第4章 土的抗剪強度與地基承載力

1、第第4章章 土的抗剪強度與地基承載力土的抗剪強度與地基承載力 第一節(jié) 概述概述 第二節(jié) 土的土的極限平衡條件第三節(jié) 抗剪強度指標抗剪強度指標 的確定第四節(jié) 影響抗剪強度指標抗剪強度指標 的因素第五節(jié) 地基的臨塑荷載和臨界荷載第六節(jié) 地基的極限荷載【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力2土的抗剪強度：是指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。 變形破壞 沉降、位移、不均勻沉降等超過規(guī)定限值地基破壞 強度破壞 地基整體或局部滑移、隆起， 土工構(gòu)筑物失穩(wěn)、 滑坡土體強度破壞的機理： 當土體受到荷載作用后，土中各點將產(chǎn)生剪應(yīng)力。當某一點的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度，在剪切面兩側(cè)的土體將產(chǎn)生相

2、對位移而發(fā)生滑動破壞，該剪切面也稱滑動面或破壞面。隨著荷載的繼續(xù)增加，土體中的剪應(yīng)力達到抗剪強度的區(qū)域（塑性區(qū)）越來越大，最后各個破壞點的滑動面連成一個連續(xù)的滑動面，土體將因此發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性，發(fā)生剪切破壞。4.1 概述概述 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力3 工程實踐中與土的抗剪強度有工程實踐中與土的抗剪強度有關(guān)工程主要有以下關(guān)工程主要有以下3類：類：（1）是土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定問題；如土壩、路堤等填方邊坡及天然土坡的穩(wěn)定問題。（2）是土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)境的問題，即土壓力問題；如擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體。（3）是土作為建筑物地基的承載力問題 。 【

3、巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力4一、土體內(nèi)一點處任意方向截面上應(yīng)力的集合一、土體內(nèi)一點處任意方向截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力和法向應(yīng)力） 1、剪切面應(yīng)力狀態(tài)、剪切面應(yīng)力狀態(tài)331131斜面上的應(yīng)力4.2 土的極限平衡理論土的極限平衡理論 極限平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)：土體中某一點在某方向的平面上的剪：土體中某一點在某方向的平面上的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度時，認為該點處于極限平衡狀態(tài)。應(yīng)力達到土的抗剪強度時，認為該點處于極限平衡狀態(tài)。 靜力平衡條件 聯(lián)立求解得：【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力50cosdlsindlsindl0sindlcosdlcosdl312sin)(21

4、2cos)(21(21313131【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力6O131/2(1 +3 )2A(, )土中某點的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述 31 莫爾圓可以表示土體中一點的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓圓周上各點的坐標就表示該點在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。2 用摩爾圓求用摩爾圓求、3 剪切面的應(yīng)力狀態(tài)剪切面的應(yīng)力狀態(tài) 任意點A的應(yīng)力狀態(tài) 用摩爾半圓上的點的橫坐標和縱坐用摩爾半圓上的點的橫坐標和縱坐標表示地基中某個點的某個平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力標表示地基中某個點的某個平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力7222131322 ，O13 (1 +3 )/22A(

5、, )二、二、莫爾庫侖破壞理論莫爾庫侖破壞理論 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力8（一）土的抗剪強度規(guī)律 砂土：ftg f O粘性土：fctg fOctanfctanf，土的內(nèi)摩擦角，與土顆粒的大小形狀、粗糙程度、土的密實程度 和 飽和度有關(guān)，對于中砂、粗 砂、礫砂，約為2836c為土粘聚力【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力9 cf 莫爾包線表示材料在不同應(yīng)力作用下達到極限狀態(tài)時，滑動面上法向應(yīng)力與剪應(yīng)力f 的關(guān)系。莫爾包線三、三、極限平衡狀態(tài)（摩爾圓與抗剪強度曲線的關(guān)系）極限平衡狀態(tài)（摩爾圓與抗剪強度曲線的關(guān)系） 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力 Of

