)又與它形成環(huán)境和應(yīng)力歷史等因素有關(guān) 此外 還決定于它當(dāng)前所受的應(yīng)力狀態(tài) 5 土的抗剪強(qiáng)度主要依靠室內(nèi)經(jīng)驗(yàn)和原位測(cè)試確定 2009 09 第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度理論和極限平衡條件 一 庫(kù)侖定律 剪切定律 1773年法國(guó)學(xué)者庫(kù)侖 C A Coulomb 提出在法向應(yīng)力變化范圍不大時(shí) 抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系近似為一條直線 這就是抗剪強(qiáng)度的庫(kù)侖定律 無粘性土 粘性土 2009 09 將庫(kù)侖定律表示在坐標(biāo)系中為兩條直線 2009 09 庫(kù)侖定律說明 1 土的抗剪強(qiáng)度由土的內(nèi)摩擦力 tg 和內(nèi)聚力c兩部分組成 2 內(nèi)摩擦力與剪切面上的法向應(yīng)力成正比 其比值為土的內(nèi)摩擦系數(shù)tg 3 表征抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 土的內(nèi)摩擦角 和內(nèi)聚力c 2009 09 二 總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法總應(yīng)力法是用剪切面上的總應(yīng)力來表示土的抗剪強(qiáng)度 即 有效應(yīng)力法是用剪切面上的有效應(yīng)力來表示土的抗剪強(qiáng)度 即 2009 09 飽和土的抗剪強(qiáng)度與土受剪前在法向應(yīng)力作用下的固結(jié)度有關(guān) 而土只有在有效應(yīng)力作用下才能固結(jié) 有效應(yīng)力逐漸增加的過程 就是土的抗剪強(qiáng)度逐漸增加的過程 2009 09 總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法的優(yōu)缺點(diǎn) 1 總應(yīng)力法 優(yōu)點(diǎn) 操作簡(jiǎn)單 運(yùn)用方便 一般用直剪儀測(cè)定 缺點(diǎn) 不能反映地基土在實(shí)際固結(jié)情況下的抗剪強(qiáng)度 2 有效應(yīng)力法 優(yōu)點(diǎn) 理論上比較嚴(yán)格 能較好的反映抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì) 能檢驗(yàn)土體處于不同固結(jié)情況下的穩(wěn)定性 缺點(diǎn) 孔隙水壓力的正確測(cè)定比較困難 2009 09 抗剪強(qiáng)度機(jī)理 強(qiáng)度來源 粘性土的抗剪強(qiáng)度由內(nèi)摩擦力和粘聚力兩個(gè)部分組成 內(nèi)摩擦力 一般認(rèn)為包含這樣兩個(gè)部分 一是剪切面上顆粒與顆粒粗糙面產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦阻力 二是來自于顆粒之間嵌入或聯(lián)鎖作用產(chǎn)生的咬合摩擦阻力 滑動(dòng)摩擦阻力的大小與作用于粒間的有效法向應(yīng)力成正比 滑動(dòng)摩擦角的大小與顆粒的礦物成分有關(guān) 咬合摩擦阻力的大小與粒間有效法向應(yīng)力有密切的關(guān)系 當(dāng)土體發(fā)生剪切時(shí) 相互咬合的顆粒要發(fā)生相對(duì)移動(dòng) 必須首先向上抬起 才能跨越相鄰顆粒而移動(dòng) 土粒之間的有效法向應(yīng)力越大 土粒要上移就越困難 因而 土的抗剪強(qiáng)度隨剪切面上有效法向應(yīng)力的增加而增加 2009 09 粘聚力 一般認(rèn)為由三部分構(gòu)成 1 原始粘聚力 這是由于土粒間水膜與相鄰?fù)亮Ｖg的分子引力所形成的 當(dāng)土的天然狀態(tài)被破壞時(shí) 原始粘聚力的一部分將喪失 但當(dāng)土的密度恢復(fù)到初始狀態(tài)時(shí) 原始粘聚力隨之恢復(fù) 2 固化粘聚力 是由于土中化合物的膠結(jié)作用而形成的 天然結(jié)構(gòu)被破壞時(shí) 這部分粘聚力將喪失 而且在短時(shí)期內(nèi)不能恢復(fù) 3 毛細(xì)粘聚力 是由于 毛細(xì)作用形成的 對(duì)潔凈的干砂 粘聚力C 0 但是由于砂土中夾有粘土顆?