土壤力學導論–jrlai/ce8331/sm04.pdf · 1 5 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 1 department...
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土壤力學導論–土壤之剪力強度
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目 錄
土壤剪力強度之重要性
土壤之破壞理論
有效應力之觀念
土壤剪力強度參數之測定方式
第四次練習
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土體之破壞模式
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摩爾庫倫破壞準則
φστ tannf c +=
''' tanφστ nf c +=
σ1
σ3
σn
τf
總應力
有效應力
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摩爾圓
( ) ( ) θσσσσσ 2cos21
21
3131 −++=n ( ) θσστ 2sin21
31 −=n
(σn, τn)
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土壤剪力強度參數之測定方式
直接剪力試驗 (Direct Shear Test)三軸試驗 (Triaxial Test)簡單直剪試驗 (Simple Shear Test)扭剪試驗 (Torsional Shear Test)中空圓柱試驗 (Hollow Cylinder Test)真三軸試驗 (True Triaxial Test)
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直剪試驗—試驗儀器
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直剪試驗—應力-應變曲線
AN
=σ
N
S
∆h
AS
=τ
直接剪力試驗應力-應變關係曲線
0
1000
2000
3000
4000
0 5 10 15
水平位移 (mm)
剪應力
(k
N/m
2 )
OC clay
NC clay
τp
τr
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直剪試驗—破壞包絡線
直接剪力試驗破壞包絡線
y = 0.9435x + 1869R2 = 0.9807
0
2000
4000
6000
0 1000 2000 3000 4000
正向應力 (kN/m2)
剪應
力 (kN/m2)
O43)9435.0(tan 1 == −φ
C=1869 kN/m2
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三軸試驗—試驗儀器
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三軸試驗之進行步驟
施加圍壓 施加軸差應力
σc
σc= σ3
σc
σc= σ3
σa σ1=σc+σa
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三軸試驗之進行方式
無圍壓縮試驗 (UC test)不壓密不排水試驗 (UU test)壓密不排水試驗 (CU test)壓密排水試驗 (CD test)
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CD試驗—應力-應變關係圖
NC clay OC clay
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CU試驗—應力-應變關係圖
NC clay OC clay
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莫爾庫倫破壞包絡線
C
φ
τ
σ
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UC試驗破壞包絡線
Cu=1/2 qu
φ = 0
τ
σσ3= 0 σ1= qu
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UU試驗破壞包絡線
τ
σ
不飽和 飽和
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修正莫爾庫倫破壞包絡線
d
ψ
y
x
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C, φ與d, ψ間之關係
σ1σ3
σ1 −σ3σ3
φCy軸x軸
)(21
31 σσ −)(21
31 σσ + φcosd
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −φφ
cos2sin1d
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −φφ
cos2sin1d
[ ])tan(sin 1 Ψ−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−
)tan(2)tan(sin 1ψ
ψ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+−−
1)tan(1)tan(sin 1
ψψ
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CD試驗修正破壞包絡線
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CD試驗修正破壞包絡線
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CU試驗修正破壞包絡線
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CU試驗修正破壞包絡線
CU- OC
CU- NC
CD
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直剪試驗之優缺點
優點構造簡單
試驗所需時間較短
可測殘餘剪力強度
缺點無法控制排水
無法控制主軸應力
強制破壞方向
試體所受應力不均勻
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三軸試驗之優缺點
優點可控制排水
可控制主軸應力
試體容易準備
不強制破壞方向
缺點儀器設備費用較高
排水試驗所需時間較長
無法進行大應變試驗
只能控制兩個主軸應力
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簡單直剪試驗
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扭剪試驗
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平面應變試驗
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中空圓柱三軸試驗
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真三軸試驗
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第四次練習
10kN/m2
θ
30kN/m2