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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5
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土體之破壞模式
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摩爾庫倫破壞準則
φ σ
τ f = c + n tan
' '
' σ tan φ
τ f = c + n
σ 1
σ 3 σ n
τ f
總應力
有效應力
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摩爾圓
( σ σ ) ( σ σ ) θ
σ cos 2
2 1 2
1
3 1 3
1
+ + −
n
= τ ( σ σ ) sin 2 θ
2 1
3 1
−
n
=
(σ
n, τ
n)
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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)5
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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
A
= N σ
N
S
∆h
A
= S 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/m2)
OC clay NC clay
τ
pτ
r5
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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 + 1869 R2 = 0.9807
0 2000 4000 6000
0 1000 2000 3000 4000
正向應力 (kN/m2) 剪應力 (kN/m2 )
43
O) 9435 . 0 (
tan
1=
=
−φ C=1869 kN/m
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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
σ c
σ c = σ 3
σ c
σ c = σ 3 σ a
σ 1 =σ c +σ a
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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)5
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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
C
u=1/2 q
uφ = 0
τ
σ
σ
3= 0 σ
1= q
u5
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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
σ1 σ3
σ1 −σ3 σ3
C φ y軸
x軸
) 2 (
1
3 1
σ σ − )
2 ( 1
3 1
σ
σ + cos φ
d
⎟⎟ ⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛ − φ
φ cos 2
sin d 1
⎟⎟ ⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛ − φ
φ cos 2
sin d 1
[ tan( ) ]
sin
−1Ψ
⎟⎟ ⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛ +
−
) tan(
2 ) sin
1tan(
ψ ψ
⎟⎟ ⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛
+
−
−
1 ) tan(
1 ) sin
1tan(
ψ ψ
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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¾構造簡單
¾試驗所需時間較短
¾可測殘餘剪力強度
缺點¾無法控制排水
¾無法控制主軸應力
¾強制破壞方向
¾試體所受應力不均勻
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三軸試驗之優缺點
優點
¾
可控制排水¾
可控制主軸應力¾
試體容易準備¾
不強制破壞方向 缺點
¾
儀器設備費用較高¾
排水試驗所需時間較長¾
無法進行大應變試驗¾
只能控制兩個主軸應力5
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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
