文档介绍：第7章土的抗剪强度
概述
土的抗剪强度和极限平衡条件
土的抗剪强度指标和抗剪强度的测定
饱和粘性土抗剪强度
无粘性土抗剪强度
抗剪强度的影响因素
概述
土是三相体,土的抗剪强度是指土体抵抗由于荷载作用产生的土颗粒间相互滑动而导致土体破坏的极限能力,也就是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。
土的破坏通常都是剪切破坏,这是因为土颗粒自身通常不易被压碎,而更容易在外力作用下产生相对滑移。当外荷载产生的剪应力超过土体自身的抗剪强度时,土体就会发生剪切破坏。
图7-1土坡失稳示意图
右图为一土坡失稳示意图。图中土体沿着AB滑动面产生滑动造成土坡失稳,是由于AB滑动面上土体的抗剪强度不足以抵抗其滑动力。
影响土的抗剪强度因素很多,包括有:土的组成成分、土体结构、应力历史、土体中应力大小、排水条件、加荷速率等。
(1) 土压力问题;
(2) 土坡稳定性问题;
(3) 地基承载力问题。
地基承载力大小、作用在挡土墙上的土压力大小、边坡稳定性等与土的抗剪强度有关。土的抗剪强度是土力学的重要组成部分。在工程实践中与土的抗剪强度有关的工程问题主要有三类:
学****土的抗剪强度,要掌握土的抗剪强度理论、土的抗剪强度和抗剪强度指标的关系、土的抗剪强度测定方法,更重要在工程分析中如何确定、选用土的抗剪强度。
概述
土的抗剪强度和极限平衡条件
(一)抗剪强度的库仑定律
土体发生剪切破坏时,将沿着其内部某一曲面(滑动面)产生相对滑动,而该滑动面上的剪应力就等于土的抗剪强度。
1776年,库伦(Cuolomb)根据试验结果,将土的抗剪强度表达为滑动面上法向应力的函数,即
对粘性土:
对无粘性土:
式中——土的抗剪强度,kPa;
C ——土的粘聚力,kPa;
——剪切滑动面上法向应力,kPa;
图7-2土的抗剪强度与法向应力之间的关系
土的抗剪强度和极限平衡条件
上式便称为库仑定律, 由此可知,粘性土的抗剪强度由内摩擦力和粘聚力二部分组成。一部分是与剪切面上作用的法向应力无关的抵抗颗粒间相互滑动的力,称为粘聚力。土的粘聚力主要来自土的结构性。砂土粘聚力常为零,所以又称为无粘性土。毛细压力也会引起粘聚力增加,但一般可忽略不计;另一部分是与剪切面上作用的法向应力有关的抵抗颗粒间相互滑动的力,称为摩阻力,通常与法向应力成正比例关系,其本质是摩擦力。摩擦力又可分为两种:一种是由颗粒表面产生的滑动摩擦力,一种是由颗粒相互咬合产生的咬合摩擦力。
土的抗剪强度和极限平衡条件
(二) 摩尔—库仑理论
1910年摩尔(Mohr)提出材料产生剪切破坏时,剪切面上的剪应力是该面上法向应力σ的函数,可记为
一般上式呈曲线关系,如右图所示,通常称为摩尔包线。实验证明,一般土体在应力变化范围不大时,摩尔包线可以用库仑强度公式来表示,即土的抗剪强度与法向应力成线性函数关系。通常将由库伦直线方程表示摩尔包线,根据剪应力是否达到抗剪强度作为破坏标准的的土体抗剪强度理论为摩尔-库伦(Mohr-Coulomb)强度理论。
图7-3 摩尔包线图
土的抗剪强度和极限平衡条件
(三)土的抗剪强度与抗剪强度指标
在式中,土的粘聚力c和内摩擦角常称为土的抗剪强度指标。土的抗剪强度常常需要应用抗剪强度指标来计算,对一种土,抗剪强度指标是常数。不能把土的抗剪强度与土的抗剪强度指标等同起来。由该式可知,当时,土的抗剪强度随剪切面上的法向应力增大而增大。对一种土,其抗剪强度是随土中应力高低而变化的。例如天然地基,由自重应力形成的初始应力场随着深度自重应力是增加的。对同层土,地基土的抗剪强度是随深度而增大的,但抗剪强度指标是常数。
根据有效应力原理,土中总应力等于有效应力和孔隙水压力之和。土的抗剪强度值与土中应力有关。土的抗剪强度可以用总应力表示,也可用有效应力表示。采用有效应力表达时,土的抗剪表达式为
土的抗剪强度和极限平衡条件
上式中
, ——土的抗剪强度有效应力强度指标;
, ——分别为作用在剪切面上的总应力和有效应力;
u——破坏时土体中孔隙水压力。
采用总应力表达时,土的抗剪强度表达式为
式中, ——土的抗剪强度总应力强度指标。
在土工分析中,采用有效应力分析时,应用土的有效应力强度指标,采用总应力分析时,应用土的总应力强度指标。
土的抗剪强度和极限平衡条件
(四)土的强度理论——极限平衡理论
设土体中某一单元上作用着大、小主应力分别为和,则在土体内与大主应力作用面成任意角的平面上的正应力和剪应力可以用大、小主应力来表示
图7-4 土体达到极限平衡状态的摩尔圆图
土的抗剪强度和极限平衡条件