；蛏巴撂幱诔睗駹顟B(tài) 因而有時(shí)也會(huì)有很小的粘聚力 2009 09 三 莫爾 庫(kù)侖破壞標(biāo)準(zhǔn) 一 莫爾 庫(kù)侖破壞理論 以庫(kù)侖公式作為抗剪強(qiáng)度公式 根據(jù)剪應(yīng)力是否達(dá)到抗剪強(qiáng)度作為剪切破壞標(biāo)準(zhǔn)的理論就稱為莫爾 庫(kù)侖破壞理論 二 莫爾 庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則 標(biāo)準(zhǔn) 研究莫爾 庫(kù)侖破壞理論如何直接用主應(yīng)力表示 這就是莫爾 庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則 也稱土的極限平衡條件 2009 09 土體內(nèi)一點(diǎn)處任意方向截面上應(yīng)力的集合 剪應(yīng)力 和法向應(yīng)力 斜面上的應(yīng)力 土中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 2009 09 A 土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述 莫爾圓可以表示土體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 莫爾圓圓周上各點(diǎn)的坐標(biāo)就表示該點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力 2009 09 2 土體極限平衡條件 如果土體的抗剪強(qiáng)度曲線和土中某點(diǎn)的應(yīng)力圓已知 可根據(jù)兩者在同一坐標(biāo)圖上的關(guān)系 確定該點(diǎn)所處的應(yīng)力狀態(tài)圖6 6 以判斷土體是否達(dá)到破壞 2009 09 應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離 強(qiáng)度線 應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切 應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割 極限應(yīng)力圓 f 彈性平衡狀態(tài) f 極限平衡狀態(tài) f 破壞狀態(tài) 2009 09 極限平衡條件 在極限平衡狀態(tài)下主應(yīng)力之間的關(guān)系 叫做極限平衡條件 c A O O 2009 09 莫爾 庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則 c A cctg 1 2 1 3 無粘性土 c 0 粘性土 2009 09 A B D O f極限平衡條件莫爾 庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則 極限應(yīng)力圓破壞應(yīng)力圓 剪切破壞面 2009 09 粘性土的極限平衡條件 1 3tg2 45 2 2ctg 45 2 3 1tg2 45 2 2ctg 45 2 2009 09 無粘性土的極限平衡條件 1 3tg2 45 2 3 1tg2 45 2 2009 09 土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí) 破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為 f 說明 剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面 而與最大剪應(yīng)力面成 2的夾角 因此 土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力 max所控制 2009 09 利用土中應(yīng)力圓和極限平衡的條件進(jìn)行以下土體破壞判斷 2009 09 相關(guān)考題 1 單元土體中破壞面上剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度時(shí) 該面一般為具有最大剪應(yīng)力的那個(gè)面 x 1 無粘性土的抗剪強(qiáng)度來源于 粘性土的抗剪強(qiáng)度來源于和 1 粘性土的極限平衡條件是 2 土體剪切破壞面與小主應(yīng)力面的夾角是 2009 09 相關(guān)考題 7 土的強(qiáng)度通常是指土的強(qiáng)度 8 一種粘性土含水量越大 其內(nèi)摩擦角越 2009 09 抗剪強(qiáng)度曲線與摩爾應(yīng)力圓在A點(diǎn)相切 表明A點(diǎn)所代表的平面的剪應(yīng)力 等于 達(dá)到 土的抗剪強(qiáng)度 f 即該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)狀態(tài) 2009 09 相關(guān)考題 1 試述影響土的抗剪強(qiáng)度的主要因素 6 土顆粒粗細(xì)與土內(nèi)摩擦角什么關(guān)系 7 簡(jiǎn)述土的密度和含水量對(duì)土的內(nèi)摩擦角與內(nèi)聚力的影響 8 土的孔隙水壓力對(duì)土的抗剪強(qiáng)度有何影響 2009 09 9 簡(jiǎn)述極限平衡狀態(tài)的概念 并說明什么是土的極限平衡條件 10 簡(jiǎn)述摩爾 庫(kù)侖強(qiáng)度理論的要點(diǎn) 12 土體發(fā)生剪切破壞的面是否是剪應(yīng)力最大的平面 一般情況下剪切破壞面與大主應(yīng)力面成什么角度 2009 09 