-
-
+
-
22
抗剪强度的构成因素
库伦公式
f c tg
主要来源于黏聚力
粘性土抗剪强度构成 其次内摩擦力 无粘性土抗剪强度： 来源于土的内摩擦力 颗粒之间表面摩擦力； 内摩擦力 颗粒之间的相互嵌入和互锁作用产生的咬合力。
23
①土颗粒的矿物成分、形状、粒径及表面粗糙程度
②原始密度 土度 的影 抗响 剪因 强素 ③天然含水量 ④土的结构扰动情况 ⑤有效应力大小 ⑥试验条件 ⑦应力历史
4
二、工程中土体的破坏类型 1. 挡土结构物的破坏
美国某桥头挡土墙破坏（2003年9月10日）
5
二、工程中土体的破坏类型 1. 挡土结构物的破坏
广州京光广场基坑塌方
使基坑旁办公室、民
工宿舍和仓库倒塌，
死3人，伤17人。
6
二、工程中土体的破坏类型 1. 挡土结构物的破坏
7
二、工程中土体的破坏类型 1. 挡土结构物的破坏
粘土地基上的某谷仓地基破坏
13
二、工程中土体的破坏类型 3. 地基的破坏
p
滑裂面
地基
14
二、工程中土体的破坏类型

土压力 边坡稳定 地基承载力

挡土结构物破坏 各种类型的滑坡




地基的破坏
核心 强度理论
15
§5.2 土的抗剪强度理论
16
土的强度机理
1、库伦公式及抗剪强度指标（库仑 1776）
24
5.3 土中一点的应力极限平衡条件
1. 应力状态与莫尔圆 2. 极限平衡应力状态
3. 莫尔-库仑强度理论
4. 破坏判断方法 5. 滑裂面的位置
25
P
A
库仑公式
S
T
f c tan
固定滑裂面
一般应力状态，如何判断是否破坏？ 借助于莫尔圆
26
1. 应力状态与莫尔圆
三维应力状态
2

1 3
2
f c tan

c O
3
1

c ctg
1 3
2
35
4. 破坏判断方法
3= 常数：
判别对象：土体微小单元（一点） 已知条件：一般应力状态、抗剪强度指标
1,3
x z
2
z 2 x xz 2
O 3 3f
c
3
3 f 1 tan 2 45 2c tan 45 2 2

37
5. 滑裂面的位置
45°＋/2
1f
与大主应力面夹角： α=45 + /2
3
破裂面

f c tan

2
2 90
极限平衡应力状态： 有剪切面上的应力状态达到 = f
土的强度包线：
所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线。

f

30
2. 极限平衡应力状态
•强度包线以内：任何一个面

f
上的一对应力与 都没有达
到破坏包线，不破坏； •与破坏包线相切：该面上的
应力达到破坏状态；

•与破坏包线相交：有一些平 面上的应力超过强度；不可能

粘聚强度
库仑公式
f c tan
c： 粘聚力 ：内摩擦角
c O

抗剪强度指标
一、 直剪试验 试验目的
直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用4 个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切， 测得剪切破坏时的剪应力τ。然后根据库仑定律确定土的抗剪强 度指标：内摩擦角φ和粘聚力c。
z
二维应力状态
zx
y yz
zx
z x
xy
x
xz
x xz ij = zx z
27
x xy xz ij = yx y yz zx zy z
莫尔圆应力分析符号规定
zx
材料力学
z +
正应力
剪应力
-
xz zx
一、 直剪试验
4．进行剪切：施加垂直压力后，立即拔出固定销钉，开动秒表，以每分钟
6转的均匀速率旋转手轮。使试样在3-5分钟内剪破。如测力计中的量表指 针不再前进，或有显著后退，表示试样已经被剪破。手轮每转一圈，同时
测记测力计量表读数，直到试样剪破为止。
5．拆卸试样：剪切结束后，倒转手轮，尽快移去垂直压力、框架、上盖板， 取出试样。
试样的环刀平口向下，对准剪切盒，再放上透水石，将试样徐徐推入剪切盒 内，移去环刀。
3.施加垂直压力：转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，调整测力
计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。每组四个试样，分别 在四种不同的垂直压力下进行剪切。在教学上，可取四个垂直压力分别为 100、200、300、400kPa。
试验方法 施加 σ（=P/A） 施加 S
P