6、ctgl莫爾應(yīng)力圓在強度包線以內(nèi)：任何莫爾應(yīng)力圓在強度包線以內(nèi)：任何一個面上的剪應(yīng)力小于該面上相應(yīng)的一個面上的剪應(yīng)力小于該面上相應(yīng)的抗剪強度，土單元處于穩(wěn)定狀態(tài)；抗剪強度，土單元處于穩(wěn)定狀態(tài)；l 莫爾應(yīng)力圓與破壞包線相切：有莫爾應(yīng)力圓與破壞包線相切：有一對面上的剪應(yīng)力達到了該面上一對面上的剪應(yīng)力達到了該面上的抗剪強度，處于極限平衡狀態(tài)。的抗剪強度，處于極限平衡狀態(tài)。莫爾莫爾庫侖破壞準則；庫侖破壞準則；l莫爾應(yīng)力圓與破壞包線相交：有一些莫爾應(yīng)力圓與破壞包線相交：有一些平面上的應(yīng)力超過強度；不可能發(fā)生。平面上的應(yīng)力超過強度；不可能發(fā)生?！編r土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力1113132s

7、inctg2ffc 213452tg 4522fftgc 1f 3ftanfc O132f132fc ctgc231452tg 4522fftgc)245()245(213231tgtg或者對于無粘性土，對于無粘性土，c=0, 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力12 破裂角：土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為2459021f45max說明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成 / 2的夾角。因此，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力max所控制。 f2 f31cAcctg1/2(1 +3 )max245f 3f 1f0452090【巖土力學(xué)】 第四章 土的

8、抗剪強度與地基承載力13已知土中大小主應(yīng)力狀態(tài)判斷土體所處的狀態(tài)1.先求得剪破面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，再求得剪破面上的抗剪強度，根據(jù)剪應(yīng)力和抗剪強度之間的關(guān)系進行判斷。f0=45 +213sin22f1313cos222ffctgf穩(wěn)定狀態(tài)f極限平衡狀態(tài)f不可能，土體早已破壞【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力141 假定此時的大主應(yīng)力為破壞時的大主應(yīng)力，求得破壞時的小主應(yīng)力 。根據(jù)破壞時的小主應(yīng)力和實際的小主應(yīng)力之間的關(guān)系進行判斷。1 1f f1 1設(shè)設(shè) = = 231452tg 4522fftgc33 f穩(wěn)定狀態(tài)33 f極限平衡狀態(tài)33 f不可能，土體早已破壞 Of f= c +=

9、 c + tantanc 1= 1f 3f 3 3f 3 3f【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力152 假定此時的小主應(yīng)力為破壞時的小主應(yīng)力，求得破壞時的大主應(yīng)力 。根據(jù)破壞時的大主應(yīng)力和實際的大主應(yīng)力之間的關(guān)系進行判斷。3f33f3設(shè)設(shè) = = 213452tg 4522fftgc1 11 1f f 不不可可能能，土土體體早早已已破破壞壞【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力16 應(yīng)用應(yīng)用【解答】已知1=450kPa，3=150kPa，c=20kPa， =26o 方法1：kPa1 .448245tan2245tan231oofc計算結(jié)果表明：1f接近該單元土體實際大主應(yīng)力

10、1，所以，該單元土體處于極限平衡狀態(tài)。 問題解答：v【例1】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為450kPa，小主應(yīng)力為150kPa。通過試驗測得土的抗剪強度指標c=20 kPa， =26o。試問該單元土體處于何種狀態(tài)？單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個面上，是否會沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？ 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力17kPa5 .150245tan2245tan213oofc計算結(jié)果表明： 3f接近該單元土體實際小主應(yīng)力 3，該單元土體處于極限平衡狀態(tài) 。在剪切面上 582459021fkPa2.2342cos21213131fkPa8 .1342sin2131f庫侖定律 kPa

11、2 .134tancf方法2：【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力18方法3： 作圖法 c11f3f實際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成45o kPa15090sin2131max最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力kPa30090cos21213131庫侖定律：最大剪應(yīng)力面上的極限抗剪強度 kPa3 .166tancfmax問題解答：【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力19土的抗剪強度指標包括內(nèi)摩擦角與粘聚力c測定土抗剪強度指標的試驗稱為剪切試驗: 按常用的試驗儀器可將剪切試驗分為直接剪切試驗、三軸壓縮試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗和十字板剪切試驗四種。影響土的抗剪強度的因素：

