第6章土的抗剪強(qiáng)度和地基承載力328

1、CompanyLOGO12結(jié)構(gòu)荷載結(jié)構(gòu)荷載地基地基產(chǎn)生變形、沉降等產(chǎn)生變形、沉降等基礎(chǔ)基礎(chǔ)原有應(yīng)力狀態(tài)原有應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化發(fā)生變化土體中應(yīng)力狀態(tài)土體中應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生發(fā)生變化變化引起地基土的變形，導(dǎo)致建引起地基土的變形，導(dǎo)致建筑物的沉降，傾斜或水平位筑物的沉降，傾斜或水平位移。移。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)地基土的強(qiáng)度時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)地基土的強(qiáng)度時(shí)，地基就會(huì)因喪失穩(wěn)定性而破地基就會(huì)因喪失穩(wěn)定性而破壞，造成建筑物倒塌。壞，造成建筑物倒塌。嚴(yán)重嚴(yán)重3 各類(lèi)建筑工程在設(shè)計(jì)時(shí)，為了建筑物的安全可靠，各類(lèi)建筑工程在設(shè)計(jì)時(shí)，為了建筑物的安全可靠，要求建筑地基必須同時(shí)滿足下列兩個(gè)條件要求建筑地基必須同時(shí)滿足下列兩個(gè)條件: 1、：

2、包括地基的沉降量、沉降差、：包括地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部穩(wěn)定，都不能超過(guò)國(guó)家規(guī)范規(guī)定的允傾斜與局部穩(wěn)定，都不能超過(guò)國(guó)家規(guī)范規(guī)定的允許值。許值。4u 假設(shè)地球是一個(gè)軟泥球？假設(shè)地球是一個(gè)軟泥球？ 地基土的強(qiáng)度實(shí)際上是地基土的強(qiáng)度實(shí)際上是。l 實(shí)際上建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生的壓力，對(duì)于地層來(lái)講是局實(shí)際上建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生的壓力，對(duì)于地層來(lái)講是局部荷載，而局部荷載會(huì)使荷載之下的土產(chǎn)生壓縮，基礎(chǔ)部荷載，而局部荷載會(huì)使荷載之下的土產(chǎn)生壓縮，基礎(chǔ)發(fā)生沉降，荷載邊緣內(nèi)外的土粒就會(huì)發(fā)生豎向的相對(duì)運(yùn)發(fā)生沉降，荷載邊緣內(nèi)外的土粒就會(huì)發(fā)生豎向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生剪應(yīng)力。在荷載之下一定范圍內(nèi)的土粒也動(dòng)，從而產(chǎn)生剪應(yīng)力。在荷

3、載之下一定范圍內(nèi)的土粒也會(huì)發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力。會(huì)發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力。5u當(dāng)荷載大到一定程度時(shí)，荷載邊緣土中的剪應(yīng)力首先當(dāng)荷載大到一定程度時(shí)，荷載邊緣土中的剪應(yīng)力首先達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，土體被破壞，產(chǎn)生一個(gè)小小的塑達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，土體被破壞，產(chǎn)生一個(gè)小小的塑性變形區(qū)；性變形區(qū)；u若荷載繼續(xù)增大，這個(gè)塑性變形區(qū)就會(huì)逐漸加深；若荷載繼續(xù)增大，這個(gè)塑性變形區(qū)就會(huì)逐漸加深；u若荷載大到一定程度，荷載邊緣的變形區(qū)就會(huì)相互連若荷載大到一定程度，荷載邊緣的變形區(qū)就會(huì)相互連通，形成一個(gè)連續(xù)的塑性變形區(qū)；通，形成一個(gè)連續(xù)的塑性變形區(qū)；u由于塑性變形區(qū)無(wú)抗剪能力，實(shí)際上它就是一個(gè)連續(xù)由于塑性變形

4、區(qū)無(wú)抗剪能力，實(shí)際上它就是一個(gè)連續(xù)的滑動(dòng)面，地基失去穩(wěn)定性而破壞。的滑動(dòng)面，地基失去穩(wěn)定性而破壞。6抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定24土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件3 1地基的極限荷載地基的極限荷載6地基的臨界荷載地基的臨界荷載3 53 37u土的抗剪強(qiáng)度：土的抗剪強(qiáng)度：8 f = tan 砂土砂土 tanf f : : 砂砂土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角( () )。f : : 土的抗剪強(qiáng)度，土的抗剪強(qiáng)度，kPakPa；: : 剪切滑動(dòng)面上的法向總應(yīng)力，剪切滑動(dòng)面上的法向總應(yīng)力，kPakPa。9 f =c+ tan 粘土粘土c cftanc: : 土的粘聚力土的粘聚力(