第三節(jié)測(cè)定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn) 測(cè)定土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)分類 按試驗(yàn)儀器分 按控制方法分 三軸剪切試驗(yàn) 應(yīng)變控制式 應(yīng)力控制式 直接剪切試驗(yàn) 2009 09 的方法測(cè)定土抗剪強(qiáng)度 直接剪切試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn) 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切儀 2009 09 試驗(yàn)儀器 直剪儀 應(yīng)變控制式 應(yīng)力控制式 一 直接剪切試驗(yàn) 2009 09 應(yīng)變控制式直剪儀的試驗(yàn)原理 對(duì)同一種土至少取4個(gè)平行試樣 分別在不同垂直壓力 下剪切破壞 將試驗(yàn)結(jié)果繪制抗剪強(qiáng)度 f與相應(yīng)垂直壓力 的關(guān)系圖 2009 09 2009 09 剪切容器與應(yīng)力環(huán) 2009 09 2009 09 2009 09 在不同的垂直壓力 下進(jìn)行剪切試驗(yàn) 得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度 f 繪制 f 曲線 得該土的抗剪強(qiáng)度包線 2009 09 在法向應(yīng)力 作用下 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線 2009 09 快剪固結(jié)快剪慢剪 在直剪試驗(yàn)過程中 根據(jù)加荷速率的快慢可將試驗(yàn)劃分為 2009 09 直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單 試樣的制備和安裝方便 易于操作 缺點(diǎn) 剪切破壞面固定 且不一定是土樣的最薄弱面 不能嚴(yán)格控制排水條件 不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力 剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小 剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻 2009 09 一 抗剪強(qiáng)度包線 分別在不同的周圍壓力 3作用下進(jìn)行剪切 得到3 4個(gè)不同的破壞應(yīng)力圓 繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線 二 三軸壓縮試驗(yàn) c 2009 09 二 三軸剪切試驗(yàn) 試驗(yàn)儀器 應(yīng)變控制式三軸儀 壓力室 加壓系統(tǒng) 量測(cè)系統(tǒng)組成 常用 應(yīng)力控制式三軸儀 2009 09 試驗(yàn)步驟 2 施加周圍壓力 3 施加豎向壓力 1 裝樣 2009 09 三軸壓縮儀 2009 09 應(yīng)變控制式三軸儀 壓力室加壓系統(tǒng)量測(cè)系統(tǒng) 軸向加荷系統(tǒng) 2009 09 加壓和量測(cè)系統(tǒng) 2009 09 三軸剪力儀 2009 09 三軸試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 能控制排水條件 量測(cè)孔隙水壓力 試樣的應(yīng)力分布比較均勻 剪切破壞面為最薄弱面 缺點(diǎn) 試驗(yàn)儀器復(fù)雜 操作技術(shù)要求高 試樣制備較復(fù)雜 試驗(yàn)在 2 3的軸對(duì)稱條件下進(jìn)行 與土體實(shí)際受力情況可能不符 2009 09 2009 09 三 剪切試驗(yàn)中土的性狀 補(bǔ)充 l1粘性土的剪切性狀與特征粘性土的抗剪強(qiáng)度除受固結(jié)程度 排水條件影響外 還受應(yīng)力歷史的影響 1 不同剪切試驗(yàn)中粘性土的特征不固結(jié)不排水剪 unconsolidated undrainedsheartest 對(duì)飽和粘性土進(jìn)行不固結(jié)不排水剪試驗(yàn) 可得到圖5 2的結(jié)果 從圖中可見 雖然三個(gè)試樣的不等 但破壞時(shí)的主應(yīng)力差 即圖中莫爾圓的直徑相等 故破壞包線是一條水平線 2009 09 2 固結(jié)不排水剪 consolidated undrainedsheartest 正常固結(jié)和超固結(jié)試樣對(duì)土的固結(jié)不排水強(qiáng)度有很大影響正常固結(jié)飽和粘性土的試驗(yàn)結(jié)果見圖超固結(jié)土的固結(jié)不排水剪試驗(yàn)結(jié)果 2009 09 超固結(jié)土的固結(jié)不排水剪試驗(yàn) 當(dāng)試驗(yàn)固結(jié)壓力小于Pc時(shí) 為曲線 但可近似用直線ab代替 