12、土的密度、含水率、初始應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力歷史及固結(jié)程度、試驗中的排水條件等。4.3.1 直接剪切實驗【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力20 1、試驗儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式） 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力21應(yīng)變式直剪儀垂直加載水平加載測微表量力環(huán)剪切盒【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力22剪切位移剪切位移 （mm） 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 （kPa) 4 f f【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力23 = 100KPa = 200KPa = 300KPacmmkPa = 400KPakPafkPa 4PSTA2、直剪優(yōu)缺點、直剪優(yōu)缺點 優(yōu)點優(yōu)

13、點：儀器簡單，便宜，操作簡便。：儀器簡單，便宜，操作簡便。 缺點缺點：排水條件不嚴格（仍有可能排水），無法測：排水條件不嚴格（仍有可能排水），無法測量孔隙水壓力，量孔隙水壓力， 剪切面上應(yīng)力分布不均（邊緣應(yīng)力剪切面上應(yīng)力分布不均（邊緣應(yīng)力集中），不是沿最薄弱面剪壞。集中），不是沿最薄弱面剪壞。 安全等級低的建筑采用（一般工程）安全等級低的建筑采用（一般工程） 安全等級高的建筑采用三軸試驗指標安全等級高的建筑采用三軸試驗指標 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力244.3.2 三軸壓縮試驗（靜三軸）三軸壓縮試驗（靜三軸）1、試驗簡介、試驗簡介儀器儀器靜三軸壓縮儀構(gòu)造靜三軸壓縮儀構(gòu)造 試

14、驗方法：套橡皮膜圓柱狀土樣試驗方法：套橡皮膜圓柱狀土樣 數(shù)據(jù)測讀：各級壓力作用下對應(yīng)的體積變形和豎向變形數(shù)據(jù)測讀：各級壓力作用下對應(yīng)的體積變形和豎向變形以及孔隙水壓力以及孔隙水壓力數(shù)據(jù)整理（多個試樣）：數(shù)據(jù)整理（多個試樣）： 曲線作應(yīng)力圓曲線作應(yīng)力圓【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力25 三軸壓縮試驗直接量測的是試樣在不同恒定周圍壓力三軸壓縮試驗直接量測的是試樣在不同恒定周圍壓力下的抗壓強度，然后利用莫爾庫侖準則間接推求土的抗下的抗壓強度，然后利用莫爾庫侖準則間接推求土的抗剪強度。剪強度?！編r土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力26接圍壓系統(tǒng)接圍壓系統(tǒng)底座底座閥門，接孔壓閥門

15、，接孔壓量測系統(tǒng)量測系統(tǒng)透水石透水石試樣試樣透水石透水石橡皮膜橡皮膜閥門，接體變閥門，接體變量測系統(tǒng)量測系統(tǒng)試樣帽試樣帽活塞活塞有機玻璃罩有機玻璃罩 三軸壓縮儀主要由壓力室、加壓系統(tǒng)和量測系統(tǒng)三大部分組成?！編r土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力27【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力28不固結(jié)不排水剪（不固結(jié)不排水剪（UU）c c c c c c c c 3 3 3 3 3 3 3 3 1313q =q = - - 1313q =q = - - c c 作作用下用下試試樣樣固固結(jié)結(jié)3 3 作作用用下下試試樣樣不不固固結(jié)結(jié)1 13 31 13 3q q = = - - = =

16、- - 作作用用下下試試樣樣不不排排水水【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力29固結(jié)不排水剪（固結(jié)不排水剪（CU）c c c c c c c c 3 3 3 3 3 3 3 3 1313q =q = - - 1313q =q = - - c c 作作用下用下試試樣樣固固結(jié)結(jié)3 3 作作用下用下試試樣樣固固結(jié)結(jié)1 13 31 13 3q q = = - - = = - - 作作用用下下試試樣樣不不排排水水【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力30固結(jié)排水剪（固結(jié)排水剪（CD）c c c c c c c c 3 3 3 3 3 3 3 3 1313q =q = - - 1313q