5、kPa);(kPa); : : 土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角( () )。 f10)26(tancf 庫(kù)侖定律：庫(kù)侖定律：土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度f(wàn) 是剪切面上的法向總應(yīng)是剪切面上的法向總應(yīng)力力 的線性函數(shù)。的線性函數(shù)。)16(tanf式（式（6-1）、（）、（6-2）就稱(chēng)為庫(kù)倫公式或庫(kù)倫定律。）就稱(chēng)為庫(kù)倫公式或庫(kù)倫定律。111 1、摩擦強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度（摩擦力）（摩擦力） 包括包括滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦和和咬合摩擦咬合摩擦v滑動(dòng)摩擦由顆粒間接觸面粗糙不平所引起?；瑒?dòng)摩擦由顆粒間接觸面粗糙不平所引起。v咬合摩擦是由相鄰顆粒凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的。咬合摩擦是由相鄰顆粒凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的。l摩擦強(qiáng)度

6、的摩擦強(qiáng)度的影響因素影響因素有：有： 顆粒表面的粗糙程度、密顆粒表面的粗糙程度、密 實(shí)度、粒徑、顆粒級(jí)配等。實(shí)度、粒徑、顆粒級(jí)配等。2 2、粘聚強(qiáng)度粘聚強(qiáng)度（粘聚力）（粘聚力）由土粒間的膠結(jié)作用由土粒間的膠結(jié)作用 和靜電引力效應(yīng)等引起。和靜電引力效應(yīng)等引起。12 1、抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比；、抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比； 2、其本質(zhì)是由于土粒間滑動(dòng)摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)、其本質(zhì)是由于土粒間滑動(dòng)摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的摩阻力；生的摩阻力； 3、其大小決定于土粒表面的粗糙程度、密實(shí)度、土顆粒的大小、其大小決定于土粒表面的粗糙程度、密實(shí)度、土顆粒的大小以及顆粒級(jí)

7、配等因素。以及顆粒級(jí)配等因素。 1、粘性土的抗剪強(qiáng)度由兩部分組成；、粘性土的抗剪強(qiáng)度由兩部分組成； 2、一部分是摩擦力（與法向應(yīng)力成正比）；、一部分是摩擦力（與法向應(yīng)力成正比）； 3、另一部分是土粒之間的粘結(jié)力，它是由粘性土顆粒之間膠結(jié)、另一部分是土粒之間的粘結(jié)力，它是由粘性土顆粒之間膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。tanfcftan13)(ff141516 3 3 1 1 2cos212131312sin2131 17 O 1 31/2( 1 + 3 )2 A( , )坐標(biāo)系坐標(biāo)系BOB、OCC1/2( 1 + 3 )為圓心為圓心、 1/2 ( 1 - 3

8、)為半徑畫(huà)個(gè)圓為半徑畫(huà)個(gè)圓DDC開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)2 ，相交圓于相交圓于A點(diǎn)點(diǎn)A點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為斜面點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為斜面mn上的上的正應(yīng)力，縱坐標(biāo)即為剪應(yīng)力正應(yīng)力，縱坐標(biāo)即為剪應(yīng)力 這樣莫爾圓就可以表示土體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓圓這樣莫爾圓就可以表示土體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓圓周上一點(diǎn)的坐標(biāo)就表示該點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。周上一點(diǎn)的坐標(biāo)就表示該點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。18 如果已知土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，以及土中某點(diǎn)的如果已知土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，以及土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，則可將抗剪強(qiáng)度包線和莫爾應(yīng)力圓畫(huà)在應(yīng)力狀態(tài)，則可將抗剪強(qiáng)度包線和莫爾應(yīng)力圓畫(huà)在一張坐標(biāo)圖中。一張坐標(biāo)圖中。 強(qiáng)度

9、線強(qiáng)度線19u 莫爾圓與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系莫爾圓與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系 應(yīng)力圓應(yīng)力圓與強(qiáng)度線與強(qiáng)度線相離：相離： 強(qiáng)度線強(qiáng)度線應(yīng)力圓與強(qiáng)度線應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相相切：切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：相割：極限極限應(yīng)力圓應(yīng)力圓 f 破壞狀態(tài)（不可能存在）破壞狀態(tài)（不可能存在） 20 3 1c 2 fA 1/2( 1 + 3 )245tan2245tan231ooc245tan2245tan213ooc無(wú)粘性土無(wú)粘性土c=0245tan231o245tan213ou 土的極限平衡條件的建立土的極限平衡條件的建立2459021f21v根據(jù)極限平衡條件，可以很方便地判斷土體一根據(jù)極限平衡條件，可以很方