當(dāng)試驗(yàn)固結(jié)壓力大于Pc時(shí)是直線 說明試驗(yàn)進(jìn)入正常固結(jié)狀態(tài) bc線的延長(zhǎng)線也通過坐標(biāo)原點(diǎn) 對(duì)于超固結(jié)土 特別是高度超固結(jié)土 由于剪切時(shí)產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力 有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右側(cè) 在正常固結(jié)段 孔隙水壓力是正的 有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左側(cè) 有效應(yīng)力強(qiáng)度包線可取為一條直線 圖 2009 09 固結(jié)不排水剪的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 說明對(duì)正常固結(jié)試樣 試件剪切時(shí)體積要壓縮 但在不排水條件下 不允許體積有變化 為了抵消體積壓縮趨勢(shì) 孔隙水壓力將升高 以降低有效圍壓力 故產(chǎn)生正的孔隙水壓力 對(duì)高度超固結(jié)試樣 剪切時(shí)體積要膨脹 為了抵消膨脹 將產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力 因而使有效應(yīng)力增高 2009 09 強(qiáng)超固結(jié)土在受剪過程 強(qiáng)超固結(jié)土在受剪過程中體積有增大的趨勢(shì) 在不排水受剪時(shí) 其孔隙水壓力將減小 不正確 增大后減小 2009 09 3 固結(jié)排水剪 consolidated drainedsheartest 固結(jié)排水剪在剪切過程中 孔隙水壓力始終為零 所以總應(yīng)力強(qiáng)度線就是有效應(yīng)力強(qiáng)度線 正常固結(jié)土的強(qiáng)度線是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線 傾角用表示 如圖a所示 超固結(jié)土的強(qiáng)度線如圖b所示 當(dāng) 3Pc時(shí) 強(qiáng)度線是一條直線 其延長(zhǎng)線通過坐標(biāo)原點(diǎn) 呈現(xiàn)正常固結(jié)土的性狀 超固結(jié)土的強(qiáng)度線是非直線 但實(shí)用上近似用直線代替 直線在縱軸上的截矩以表示 2009 09 排水剪的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 說明超固結(jié)土具有峰值強(qiáng)度 peakstrength 如應(yīng)變進(jìn)一步增加 強(qiáng)度就削弱 并在大應(yīng)變下與正常固結(jié)土的強(qiáng)度趨近 從體積應(yīng)變看 在剪切過程中 正常固結(jié)土發(fā)生了收縮 而超固結(jié)土則是先壓縮 繼而又膨脹 2009 09 殘余抗剪強(qiáng)度 1 物理意義 土的剪應(yīng)力 剪應(yīng)變關(guān)系可分為兩種類型 一種是曲線平緩上升 沒有中間峰值 如松砂 另一種剪應(yīng)力 剪應(yīng)變曲線有明顯的中間峰值 在超越峰值后 剪應(yīng)變不斷增大 但抗剪強(qiáng)度卻下降 如密砂 在粘性土中 堅(jiān)硬的 超壓密的粘土的剪應(yīng)力 剪應(yīng)變曲線常呈現(xiàn)較大峰值 正常壓密土或軟粘土則不出現(xiàn)峰值 或有很小的峰值 2009 09 什么是殘余強(qiáng)度 如果土樣達(dá)到峰值強(qiáng)度后 繼續(xù)測(cè)量應(yīng)力 應(yīng)變 則測(cè)得的應(yīng)力值隨應(yīng)變發(fā)展逐漸降低 最后趨于一穩(wěn)定值 此時(shí)強(qiáng)度叫殘余強(qiáng)度 2009 09 超過峰值后 當(dāng)剪應(yīng)變相當(dāng)大時(shí) 抗剪強(qiáng)度不再變 此時(shí)穩(wěn)定的最小抗剪強(qiáng)度 稱為土的殘余抗剪強(qiáng)度 而峰值剪應(yīng)變則稱為峰值強(qiáng)度 2009 09 殘余抗剪強(qiáng)度以下式表達(dá) 在進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算或抗滑計(jì)算時(shí) 土抗剪強(qiáng)度的取值 一般需要考慮土的殘余抗剪強(qiáng)度 2 試驗(yàn)方法一般采用排水反復(fù)直接剪切試驗(yàn) 剪切速率應(yīng)低于0 02mm min 取土要求同上 2009 09 粘性土的殘余強(qiáng)度 residualstrength 補(bǔ)充 超固結(jié)土與正常固結(jié)土在剪切試驗(yàn)中具有和緊砂相似的應(yīng)力 應(yīng)變特征 即具有殘余強(qiáng)度 其特點(diǎn)與規(guī)律如下 1 粘性土的殘余強(qiáng)度與它的應(yīng)力歷史無關(guān) 