17、 =q = - - c c 作作用下用下試試樣樣固固結(jié)結(jié)3 3 作作用下用下試試樣樣固固結(jié)結(jié)13131313q =q = - - = = - - 作作用下用下試試樣樣排水排水【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力313 3 剪切類型 比較項目不固結(jié)不排水 （UU）固結(jié)不排水 （CU）固結(jié)排水 （CD）試樣固結(jié)試樣固結(jié)試樣固結(jié)試樣不固結(jié)試樣固結(jié)試樣固結(jié)試樣不排水試樣不排水試樣排水1313q =q = - - c c 不固結(jié)不固結(jié)或或固結(jié)固結(jié)是對是對周圍壓力增量周圍壓力增量而言的；而言的； 不排水不排水或或排水排水是對是對附加軸向壓力附加軸向壓力而言的。而言的?！編r土力學(xué)】 第四章 土的抗

18、剪強度與地基承載力32 1 1- 3 15%qf=( 1- 3)f qf=( 1- 3)f( 1- )fc ( 1- )f 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力33( 1- )fc ( 1- )f fu試樣破壞時的孔隙水應(yīng)力為11fffu-33fffu-131322fffu+ufuf c 2/2/Rf31f312、三軸試驗與直剪試驗比較、三軸試驗與直剪試驗比較優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：優(yōu)點優(yōu)點：能嚴格地控制排水條件能嚴格地控制排水條件能量測孔隙水壓力的變化，計算有效應(yīng)力能量測孔隙水壓力的變化，計算有效應(yīng)力試件中的應(yīng)力狀態(tài)較明確試件中的應(yīng)力狀態(tài)較明確沒有人為地限定剪切破壞面，破裂面發(fā)生在試件的最

19、弱沒有人為地限定剪切破壞面，破裂面發(fā)生在試件的最弱部位部位試件受壓比較符合地基土的實際受力情況，結(jié)果較可靠試件受壓比較符合地基土的實際受力情況，結(jié)果較可靠缺點缺點： 儀器較復(fù)雜、價格昂貴、操作技術(shù)要求較高。一級建筑儀器較復(fù)雜、價格昂貴、操作技術(shù)要求較高。一級建筑物用三軸壓縮試驗測定物用三軸壓縮試驗測定 、 。 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力34c 4.3.3 無側(cè)限抗壓強度試驗無側(cè)限抗壓強度試驗【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力35 三軸壓縮試驗中當周圍壓力三軸壓縮試驗中當周圍壓力3 30 0時即為無側(cè)限時即為無側(cè)限試驗條件，這時只有試驗條件，這時只有q=q=1 1

20、。所以，也可稱為單軸壓縮試驗。所以，也可稱為單軸壓縮試驗。由于試樣的側(cè)向壓力為零，在軸向受壓時，其側(cè)向變形不由于試樣的側(cè)向壓力為零，在軸向受壓時，其側(cè)向變形不受限制，故又稱為受限制，故又稱為無側(cè)限壓縮試驗無側(cè)限壓縮試驗。同時，又由于試樣是。同時，又由于試樣是在軸向壓縮的條件下破壞的，因此，把這種情況下土所能在軸向壓縮的條件下破壞的，因此，把這種情況下土所能承受的最大軸向壓力稱為承受的最大軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強度無側(cè)限抗壓強度，以，以q qu u表示。試表示。試驗時仍用圓柱狀試樣，可在專門的驗時仍用圓柱狀試樣，可在專門的無側(cè)限儀無側(cè)限儀上進行，也可上進行，也可在三軸儀上進行。在三軸儀上進行。_

21、實際上也是一種剪切試驗實際上也是一種剪切試驗2、飽和軟粘土的不排水抗剪強度、飽和軟粘土的不排水抗剪強度 與與 不排水剪切試驗可以得到一系列的極限不排水剪切試驗可以得到一系列的極限摩爾圓，其強度包線為一水平線摩爾圓，其強度包線為一水平線. 無側(cè)無側(cè)限試驗等同于限試驗等同于30的不排水剪切試驗，的不排水剪切試驗，但只能得到一個摩爾圓，強度包線也是但只能得到一個摩爾圓，強度包線也是水平線。因此，可用無側(cè)限試驗得到的水平線。因此，可用無側(cè)限試驗得到的強度包線求三軸不排水剪的抗剪強度，強度包線求三軸不排水剪的抗剪強度， 圖圖【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力36UqU1、試驗簡介、試驗簡介儀