σ = 300KPa σ = 200KPa σ = 100KPa
量测 （=T/A）
S
上盒
A
S
下盒
T
17
1. 直剪试验
试验结果

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
σ = 300KPa σ = 200KPa σ = 100KPa
f ：
土的抗剪强度
tan：
摩擦强度－与正应力成正比 c：
2
根据应力状态计算出 大小主应力σ1、σ3
判断破坏可能性 σ1<σ1f 安全状态 σ1=σ1f 极限平衡状态 σ1>σ1f 不可能状态
1 f 3 tan 45 2c tan 45 2 2
2

由σ3计算σ1f 比较σ1与σ1f
c


强度问题 变形问题 渗透问题
土 强度特性 变形特性 渗透特性
土力学可以解决工程实践问题，这正是 土力学存在的价值以及我们学习土力学 的目的。
2
§5 土的抗剪强度
§5.1 概述 抗剪阻力：土体具有抵抗剪切的潜在能力。 定义：土体抵抗外荷载所产生的极限抗剪阻力。
3
一、土的强度特点
1. 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—主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘 聚力与摩擦力； 2. 三相体系：三相承受与传递荷载—有效应力原理； 3. 自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。
32
摩尔—库仑强度理论 基本概念
最大剪应力理论 材料的剪切破坏主要是由于土中某 一截面上的剪应力达到极限值所致， 但材料达到破坏时的抗剪强度也与 该截面上的正应力有关。 当土中某点的剪应力小 于土的抗剪强度时，土 体不会发生剪切破坏。 当土中剪应力等于土的抗 剪强度时，土体式处于极 限平衡
土体的稳定状态
试验方法 快剪：在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。 固结快剪：在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后， 快速施加水平剪应力。 慢剪：在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试 样排水固结。
一、 直剪试验 仪器设备
（1）应变控制式直剪仪：剪切盒、垂直加压框架、测力计、推动机构等； （2）位移计（百分表）：量程5~10mm,分度值0.01mm；
1f
c
O
3
2
38
作业：P134 5-2 P134 5-4
本周五之前交作业！
39
§5.4 抗剪强度测定试验
三轴试验、直剪试验、无侧限抗压等 制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复
室内试验
野外试验
十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验 缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度
极限平衡状态
破坏状态
当土中剪应力大于土的抗剪强度 33 时理论上属于破坏状态（实际上 这种应力状态根本不存在）
3. 莫尔—库仑强度理论
莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件
1 3
sin
1 3
2

2 c ctg

1 3 1 3 2c ctg
土力学包括哪些内容？
基础与主线
预 备
渗透特性 变形特性 强度特性
第一章土的物理性质和工程分类
第二章土的渗透性和渗流问题
第三章土体中的应力计算
第四章土的变形特性和地基沉降计算 第五章土的抗剪强度
土压力 边坡稳定 地基承载力 地基基础工程 高等土力学 土动力学与土工抗震工程 岩土灾害
具体 应用
1
土工结构物或地基
对于：砂土>粘性土； 高岭石>伊里石>蒙特石
• 颗粒的形状（颗粒的棱角与长宽比）
在其它条件相同时： 一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角
21
3、粘聚强度


粘聚强度机理
静电引力（库仑力） 范德华力 颗粒间胶结 假粘聚力（毛细力等）


粘聚强度影响因素
地质历史 粘土颗粒矿物成分 密度 离子价与离子浓度
土力学
x
拉为正 压为负
顺时针为正 逆时针为负
z
+
xz
x
压为正 拉为负
逆时针为正 顺时针为负
28
+ zx
z

1
+zx

r 2
x
O -xz
3 x
z 1

xz
p 圆心： p ( x z ) / 2 半径： r
2 ( x z ) / 2 xz 2