對(duì)同一種土 超固結(jié)的與正常固結(jié)的 其殘余強(qiáng)度一樣 2 在大剪切位移下 超固結(jié)粘土的強(qiáng)度降低幅度比正常固結(jié)粘土大 3 殘余強(qiáng)度包線是通過原點(diǎn)的一條直線 即 0 該直線一般都位于正常固結(jié)粘土峰值強(qiáng)度包線以下 2009 09 大剪切位移粘土強(qiáng)度降低的機(jī)理與緊砂不同 表現(xiàn)在如下兩個(gè)方面 一是受剪過程中 原來凝聚排列的顆粒在剪切面附近形成片堆排列 即片狀顆粒與剪切面平行排列 二是吸著水層中 水分子的定向排列和陽(yáng)離子分布因受剪切而遭到破壞 從而降低了顆粒摩擦和咬合作用的結(jié)果 2009 09 研究土的殘余強(qiáng)度意義 對(duì)土坡穩(wěn)定性分析意義重大 如果土中某一點(diǎn)的剪應(yīng)力達(dá)到峰值后 該點(diǎn)強(qiáng)度將降低 并引起周圍區(qū)域的應(yīng)力增大 而逐漸達(dá)到峰值 于是破壞范圍逐漸發(fā)展 最后使整個(gè)土體產(chǎn)生滑動(dòng) 這就是所謂的 漸進(jìn)性破壞 對(duì)高度超固結(jié)的硬粘土斜坡 土內(nèi)常有張開或閉合的裂縫 有可能產(chǎn)生漸進(jìn)性破壞 使強(qiáng)度降低到接近殘余強(qiáng)度 因此 對(duì)這種土 穩(wěn)定分析應(yīng)采用殘余強(qiáng)度 校核剛停止活動(dòng)不久的滑坡穩(wěn)定性 也應(yīng)采用殘余強(qiáng)度 2009 09 砂土的殘余強(qiáng)度 緊砂在達(dá)到峰值強(qiáng)度之后 如果剪位移繼續(xù)增加 強(qiáng)度將減小 最后保持不變 并趨于松砂的強(qiáng)度 這一不變的強(qiáng)度就是殘余強(qiáng)度 見圖其原因被認(rèn)為是剪位移克服了顆粒之間的咬合作用之后 砂土結(jié)構(gòu)崩解變松的結(jié)果 2009 09 四 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)實(shí)際上是三軸壓縮試驗(yàn)的一種特殊情況 即周圍壓力的三軸試驗(yàn) 所以又稱單軸試驗(yàn) 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所使用的無側(cè)限壓力儀見圖6 9 a 所示 現(xiàn)在常利用三軸儀作該種試驗(yàn) 試驗(yàn)時(shí) 在不加任何側(cè)向壓力的情況下 對(duì)圓柱體試樣施加軸向壓力 直至試樣剪切破壞為止 2009 09 試樣破壞時(shí)的軸向壓力以qu表示 稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 由于周圍壓力為0 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果 只有一個(gè)極限應(yīng)力圓 難以得到破壞包絡(luò)線見圖6 9 b 2009 09 飽和粘性土的三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果表明 其破壞包絡(luò)線為一水平線 即 0 因此可以利用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu來得到飽和粘性土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 飽和粘土不固結(jié)不排水剪的強(qiáng)度線 總應(yīng)力 是一條水平線 T 2009 09 利用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)可以測(cè)定飽和粘性土的靈敏度St 土的靈敏度是以原狀土的強(qiáng)度與同一土經(jīng)重塑后 完全擾動(dòng) 但含水量不變 的強(qiáng)度之比來表示 即St qu qo式中qu 原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度kPa qo 重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度kPa 2009 09 土的靈敏度愈高 其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng) 受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈多 2009 09 五 十字板剪切試驗(yàn) 上述三種抗剪強(qiáng)度測(cè)試方法都是室內(nèi)測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的方法 這些試驗(yàn)方法都要求先取得原狀土樣 但試樣在采取 運(yùn)送 保存和制備過程中受到擾動(dòng) 難以保持土天然狀態(tài)含水量 特別對(duì)于高靈敏度的粘性土 