重庆大学土木工程学院土力学第5章Word格式文档下载.docx

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土体强度破坏的机理：

在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪剪切破坏。

切破坏。

工程背景工程背景工程背景工程背景1.建筑物地基承载力问题建筑物地基承载力问题基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形甚至倾覆。

变形甚至倾覆。

建筑物地基承载力问题（图4）2.构筑物环境的安全性问题即土压力问题构筑物环境的安全性问题即土压力问题挡土墙、基坑等工程中，墙后土体强度破坏将造成过大的侧向土挡土墙、基坑等工程中，墙后土体强度破坏将造成过大的侧向土压力，导致墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故。

压力，导致墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故。

3.土土工工构构筑筑物物的的稳稳定定性性问问题题3.土工构筑物的稳定性问题土工构筑物的稳定性问题土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等，在超载、渗流乃至暴雨土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等，在超载、渗流乃至暴雨作用下引起土体强度破坏后将产生整体失稳边坡滑坡等事故。

作用下引起土体强度破坏后将产生整体失稳边坡滑坡等事故。

一、土的强度特点一、土的强度特点二、土的强度的机理二、土的强度的机理三、摩尔三、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论5.25.2土体破坏准则与土的强度理论土体破坏准则与土的强度理论一、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，而是颗粒间相互作用强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；

主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；

2.2.三相体系：

三相体系：

三相承受与传递荷载有效应力原理；

3.3.自然变异性：

自然变异性：

土的强度的结构性与复杂性。

二、土的强度的机理二、土的强度的机理直剪试验直剪试验库仑（库仑（17761776）试验原理试验原理施加（=P/A），S量测（=T/A）上盒上盒下盒下盒PST=100KPaSA直剪试验直剪试验库仑（库仑（17761776）试验原理试验原理试验结果试验结果=100KPaS=200KPa=300KPa二、土的强度的机理二、土的强度的机理PSTAOctanfctsf=+cc粘聚力内摩擦角=100KPaS=200KPa=300KPa直剪试验直剪试验库仑（库仑（17761776）试验原理试验原理试验结果试验结果二二、土的强度的机理、土的强度的机理库仑公式：

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滑动摩擦滑动摩擦二二、土的强度的机理、土的强度的机理1.1.摩擦强度摩擦强度tgtg（11）滑动摩擦）滑动摩擦（22）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二二、土的强度的机理、土的强度的机理1.1.摩擦强度摩擦强度tgtg（3）颗粒的破碎与重排）颗粒的破碎与重排列列滑动摩擦NT颗粒破碎与重排列颗粒破碎与重排列二二、土的强度的机理、土的强度的机理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对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角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：

二、土的强度的机理二、土的强度的机理1.1.摩擦强度摩擦强度tgtg粘聚强度机理静电引力（库仑力）静电引力（库仑力）范德华力范德华力颗粒间胶结颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）假粘聚力（毛细力等）粘聚强度影响因素地质历史地质历史粘土颗粒矿物成分粘土颗粒矿物成分密度密度离子价与离子浓度离子价与离子浓度-+二二、土的强度的机理、土的强度的机理2.2.凝聚强度凝聚强度三、摩尔三、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PSTAtanfctsf=+cc粘聚力内摩擦角f：

粘聚强度粘聚强度-与所受压力无关与所受压力无关三、摩尔三、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zxyxyyzzxxyxyyzzxxzzyyxz=ijzxzxxzxxzz=ij三维应力状态三维应力状态xz三、摩尔三、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xzxzzxxzxzzx莫尔圆应力分析符号规定莫尔圆应力分析符号规定材料力学材料力学+-+-土力学土力学正应力正应力剪应力剪应力拉为正拉为正压为负压为负顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负压为正压为正拉为负拉为负逆时针为正逆时针为正顺时针为负顺时针为负三、摩尔三、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Oz+zx-xzx213rR222xzxzrsst-骣=+琪桫2xzRss+=1Rrs=+3Rrs=-zxzxxz+-1三、摩尔三、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：

半径：

zz按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转xx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：

