土的抗剪强度与地基承载力

1. 土力学地基基础 土的抗剪强度与地基承载力

2. 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。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。 1.建筑物地基承载力问题(图1)

4. 2000年西藏易贡巨型滑坡 8km

5. 第六章 土的抗剪强度和地基承载力 土体抵抗剪切破坏的极限能力 §6.1 土的抗剪强度和极限平衡条件 变形破坏位移、不均匀沉降等超过规定限值 地基破坏 强度破坏地基整体或局部滑移、土工构筑 物失稳 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，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，该点便发生剪切破坏。

6. 办公楼外墙 回填土 粘土 地基土可能的滑动方向 岩石 粘土和石头

7. f  f   第六章 土的抗剪强度和地基承载力 一、 库仑公式 1776年，库仑根据砂土剪切实验得出 库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力的线性函数 。 f = tan 砂土 后来，根据粘性土剪切试验得出 f =c+ tan 土的内摩擦角 粘土 土的粘聚力 c

8.    1  3 3 3 1 1 第六章 土的抗剪强度和地基承载力 二、土体中任一点的应力状态 --土体内任一点处不同方位的截面上应力的集合 斜面上的应力

9.    2  1/2(1 +3 )  3  3 1 O 1 第六章 土的抗剪强度和地基承载力 土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述 A(, ) 莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。

10. 2f f    第六章 土的抗剪强度和地基承载力 三、莫尔-库仑强度理论 A B c o 3 1 cctg 1/2(1 +3 ) 粘性土： 无粘性土：

11. 第六章 土的抗剪强度和地基承载力 τ＝τf 极限平衡条件 莫尔－库仑破坏准则 τ D B A O σ 极限应力圆 破坏应力圆 剪切破坏面

12. 第六章 土的抗剪强度和地基承载力 粘性土的极限平衡条件 σ1= σ3tg2(45+φ/2)＋2c*tg (45+φ/2) σ3= σ1tg2(45－φ/2)－2c*tg (45－φ/2) 无粘性土的极限平衡条件 σ1= σ3tg2(45+φ/2) σ3= σ1tg2(45－φ/2)

13. 2f f max  A c  3 1  cctg 1/2(1 +3 ) • 讨论：破坏面=最大主应力面？？？ 土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主 应力作用面的夹角为 说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成/ 2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax所控制。

14. 第二节 抗剪强度指标的确定 直接剪切试验 三轴压缩试验 无侧限抗压强度试验 十字板剪切实验 目的：测出土的抗剪强度指标

15.  直接剪切试验  c O   P 面积A f3 上盒 3 f2 2 f1 土样 1 下盒 S S T 直剪仪 (direct shear test apparatus) 垂直压力可取100KPa、200KPa、300KPa和400Kpa等。

16. 直接剪切试验 四联式直剪仪

17. S 直接剪切试验 T P A 缺点 优点 • 试样应力状态复杂 • 剪切过程中，应变不均匀 • 不能控制排水条件 • 剪切面固定 • 设备简单，操作方便 • 结果便于整理 • 测试时间短

18. 三轴压缩试验 三轴压缩试验 三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和试样均为圆柱形，因此，两个侧向(或称周围)的应力相等并为小主应力s3，而竖向(或轴向)的应力为大主应力s1。在增加s1时保持s3不变，这样条件下的试验称为常规三轴压缩试验。 主机 三轴压缩仪 稳压调压系统 量测系统

19. 三轴压缩试验 • 试验设备 应变控制式三轴仪

20. 3 三轴压缩试验 △ 3 3 3 3 3 △ • 试验步骤 1.装样 2.施加周围压力 3.施加竖向压力 • 试验类型 ——不同排水条件

21. 抗剪强度包线  三轴压缩试验   • 固结排水试验（CD试验） 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静水压力。 cu 、u 在整个排水剪试验过程中，uf＝0，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆。 c

22. cu  三轴压缩试验 A  C B  • 固结不排水试验（CU试验） 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水。（后产生孔隙水压力） ccu 、cu 将总应力圆在水平轴上左移uA得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定c 、 c  ccu uA

23.  三轴压缩试验 A B C 3A 1A  • 不固结不排水试验（UU试验） 1 关闭排水阀门，施加围压，在不固结的情况下，施加轴力进行剪切。 2 整个试验过程关闭排水阀门，试样中存在孔隙水压力u。 cd 、d 总应力圆 有效应力圆 u=0 cu uA 试验表明：虽然三个试样的周围压力3不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线。

24. 无侧限抗压强度试验 qu 试样 量表 测力计 加压框架 qu 升降螺杆 无侧限压缩仪 的不排水剪切三轴试验 • 试验设备 3=0

25. 无侧限抗压强度试验 • 试验结果 cu 0 qu 无侧限抗压强度试验包线

26. 十字板剪切试验 M • 一般适用于测定软粘土的不排水强度指标 • 钻孔到指定的土层，插入十字形的探头 • 通过施加的扭矩计算土的抗剪强度

27. 第三节 无粘性土的抗剪强度 无粘性土无粘聚力，其抗剪强度取决于剪切面上的摩擦性质，故无粘性土又称粒状土。粒状土的密实程度及颗粒间的相对移动是影响无粘性土性质的决定因素。 一、无粘性土的摩擦强度 摩擦物理过程分为两部分： 1）颗粒间的滑动而产生的滑动摩擦； 2）颗粒间脱离咬合作用而产生的咬合摩擦。