利用室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果難以精確反映土的實(shí)際情況 十字板剪切試驗(yàn)是土抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法 該方法適合于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的原位不排水強(qiáng)度 特別適用于均勻的飽和軟粘土 它的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單 操作方便 試驗(yàn)時(shí)對(duì)土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)也較小 故在實(shí)際中廣泛得到應(yīng)用 2009 09 十字板剪切試驗(yàn)不需取原狀土樣 試驗(yàn)時(shí)的排水條件 受力狀態(tài)與土所處的天然狀態(tài)比較接近 對(duì)于很難取樣的土 如軟粘土 也可以進(jìn)行測(cè)試 十字板剪力儀構(gòu)造見圖6 10 2009 09 試驗(yàn)原理如下 試驗(yàn)時(shí)先將套管打到預(yù)定的深度 并將套管內(nèi)的土清除 將十字板裝在鉆桿的下端后 通過套管壓入土中 壓入深度約為750mm 然后由地面上的扭力設(shè)備對(duì)鉆桿施加扭矩 使埋在土中的十字板扭轉(zhuǎn) 直至土剪切破壞 破壞面為十字板旋轉(zhuǎn)所形成的圓柱面 設(shè)剪切破壞時(shí)所施加的扭矩為M 則它應(yīng)該與剪切破壞圓柱面 包括側(cè)面和上下面 上土的抗剪強(qiáng)度所產(chǎn)生的抵抗力矩相等 即 2009 09 2009 09 由十字板在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的土的抗剪強(qiáng)度 屬于不排水剪切的試驗(yàn)條件 因此其結(jié)果應(yīng)與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果接近 即 2009 09 相關(guān)考題 3 由十字板在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的飽和粘土的抗剪強(qiáng)度屬于的試驗(yàn)條件 1 下列各組土工試驗(yàn) 必須使用原狀土樣的是 d a含水量 塑限 液限和比重 b含水量 壓縮系數(shù)和比重 c最優(yōu)含水量 壓縮指數(shù)和內(nèi)摩擦角 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 壓縮模量和內(nèi)聚力 2009 09 2 對(duì)施工速度較快 而地基土的透水性差和排水條件不良時(shí) 可采用三軸儀的 a 結(jié)果計(jì)算抗剪強(qiáng)度 a不固結(jié)不排水試驗(yàn) b固結(jié)不排水試驗(yàn) c固結(jié)排水試驗(yàn) d不固結(jié)排水試驗(yàn) 2009 09 相關(guān)考題 2 試述三軸壓縮試驗(yàn)的原理 如何利用三軸壓縮試驗(yàn)求得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 3 說明在何種條件下采用排水剪 不固結(jié)不排水剪 固結(jié)不排水剪試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì) 13 采用直剪試驗(yàn)可確定土的抗剪強(qiáng)度 直剪試驗(yàn)有幾種方法 試驗(yàn)結(jié)果有何差別 14 扼要說明三軸不固結(jié)不排水剪 固結(jié)不排水剪 固結(jié)排水剪試驗(yàn)方法的區(qū)別 2009 09 一般情況下 土原始密度越大 其抗剪強(qiáng)度越高 2009 09 第四節(jié)影響土抗剪強(qiáng)度的因素 影響土抗剪強(qiáng)度的因素 土的礦物成分 顆粒形狀和級(jí)配的影響 含水量的影響 原始密度的影響 粘性土觸變性的影響 土的應(yīng)力歷史的影響 對(duì)粘性土來說 主要是礦物成分的影響 對(duì)砂性土來說 主要是顆粒的形狀 大小及級(jí)配的影響 隨含水量的增高土抗剪強(qiáng)度降低 一般情況下 土原始密度越大 其抗剪強(qiáng)度越高 粘性土觸變性可影響到土的抗剪強(qiáng)度 土體受力歷史不同 影響土體強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果 2009 09 例6 1 設(shè)粘性土地基中某點(diǎn)的主應(yīng)力 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 試問該點(diǎn)處于什么狀態(tài) 2009 09 故 可判定該點(diǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài) 2009 09 例6 3 