22、器儀器：無側(cè)限壓力儀（構(gòu)造簡單）：無側(cè)限壓力儀（構(gòu)造簡單）方法方法：不加側(cè)壓：不加側(cè)壓3 ，只加，只加1 直至土樣剪切破壞直至土樣剪切破壞量測數(shù)據(jù)：量力環(huán)百分表換算應(yīng)力量測數(shù)據(jù)：量力環(huán)百分表換算應(yīng)力1無側(cè)限抗壓強度無側(cè)限抗壓強度qu在無側(cè)限抗壓強度試驗里在無側(cè)限抗壓強度試驗里 1uq【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力372ufuqc無側(cè)陷壓縮示意圖3、靈敏度、靈敏度St反映土的結(jié)構(gòu)性強弱反映土的結(jié)構(gòu)性強弱St是原狀土和重塑土的無側(cè)限抗壓強度的比值。是原狀土和重塑土的無側(cè)限抗壓強度的比值。其中其中 分別是原狀土、重塑土的無側(cè)限抗壓強度（分別是原狀土、重塑土的無側(cè)限抗壓強度（kpa）【

23、巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力380qqSut0qqu、4.3.4 十字板剪切試驗十字板剪切試驗【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力39 十字板剪切試驗是一種利用十字板剪切儀在現(xiàn)場測定土十字板剪切試驗是一種利用十字板剪切儀在現(xiàn)場測定土的抗剪強度的方法。這種試驗方法適合于在現(xiàn)場測定的抗剪強度的方法。這種試驗方法適合于在現(xiàn)場測定飽和粘飽和粘性土的原位不排水強度性土的原位不排水強度，特別適用于，特別適用于均勻的飽和粘性土均勻的飽和粘性土?！編r土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力40H HD1 .剪破面為圓柱面，圓柱面的直徑和高度分別等于十字板板頭的寬度和高度； 2 .圓

24、柱面的側(cè)面和上下端面上的抗剪強度為均勻分布并相等。 fff假定：假定： 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力41322022d6DffDMr r r2122ffDD HMDH23max1222623fffD HDMMMDDHmax2()23fMDDHH HDfff4.4.1 抗剪強度的來源抗剪強度的來源無粘性土的f主要來源于內(nèi)摩擦力；粘性土 粘聚力（原始粘聚力、固化粘聚力、內(nèi)聚力） c 占較大的分量，內(nèi)摩擦力較小 原始粘聚力 土顆粒之間的分子引力， 固化粘聚力 化合物的膠結(jié)作用。 其中，固化粘聚力會因土結(jié)構(gòu)的破壞而喪失，故不能擾動基底土。4.4.2 影響抗剪強度指標的因素影響抗剪強度

25、指標的因素 1、土的物理化學(xué)性質(zhì)(土的初始孔隙比、粗糙程度、顆粒級配、應(yīng)力歷史、沉積方法、各向異性等) 2、 孔隙水壓力的影響【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力42 同一種土的同一種土的 C 、 也不是常數(shù)，主要受試驗方法、試驗條件也不是常數(shù)，主要受試驗方法、試驗條件（固結(jié)、排水條件）以及試驗的應(yīng)力水平（可以說成法向應(yīng)（固結(jié)、排水條件）以及試驗的應(yīng)力水平（可以說成法向應(yīng)力大小）等的影響力大?。┑鹊挠绊??！編r土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力43據(jù)排水固結(jié)情況分據(jù)排水固結(jié)情況分 粘性土在不同固結(jié)和排水條件下的抗剪強度指標不同三種試驗方法： 由于排水條件不同，剪切過程中土樣密