圆周上一点代表一个面上的两个应力周上一点代表一个面上的两个应力与与3.3.极限平衡应力状态极限平衡应力状态三、摩尔三、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论极限平衡应力状态：

极限平衡应力状态：

有一对面上的应力状态达到有一对面上的应力状态达到=ff土的强度包线：

土的强度包线：

所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线。

f3.3.极限平衡应力状态极限平衡应力状态三、摩尔三、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论f强度包线以内：

强度包线以内：

下任何一个下任何一个面上的一对应力面上的一对应力与与都没有都没有达到破坏包线，不破坏；

达到破坏包线，不破坏；

与破坏包线相切：

有一个面有一个面上的应力达到破坏；

上的应力达到破坏；

与破坏包线相交：

有一些平有一些平面上的应力超过强度；

不可能面上的应力超过强度；

不可能发生。

发生。

4.4.莫尔库仑强度理论莫尔库仑强度理论（11）土单元的某一个平面上的抗剪强度）土单元的某一个平面上的抗剪强度ff是该面上作用是该面上作用的法向应力的法向应力的单值函数的单值函数,ff=f（=f（）（莫尔：

（莫尔：

19001900年）年）（22）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似ff=cc+tgtg（33）某土单元的任一个平面上）某土单元的任一个平面上=ff，该单元就达到了，该单元就达到了极限平衡应力状态极限平衡应力状态三、摩尔三、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论4.4.莫尔库仑强度理论莫尔库仑强度理论三、摩尔三、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论莫尔莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件库仑强度理论表达式极限平衡条件131313132sin2ctgctg2ccssssfssssff-=+1f313ctg2cssf+tanfctsf=+Oc132ss-4.4.莫尔库仑强度理论莫尔库仑强度理论三三、摩尔、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论莫尔莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件库仑强度理论表达式极限平衡条件213231452tg4522452tg4522fftgctgcffssffss骣骣=+装+琪琪桫桫骣骣=-装-琪琪桫桫1f313ctg2cssf+tanfctsf=+Oc132ss-213452tg4522ftgcffss骣骣=+装+琪琪桫桫根据应力状态计算出大小主应力1、3221,3422xzxzxzssssst+-骣=琪桫判断破坏可能性由3计算1f比较1与1f11f破坏状态破坏状态Oc1f3115.5.破坏判断方法破坏判断方法三三、摩尔、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论判别对象：

土体微小单元（一点）判别对象：

土体微小单元（一点）33=常数：

常数：

根据应力状态计算出大小主应力1、3221,3422xzxzxzssssst+-骣=琪桫判断破坏可能性231452tg4522ftgcffss骣骣=-装-琪琪桫桫由1计算3f比较3与3f33f弹性平衡状态弹性平衡状态3=3f极限平衡状态极限平衡状态3安全安全状态状态=极限平衡状态极限平衡状态1/3A1/3剪切过程中发生剪胀：

剪切过程中发生剪胀：

A1/3（A1/3（甚至可能甚至可能A0A0，u0ucaca0qp用若干点的最小二乘法确定用若干点的最小二乘法确定a和和然后计算强度指标然后计算强度指标c和和a确定强度指标确定强度指标三、强度包线与破坏主应力线三、强度包线与破坏主应力线总应力与有效应力状态有效应力原理有效应力原理典型三轴试验典型三轴试验孔隙水压力计算孔隙水压力计算uss=-O13333（13）u（）313uBABsssD=D+D-D1331固结不排水三轴试验四、总应力路径与有效应力路径四、总应力路径与有效应力路径总应力与有效应力路径关系关系O（13）u1331（）（）（）131313111222puuupussssss=+=-+-=+-=-（）（）（）131313111222quuqssssss=-=-+=-=四、总应力路径与有效应力路径四、总应力路径与有效应力路径总应力与有效应力路径关系关系三轴试验总应力路径三轴试验总应力路径三轴固结不排水试验有效应力路径三轴固结不排水试验有效应力路径A=const松砂或正常固结粘土（A1/3）密砂或超固结粘土（A1