10、便地判斷土體一點(diǎn)是否達(dá)到剪切破壞。點(diǎn)是否達(dá)到剪切破壞。v其方法是：在已知土中某一點(diǎn)的主應(yīng)力及強(qiáng)度其方法是：在已知土中某一點(diǎn)的主應(yīng)力及強(qiáng)度指標(biāo)分別為指標(biāo)分別為 1 1、 3 3 、c c、 條件下：條件下：22 如果用第一個(gè)公式來(lái)判斷，可將已知的如果用第一個(gè)公式來(lái)判斷，可將已知的參數(shù)代入公式右邊，求得參數(shù)代入公式右邊，求得 1 1計(jì)計(jì)，若，若 1 1 1 1計(jì)計(jì) 剪切破壞狀態(tài)。剪切破壞狀態(tài)。245tan2245tan231ooc245tan2245tan213ooc23&例題例題 某土樣=26，c =20kPa，假設(shè)承受1 =480kPa，3 =150kPa的應(yīng)力。試根據(jù)極限平衡條件判斷

11、該土樣所處的狀態(tài)。23121tan (45/2)2tan(45/2)150tan (4526 /2)2 20tan(4526 /2)384.1664.01448.17kPa 480kPac 計(jì)?解： 根據(jù)極限平衡條件，由已知3求1計(jì) 因此，該土樣已破壞。因此，該土樣已破壞。245tan2245tan213ooc242抗剪強(qiáng)度的影響因素（閱讀）抗剪強(qiáng)度的影響因素（閱讀）43 1地基的極限荷載地基的極限荷載6地基的臨界荷載地基的臨界荷載3 5252627應(yīng)變式直剪儀應(yīng)變式直剪儀282930313233在某一數(shù)值的法向應(yīng)力在某一數(shù)值的法向應(yīng)力 作用下，可以根據(jù)剪應(yīng)力作用下，可以根據(jù)剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)

12、系繪制曲線，與剪切位移關(guān)系繪制曲線，由曲線可以得到在該由曲線可以得到在該 作作用下用下，土的抗剪強(qiáng)度。土的抗剪強(qiáng)度。4mm4mm a a b b 剪切位移剪切位移l (0.01mm)(0.01mm) 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 （kPa)kPa) 1 1 2 2 34v 在不同的垂直壓力在不同的垂直壓力 下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度剪強(qiáng)度 f ，繪制，繪制f - 曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線35v 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，易于操作。儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，易于操作。v 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符

13、合實(shí)際情況，剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面；不一定是土樣的最薄弱面；試驗(yàn)中不能?chē)?yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突試驗(yàn)中不能?chē)?yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力；出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力； 上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過(guò)程中試樣剪切面積逐漸減小，剪上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過(guò)程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻。切面上的剪應(yīng)力分布不均勻。36v根據(jù)根據(jù)可將剪切試驗(yàn)劃分為：可將剪切試驗(yàn)劃分為：快剪快剪固結(jié)快剪固結(jié)快剪慢剪慢剪37v快剪快剪是在試樣施加豎向壓力后，立即快速施加水平剪應(yīng)是在試樣施加豎向壓力后，立即快速施加水平

14、剪應(yīng)力使試樣剪切破壞；力使試樣剪切破壞；v固結(jié)快剪固結(jié)快剪是允許試樣在豎向壓力下充分排水，待固結(jié)穩(wěn)是允許試樣在豎向壓力下充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，再快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞；定后，再快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞；v（固結(jié)）慢剪（固結(jié)）慢剪是允許試樣在豎向壓力下排水，待固結(jié)穩(wěn)是允許試樣在豎向壓力下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，以緩慢的速率施加水平剪應(yīng)力使試樣破壞。定后，以緩慢的速率施加水平剪應(yīng)力使試樣破壞。上述三種方法與實(shí)際工程的關(guān)系：上述三種方法與實(shí)際工程的關(guān)系： 快剪快剪適用于施工速度快、地基排水不良的情況；適用于施工速度快、地基排水不良的情況； 慢剪慢剪適用于施工速度慢、地基土排水良好的情