26、實程度和孔隙水壓力不同，得出的f 也不同。 密實度土顆粒之間的接觸面積 慢剪固結(jié)排水剪快剪不固結(jié)不排水剪固結(jié)快剪固結(jié)不排水剪_CDUUCU2、如何選擇粘性土的抗剪強度指標（在確定地基承載力時）、如何選擇粘性土的抗剪強度指標（在確定地基承載力時） 根據(jù)土性、排水條件、施工的快慢選擇： 厚粘土層，施工速度快，施工期來不及排水 不固結(jié)快剪 薄粘土層，施工期長 慢剪 施工期長，能固結(jié)排水，使用荷載突增 固結(jié)快剪(介于二者之間)【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力44 工程實踐中許多情況下難以取得孔隙水壓力的分布，因工程實踐中許多情況下難以取得孔隙水壓力的分布，因此，較多采用土的總應(yīng)力強度指標

27、，為了解決這個問題，此，較多采用土的總應(yīng)力強度指標，為了解決這個問題，應(yīng)盡可能近似模擬現(xiàn)場土體在受剪時的固結(jié)和排水條件，應(yīng)盡可能近似模擬現(xiàn)場土體在受剪時的固結(jié)和排水條件，如能解決這個問題則不必測定土在剪切過程中孔隙水壓力如能解決這個問題則不必測定土在剪切過程中孔隙水壓力的變化。的變化。一、地基變形的典型三個階段一、地基變形的典型三個階段（此處著重從（此處著重從與與f關(guān)系，平衡狀態(tài)來、塑性區(qū)發(fā)展闡述）關(guān)系，平衡狀態(tài)來、塑性區(qū)發(fā)展闡述）利用靜荷載試驗的利用靜荷載試驗的PS曲線進行分析，可發(fā)現(xiàn)地基變形的發(fā)曲線進行分析，可發(fā)現(xiàn)地基變形的發(fā)展可分為三個階段。展可分為三個階段?！編r土力學(xué)】 第四章 土的抗

28、剪強度與地基承載力45【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力46（1）壓密階段壓密階段 線性變形階段：特征：荷載小，荷載小，變形源自孔隙被壓縮而產(chǎn)生的變形，土中各變形源自孔隙被壓縮而產(chǎn)生的變形，土中各點點 ,處于彈性平衡狀態(tài)。處于彈性平衡狀態(tài)。荷載與沉降的荷載與沉降的關(guān)系接近于直線。關(guān)系接近于直線。 Pa 臨塑荷載（比例界限荷載）（2）剪切階段剪切階段 彈塑性變形階段：特征：地基地基土在土在局部局部范圍內(nèi)范圍內(nèi) ，處于極限狀態(tài)。，處于極限狀態(tài)。 塑性區(qū)地基土產(chǎn)生剪切破壞的區(qū)域。 荷載增加，塑性區(qū)加大，體現(xiàn) 為較大，P S曲線出現(xiàn)彎曲段，塑性平衡狀態(tài)。 （3）破壞階段破壞階段：特征：塑性

29、區(qū)隨著荷載增加塑性區(qū)隨著荷載增加而進一步擴大，形成而進一步擴大，形成連續(xù)貫通連續(xù)貫通的滑動面，地基的滑動面，地基土向周圍擠出，承壓板四周隆起，土向周圍擠出，承壓板四周隆起，荷載略有增荷載略有增加或不增加，沉降均有急劇變化，加或不增加，沉降均有急劇變化，地基土因失地基土因失穩(wěn)而破壞。塑性平衡狀態(tài)。穩(wěn)而破壞。塑性平衡狀態(tài)。 Pu極限荷載 體現(xiàn)在PS曲線上的陡直降段 O Ospa u c 壓力與沉降關(guān)系曲線fPSf【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力47(2)隨著荷載增加，壓密區(qū)I向兩側(cè)擠壓，土中產(chǎn)生塑性區(qū)，塑性區(qū)先在基礎(chǔ)邊緣產(chǎn)生，然后逐步擴大形成II、III塑性區(qū)?；A(chǔ)的沉降增長率較前一