28. 第三节 无粘性土的抗剪强度 研究表明：就一种砂而言，无论是紧砂还是松砂，颗粒的滑动摩擦角差异不大，两者在强度上的差异主要是由颗粒的排列定向作用与剪胀效应所致。 二、土颗粒组成对内摩擦角的影响 土颗粒的组成主要指颗粒形状、级配及矿物 成份等。级配良好的土，由于具有较好的接触以及咬合，较级配均匀的土咬合作用强，接触压力小而不易破碎，故内摩擦角较大。尖角的砂较圆角的砂其咬合作用强，内摩擦角也较大。

29. 第三节 无粘性土的抗剪强度 三、土的空隙比及剪胀性 松砂受剪，一般不出现峰值强度，其体积先是急剧减少，然后略有回胀；紧砂受剪时，先是颗粒彼此贴紧，体积略有收缩，然后由于咬合摩擦造成颗粒跨越发生相对位移，体积迅速增大，与此对应，应力应变曲线开始很陡，达峰值时，由于试样颗粒间咬合作用削弱，强度亦有所降低。 砂土在固结排水试验中的应力应变与体变曲线

30. 第四节 土的抗剪强度的影响因素 影响土的抗剪强度的因素是多方面的，主要有： 一、土的矿物成分、颗粒形状和级配的影响 一般来说，粘性土的抗剪强度随着粘粒和粘土矿物含量的增加而增大。砂性土在土的颗粒级配中，粗颗粒越多，形状越不规则，表面越级糙，则其内摩擦角越大，因而其抗剪强度也越高。 二、土的密实度和含水率的影响 土的原始密度越大，其抗剪强度就越高。含水率增高一般将使土的抗剪强度降低。

31. 第四节 土的抗剪强度的影响因素 三、土体结构受扰动情况及应力作用历史影响 粘性土的天然结构如果被破坏时，其抗剪强度就会明显下降，所以施工时要注意保持粘性土的天然结构。从土体的应力作用历史来分析，超固结土的抗剪强度值比正常固结土的大，而正常固结土的抗剪强度值比欠固结土大。 四、抗剪强度试验方法的影响 采用的试验方法（包括仪器、试验条件及过程）不同，导致同一种土的试验结果也会明显不同。

32. 地基破坏实例

33. 膨胀土对建筑物的危害 活动区域

34. 地基破坏实例 潜在性膨胀土的分布限与热带和温带的半干旱地区内。这种条件助长了蒙特石形成。很多国家都发现了膨胀土。 印度的黑棉土

35. 第五节 地基的临界荷载 定 义 地基在不破坏、不产生过大沉降的前提下能够承受的荷载的大小。 特 点 (1) 上部结构－基础－地基系统中的重要组成部分。 （2）性质复杂。 要求 （1）不破坏。 （2）不产生过大变形（沉降）。 （3）稳定性。

36. pcr pu pcr pu pcr~ p1/3 地基承载力确定 地基土开始出现剪切破坏 连续滑动面 s 地基的破坏过程 P 临塑荷载 · · 塑性区发展 和临界荷载 连续滑动面 和极限荷载 最终地基中形成一连续的滑动面，基础急剧下沉或向一侧倾斜，土体被挤出，基础四周地面隆起。

37. 第五节 地基的临界荷载 pcr pu p S 一、地基的破坏形式 (1) 整体剪切破坏 密实砂土或硬粘土

38. 第五节 地基的临界荷载 p S (2) 局部剪切破坏 中密砂土或一般粘性土 或基础埋深较大

39. 第五节 地基的临界荷载 松 砂 p S (3) 冲剪破坏

40. 第五节 地基的临界荷载 二、浅基础的地基临塑荷载和临界荷载 1、 临塑荷载

41. 第五节 地基的临界荷载

42. 第五节 地基的临界荷载 临塑荷载 饱和粘土

43. 第五节 地基的临界荷载 2、 临界荷载

44. b 普朗待尔公式： 地面 F A B Ⅲ G Ⅰ Ⅱ E D C 式中 第六节 地基的极限荷载 一、普朗德尔极限承载力理论

45. 雷斯诺公式： b 地面 F A B G Ⅲ Ⅰ Ⅱ 泰勒公式： E D C 式中 第六节 地基的极限荷载 式中

46. b 地面 G F Ⅰ B A Ⅲ Ⅱ D E C 第六节 地基的极限荷载 适用于地基土较为密实 发生整体剪切破坏的情况 二、太沙基承载力理论

47. 的圆形基础： 直径为 的方形基础： 第六节 地基的极限荷载 • 对于软粘土或松砂，地基可能发生局部剪切破坏。 上式改为： 式中 宽度为