15、況；適用于施工速度慢、地基土排水良好的情況； 固結(jié)快剪固結(jié)快剪適用于介于以上兩種情況間的實(shí)際工程。適用于介于以上兩種情況間的實(shí)際工程。38394041333331=3+11=3+1342三軸試驗(yàn)確定土的強(qiáng)度包線三軸試驗(yàn)確定土的強(qiáng)度包線 O 3 1f強(qiáng)度包線強(qiáng)度包線c F由不同圍壓由不同圍壓 的三軸試驗(yàn)，得到破壞時(shí)相應(yīng)的（的三軸試驗(yàn)，得到破壞時(shí)相應(yīng)的（ 1 1- - ) )f fF分別繪制破壞狀態(tài)的應(yīng)力莫爾圓，其公切線即為強(qiáng)度包線，分別繪制破壞狀態(tài)的應(yīng)力莫爾圓，其公切線即為強(qiáng)度包線，可得強(qiáng)度指標(biāo)可得強(qiáng)度指標(biāo)c c與與 43v按剪切前的按剪切前的固結(jié)程度固結(jié)程度和剪切過(guò)程中的和剪切過(guò)程中的排水排水

16、條件條件三軸試驗(yàn)可分為三種類(lèi)型：三軸試驗(yàn)可分為三種類(lèi)型：F1 1、不固結(jié)不排水試驗(yàn)（、不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UUUU）：）：c cu u 、 u uF2 2、固結(jié)不排水試驗(yàn)（、固結(jié)不排水試驗(yàn)（CUCU）: : c cc cu u 、 cucuF3 3、固結(jié)排水試驗(yàn)（、固結(jié)排水試驗(yàn)（CDCD） : : c cd d 、 d d44C單元體試驗(yàn)，試樣內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變相對(duì)均勻單元體試驗(yàn)，試樣內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變相對(duì)均勻C應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑明確應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑明確C排水條件清楚，可控制排水條件清楚，可控制C破壞面不是人為固定的破壞面不是人為固定的D設(shè)備操作復(fù)雜設(shè)備操作復(fù)雜D現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法試驗(yàn)45ququ加壓加

17、壓框架框架量表量表量力環(huán)量力環(huán)升降升降螺桿螺桿無(wú)側(cè)限壓縮儀無(wú)側(cè)限壓縮儀無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三軸剪切試驗(yàn)的特例，對(duì)試軸剪切試驗(yàn)的特例，對(duì)試樣不施加周?chē)鷫毫?，即樣不施加周?chē)鷫毫Γ粗敝敝涟l(fā)生破壞，試樣在無(wú)側(cè)至發(fā)生破壞，試樣在無(wú)側(cè)限壓力條件下，剪切破壞限壓力條件下，剪切破壞時(shí)試樣承受的最大軸向壓時(shí)試樣承受的最大軸向壓力力qu，稱(chēng)為，稱(chēng)為。試試樣樣46根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果只能作出根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果只能作出（ 3 3=0=0， 1 1= =qu）。）。因此對(duì)一般粘性土，無(wú)法作出強(qiáng)度包線因此對(duì)一般粘性土，無(wú)法作出強(qiáng)度包線 說(shuō)明：對(duì)于飽和軟粘土，根據(jù)說(shuō)明：對(duì)于飽和軟粘土，根據(jù)三軸不排水剪試驗(yàn)成果，其

18、強(qiáng)三軸不排水剪試驗(yàn)成果，其強(qiáng)度包線近似于一水平線，即度包線近似于一水平線，即 u u=0=0，因此無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試，因此無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)適用于測(cè)定驗(yàn)適用于測(cè)定的不的不排水強(qiáng)度：排水強(qiáng)度：qucu u=02uufqc 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，可代無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，可代替三軸試驗(yàn)測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度。靈敏度。替三軸試驗(yàn)測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度。靈敏度。47482ufq49502抗剪強(qiáng)度的影響因素（閱讀）抗剪強(qiáng)度的影響因素（閱讀）43 1地基的極限荷載地基的極限荷載6地基的臨界荷載地基的臨界荷載3 551 各類(lèi)建筑工程在設(shè)計(jì)時(shí)，為了建筑物的安各類(lèi)建筑工程在設(shè)計(jì)時(shí)，為了建筑物的安全可靠，要求建筑地基必須同時(shí)滿足下列兩個(gè)全可靠，要求建筑地基必須同時(shí)滿足下列兩個(gè)條件條件: 1、地基變形條件地基變形條件：包括地基的沉降量、：包括地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部穩(wěn)定，都不能超過(guò)國(guó)家沉降差、傾斜與局部穩(wěn)定，都不能超過(guò)國(guó)家規(guī)范規(guī)定的允許值。規(guī)范規(guī)定的允許值。 2、地基強(qiáng)度條件地基強(qiáng)度條件：建筑物的基底壓力，建筑物的基底壓力，應(yīng)該在地基所允許的承載能力之內(nèi)應(yīng)該在地基所允許的承載能力之內(nèi) 。52v本教材定義：本教材定義：地基承載力是指地基發(fā)揮其正常地基承載力是指地基發(fā)揮其正常