30、階段增大，故 ps曲線呈曲線狀。(1)當基礎(chǔ)上荷載較小時，基礎(chǔ)下形成一個三角形壓密區(qū)I，隨同基礎(chǔ)壓入土中，ps曲線呈直線關(guān)系。 整體剪切破壞p-s曲線上有兩個明顯的轉(zhuǎn)折點，區(qū)分地基變形三個階段： 整體剪切破壞整體剪切破壞(3)當荷載達到最大值后，土中形成連續(xù)滑動面，并延伸到地面，土從基礎(chǔ)兩側(cè)擠出并隆起，基礎(chǔ)沉降急劇增加，整個地基失穩(wěn)破壞。 O Ospa u c 二、地基土的破壞類型地基土的破壞類型【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力48 隨著荷載的增加，基礎(chǔ)下也產(chǎn)生壓密區(qū)I及塑性區(qū)II，但塑性區(qū)僅僅發(fā)展到地基某一范圍內(nèi)，土中滑動面并不延伸到地面，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起，沒有出現(xiàn)明顯的裂

31、縫。 局部剪切破壞p-s曲線沒有明顯的直線段，地基破壞時曲線也沒有明顯的陡降。 局部剪切破壞O Osp ps曲線上坡度發(fā)生顯著變化（即變化率最大的點）所對應(yīng)的基底壓力p作為地基的極限承載力fu?！編r土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力49 隨著荷載的增加，基礎(chǔ)下土層發(fā)生壓縮變形，基礎(chǔ)出現(xiàn)持續(xù)下沉，當荷載繼續(xù)增加，基礎(chǔ)周圍附近土體發(fā)生豎向剪切破壞，使基礎(chǔ)刺入土中，地基不出現(xiàn)連續(xù)的滑動面，基礎(chǔ)兩側(cè)地面不出現(xiàn)隆起。 沖剪破壞p-s曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點。 沖剪破壞 ps曲線上平均下沉梯度接近常數(shù)且出現(xiàn)不規(guī)則下沉時對應(yīng)的基底壓力p作為地基的極限承載力fu 。O Osp 三種破壞型式分別會導(dǎo)致(a)

32、基礎(chǔ)下沉或傾倒；(b)不明顯傾斜和倒塌；(c)基礎(chǔ)明顯下沉，沒有很大的傾斜【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力50沖 剪 破 壞三、 地基的臨塑和臨界荷載地基的臨塑和臨界荷載 荷載達一定數(shù)值后，土產(chǎn)生塑性變形,在地基中形成塑性變形區(qū)，荷載增大,塑性區(qū)范圍亦增大，深度加深，容易形成連續(xù)的滑動面，導(dǎo)致破壞。（一）臨塑荷載（一）臨塑荷載是指在外荷作用下，地基中剛開始產(chǎn)生塑性變形（局部剪切破壞）時基礎(chǔ)底面單位面積上所承受的荷載。 臨塑荷載的基本公式建立于下述理論之上：（1）應(yīng)用彈性理論計算附加應(yīng)力；（2）利用強度理論建立極限平衡條件。 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力51O O

33、spa u c 壓力與沉降關(guān)系曲線塑性區(qū)的邊界方程塑性區(qū)的邊界方程 通過研究，根據(jù)彈性理論地基中任一點M處產(chǎn)生的大、小主應(yīng)力（如下圖所示）和該點的大、小主應(yīng)力應(yīng)滿足的極限平衡條件。 【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力521300=(sin)()pddz均布條形荷載作用下地基中的應(yīng)力極限平衡狀態(tài)下由上式可得：213452tg 4522fftgcdtgcsinsindpZ00【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力531、塑性區(qū)開展的最大深度塑性區(qū)的最大深度Zmax，可由 的條件求得，即： 00dzd2、臨塑荷載Pcr 令最大深度Zmax 0，表示地基中即將出現(xiàn)塑性區(qū)，相應(yīng)的荷載即為臨塑荷載Pcr。 cNdNdctg)ctgcd(Pcd2cr2c22dctgctgNctgctgNdtgcctgdpZ)2(max【巖土力學(xué)】 第四章 土的抗剪強度與地基承載力54 經(jīng)驗證明：即使地基發(fā)生局部剪切破壞，地基中的塑性區(qū)有所發(fā)展，只要塑性區(qū)的范圍不超出某一限度，就不致影響建筑物的安全和使用，因此，如果用 作為淺基礎(chǔ)的地基承載力偏于保守國內(nèi)某些地區(qū)的經(jīng)驗認為，在中心垂直荷載作用下，塑性區(qū)的最大深度