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土力学第5章剪切
第五章土的抗剪强度
§5-1抗剪强度
地基的发生剪切破坏现象:
②地基强度破坏「^3
抗剪强度表达式
抗剪强度指标的室测试
抗剪强度指标的现场测试
影响抗剪强度的因素分析
粘性土)
砂性土)
、库仑抗剪强度表达式
1)总应力表示法:
tf=atg©+C
tf=atg©
其中Tf――土的抗剪强度值
(T――土中剪切面上法向总应力(b=(X,+U)
©——內摩擦角
c內聚力(粘聚力)
2)有效应力表示法:
tf=c'tg'c'(粘性土)
tf=c'tg<\>'(砂性土)
其中c'——土中剪切面上法向有效应力(『二c-u)
0'——有效內摩擦角
c'——有效內聚力
从上述表达式可以看出,土体的抗剪
强度不是一个定值;它与C、0、c有关
分析表达式
之间的关系,可以看出两者有着相似之
抗剪强度来源于:
a)颗粒间的摩擦力、咬合力;b)颗粒间的电分子引力、胶结力二、抗剪强度指标的室测试
土的室抗剪强度测定,即测出土的
两项强度指标
c、©
试验原理:
T
16i
、影响抗剪强度的因素分析
a)土体的基本物理性质,如松密程度、含水量大小、颗粒粗细及其矿物成分等;
b)土中的应力大小影响;
c)加荷过程中的加荷速率、排水固结程度等等;
d)应力路径。
§5-2强度理论
(1)
土中的应力状态:
空间一点应力状态
三个正应力(Tz、
三个剪应力Txz、
(2)平面状态应力
(Ty、(Tx、
Txy>Txy
(3)平面状态的主应力表示
(T1——大主应力
(T3小主应力
(4)应力的摩尔圆表示法
注意应力圆与一点应力状态的相互关系
与主应力c1作用面成a角度斜面上的
应力为
13
13cos2
2
2
1
3
sin2
用摩尔圆表示即A点的坐标。
当a=45°,t=tmax=(c1-d3)/2
二.极限平衡条件:
当土中某点某一面上的T=Tf,即土中该
点在该面上达到极限平衡状态
(1)极限状态的表达式:
通常认为地面水平,该面上无剪力,土
体在其自重应力作用下,b1=bcz
1=Yz
仁1
—><—
问题是,当@1、63处于何种关系时,该点剪切破坏?
若沿mn面剪切破坏,
tf=atg$+C
由剪切破坏准则T=Tf,
得到:
i3tg2(452)2ctg(452)
3itg2(452)2ctg(45?
)
上式即极限平衡条件,用极限应力圆表
极限应力圆与抗剪强度直线相切,其切点对应为土体的破坏面位置,由上图可知破坏面与大主应力作用面成
45°+012
(2)例题1
已知土中某点的应力为:
ai=420kPaa
问:
(1)土体该点是否剪切破坏?
(2)是否会沿剪应力最大的面剪切
破坏?
解答问题方法有几条。
1)可用几何作图法,看看应力圆是否与抗剪强度直线相切,以此判断是否达到极限平衡。
2)可套用极限平衡条件,
当c仁420kPa时,满足极限平衡状态时
的小主应力为:
c3f=citg2(45°-©/2)-2ctg(45°
=420*tg235°-2*18*tg35°
=180.7kPa,大于给定值180kPa,
已经剪切破坏。
3)最危险破坏面的正应力@、剪应力T是否达到T》Tf,
4)a=(a1+a3)12+(a仁a3)C0S2
/2
t=(a1-a3)Sin2a/2
tf=atg$+C
看看T与Tf的关系,来判断是否剪切破
坏。
例题2,已知土样3=180kPa,土的抗剪强度指标为:
C=15kPa©=10°,问当
(T仁?
时,土样剪切破坏?
问题在于要找出c1,使得1与3组
成的应力圆为极限应力圆,解答方法可不同,但结论一样。
§5-3抗剪强度试验原理根据已经做过的剪切试验和中的试验步骤介绍,我们已经对直剪试验、无侧限抗压强度试验的试验原理、试验方法有了掌握、了解。
一、下面介绍三轴剪切试验的原理:
取圆柱形土样三到四个,分别施加不同的周围压力c3,发生固结。
再施加竖向压力
每一组试件均可以得到一个极限应力圆,通过这些应力圆作一条公切线一一
即为抗剪强度直线,从直线上量取强度指标C、巾。
二、无侧限抗压强度试验测定的指标:
qu无侧限抗压强度,由试验测得。
St——灵敏度,反映软粘土由于受扰动而强度降低的特性。
St=原状土无侧限抗压强度/重塑土无侧限抗压强度工程上根据灵敏度判断土的结构性强弱:
1vSt<2为低灵敏度土
2vSt<4为中灵敏度土
St>4为高灵敏度土
Cu――软土不排水剪强度,Cu=qu/2
三、不同排水条件下的强度指标
(1)不固结不排水剪(快剪)一一试验土样为原状土,不经过固结,剪切时几乎不排水;
(2)固结不排水剪(固结快剪)一一试验土样为原状土,但经过固结(固结的荷载为剪切时的竖向压力),而剪切时几乎不排水;
(3)固结排水剪(慢剪)一一试验土样为
•••
原状土,剪切前经过固结(固结的荷载为剪切时的竖向压力),剪切时能够充分排水,使土样的孔隙水压始终为零。
••••••••
根据已经做过的两种试验进行对比:
可以根据一种土样的快剪、固结快剪试验结果进行比较,抗剪强度指标有何区别?
针对某一工程场地土,如何根据其渗透性大小、现场排水条件,选择合适的剪切试验条件?
一般情况下,当软粘土层厚较大,施工工期又短时,该土的强度指标宜采用快剪试验测得;而当粘土层较薄,或有砂土夹层,或施工工期相对较长时,一般采用固结快剪试验成果。
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