在飽和狀態(tài)正常固結(jié)粘土上進(jìn)行固結(jié)不排水的三軸壓縮試驗(yàn) 得到如下值 當(dāng)側(cè)壓力 2 0kg cm2時(shí) 破壞時(shí)的應(yīng)力差kg cm2 孔隙水壓力 滑移面的方向和水平面成60 求這時(shí)滑移面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力和 另外 試驗(yàn)中的最大剪應(yīng)力及其方向怎樣呢 2009 09 關(guān)鍵概念土的抗剪強(qiáng)度概念 土抗剪強(qiáng)度理論 極限平衡條件表達(dá)式 土中一點(diǎn)最容易破壞的面與最大剪應(yīng)力面關(guān)系 土抗剪強(qiáng)度的測(cè)定 實(shí)際土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選定 2009 09 思考題 6 1各類建筑工程設(shè)計(jì)中 為了建筑物的安全可靠 要求建筑地基必須同時(shí)滿足哪些技術(shù)條件 6 2何謂抗剪強(qiáng)度 何謂極限平衡條件 6 3解釋土的內(nèi)摩擦角和粘聚力的含義 6 4直剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn) 6 5簡(jiǎn)述影響土抗剪強(qiáng)度的主要因素 6 6簡(jiǎn)述室內(nèi)確定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的基本方法及這些方法的特點(diǎn) 6 7土體中發(fā)生剪切破壞的平面為什么不是剪應(yīng)力值最大的平面 2009 09 計(jì)算題 6 1破壞面上的法向應(yīng)力為283kPa和剪應(yīng)力為127kPa以及試件中的最大剪應(yīng)力140kPa 6 2大主應(yīng)面成夾角 15 的斜面上的正應(yīng)力573kPa和剪應(yīng)力100kPa 2009 09 考點(diǎn)分析 1 土的抗剪強(qiáng)度與強(qiáng)度機(jī)理考點(diǎn)如下 1 土的抗剪強(qiáng)度的定義 2 抗剪強(qiáng)度的機(jī)理 強(qiáng)度來源 3 影響土的抗剪強(qiáng)度的因素 物理化學(xué)性質(zhì) 孔隙水壓力等 2009 09 2 土的極限平衡條件與摩爾 庫(kù)侖破壞理論考點(diǎn)如下 1 極限平衡狀態(tài)與極限平衡條件的概念 2 粘性土和無粘性土的極限平衡條件 3 摩爾 庫(kù)侖強(qiáng)度理論的要點(diǎn) 2009 09 莫爾 庫(kù)侖強(qiáng)度理論概要 1 土中某點(diǎn)任一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度時(shí) 這一點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài) 土的破壞就是土中剪應(yīng)力達(dá)到了土的抗剪強(qiáng)度所致 即 2 任一平面上的抗剪強(qiáng)度是該面上法向應(yīng)力的函數(shù) 隨剪切面上法向應(yīng)力大小而改變 即 3 同一種土可在不同應(yīng)力狀態(tài)下剪破 一組土樣極限應(yīng)力圓的公切線就是其強(qiáng)度包線 他一般是曲線 但在一定應(yīng)力范圍內(nèi)這一函數(shù)關(guān)系可用直線近似表示 即 4 破壞面不一定發(fā)生在最大剪應(yīng)力作用面 上 而是在法向應(yīng)力與剪應(yīng)力最不利組合面上 即于最大主應(yīng)力面的夾角為的面上 注意 該理論只是一種土的強(qiáng)度破壞理論 在各種強(qiáng)度理論中 莫爾理論最適合研究土的強(qiáng)度和穩(wěn)定 但該理論忽略了中主應(yīng)力的影響 2009 09 3 抗剪強(qiáng)度的測(cè)定方法考點(diǎn)如下 1 各種方法的優(yōu)缺點(diǎn) 2 三軸剪切試驗(yàn)試驗(yàn)類型的選擇 3 抗剪強(qiáng)度包線的確定 2009 09 5 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)考點(diǎn)如下 1 三軸試驗(yàn)時(shí)的正常固結(jié)試樣和超固結(jié)試樣與正常固結(jié)土和超固結(jié)土的異同 2 三種試驗(yàn)方法用于飽和軟粘土?xí)r 對(duì)正常固結(jié)情況和超固結(jié)情況典型結(jié)果 3 飽和粘性土在不同排水條件下測(cè)得的C 值大小比較 2009 09 6 剪切試驗(yàn)中土的性狀考點(diǎn)如下 1 臨界孔隙比 殘余強(qiáng)度 砂土液化的概念 2 密砂和松砂在剪切荷載作用下的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 3 粘性土殘余強(qiáng)度的特點(diǎn) 產(chǎn)生原因及研究意義 2009 09 thanks It snousetalkingalotwithoutdoing 光說不干是沒有用的