第四章土的抗剪強度和地基承載力

1、4.1 4.1 土的抗剪強土的抗剪強度與極限平衡條件度與極限平衡條件4.2 4.2 土的土的抗抗剪強度試驗剪強度試驗4.34.3 影響抗剪強度指標的因素影響抗剪強度指標的因素4.4 4.4 地基的臨塑荷載和臨界荷載地基的臨塑荷載和臨界荷載4.5 4.5 地基的極限荷載地基的極限荷載本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：第四章第四章 土的抗剪強度和地土的抗剪強度和地基承載力基承載力 土的破壞主要是由于剪切引起的，土的破壞主要是由于剪切引起的，剪切破壞是土體破壞的重要特點剪切破壞是土體破壞的重要特點。工工程實踐中與土的抗剪強度有關(guān)程實踐中與土的抗剪強度有關(guān)工程主要有以下工程主要有以下3類：類： （1）是土作

2、為材料構(gòu)成的土工）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)定堤等填方邊坡及天然土坡的穩(wěn)定問題。問題。 （2）是土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)）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。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）是土作為建筑物地基的承載力問題載力問題 。 3.土土工工構(gòu)構(gòu)筑筑物物的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性問問題題1. 土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題 土壩、路堤等填方邊坡以及天然土坡等，在超載、滲流乃至暴雨土壩、路堤等填方邊坡以及天然土坡等，在

3、超載、滲流乃至暴雨作用下引起土體強度破壞后將產(chǎn)生整體失穩(wěn)邊坡滑坡等事故。作用下引起土體強度破壞后將產(chǎn)生整體失穩(wěn)邊坡滑坡等事故。2. 構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問題即土壓力問題構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問題即土壓力問題 擋土墻、基坑等工程中，墻后土體強度破壞將造成過大的擋土墻、基坑等工程中，墻后土體強度破壞將造成過大的側(cè)向土壓力，導(dǎo)致墻體滑動、傾覆或支護結(jié)構(gòu)破壞事故側(cè)向土壓力，導(dǎo)致墻體滑動、傾覆或支護結(jié)構(gòu)破壞事故 。3. 建筑物地基承載力問題建筑物地基承載力問題 基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整體滑動或因局部剪切破壞而導(dǎo)致過基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整體滑動或因局部剪切破壞而導(dǎo)致過大的地基變形大的地基變形 甚至傾甚至傾覆。覆。

4、3. 3. 建筑物地基承載力問題建筑物地基承載力問題 建筑物地基承載力問題(圖4)3. 3. 建筑物地基承載力問題建筑物地基承載力問題4.1 4.1 土的抗剪強土的抗剪強度與極限平衡條件度與極限平衡條件土的抗剪強度：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。限抵抗能力。 變變形破壞形破壞 沉降、位移、不均勻沉降等超過規(guī)定沉降、位移、不均勻沉降等超過規(guī)定限值限值 地地基破壞基破壞 強強度破壞度破壞 地基整體或局部滑移、隆起，地基整體或局部滑移、隆起， 土工土工構(gòu)筑構(gòu)筑 物物失穩(wěn)、失穩(wěn)、 滑坡滑坡土體強度破壞的機理：土體強度破壞的機理： 在

5、在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當土中外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度時，土就沿著某點由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度時，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪切破壞。剪切破壞。PSTA一、摩爾一、摩爾- -庫侖強度理論庫侖強度理論固定滑裂面固定滑裂面一般應(yīng)力狀態(tài)如何判斷一般應(yīng)力狀態(tài)如何判斷是否破壞？是否破壞？1. 1. 庫侖公式庫侖公式庫侖公式庫侖公式17761776年，庫侖根據(jù)砂土剪切試驗得出年，庫侖根據(jù)砂土剪切試驗得出 f = tan 砂土砂土后來，根據(jù)粘性土剪切試

6、驗后來，根據(jù)粘性土剪切試驗得出得出 f =c+ tan 粘土粘土c 庫侖定律：庫侖定律：土的抗剪強土的抗剪強度是剪切面上的法向總應(yīng)度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) tanfcftan f f庫倫公式庫倫公式 tgcf cf 抗剪強度指標抗剪強度指標c: :土的粘聚力土的粘聚力 : :土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角( (無粘性土：無粘性土：c=0)應(yīng)變式直剪儀應(yīng)變式直剪儀垂直加載垂直加載水平加載水平加載測微表測微表量力環(huán)量力環(huán)剪切盒剪切盒土體中任一點的應(yīng)力狀態(tài)土體中任一點的應(yīng)力狀態(tài) y y yzyz xyxy zxzx x x z z zzyzxyzyyxxzxyxij zzxxzxi

7、j三維應(yīng)力狀態(tài)三維應(yīng)力狀態(tài)二維應(yīng)力狀態(tài)二維應(yīng)力狀態(tài) zxzx z z xzxz x x土體內(nèi)一點處土體內(nèi)一點處任意方向任意方向截面上應(yīng)力的集合截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力（剪應(yīng)力 和法向應(yīng)力和法向應(yīng)力 ） 3 3 1 1 3 1 斜面上的應(yīng)力斜面上的應(yīng)力2cos212131312sin2131土中任一點的應(yīng)力狀態(tài)土中任一點的應(yīng)力狀態(tài)土的抗剪強度與極限平衡原理土的抗剪強度與極限平衡原理 O 1 31/2( 1 + 3 ) 2 A( , )土中某點的土中某點的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài)可用莫可用莫爾應(yīng)力圓描述爾應(yīng)力圓描述 3 1 莫爾圓可以表示土體中一點的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓可以表示土體中一點的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓圓周

8、上各點的坐標就表示該點在相莫爾圓圓周上各點的坐標就表示該點在相應(yīng)平面上的應(yīng)平面上的正應(yīng)力正應(yīng)力和和剪應(yīng)力剪應(yīng)力。應(yīng)力圓應(yīng)力圓與強度線與強度線相離：相離： 強度線強度線應(yīng)力圓應(yīng)力圓與強度線與強度線相切：相切：應(yīng)力圓應(yīng)力圓與強度線與強度線相割：相割：極限應(yīng)極限應(yīng)力圓力圓f 破壞狀態(tài)破壞狀態(tài) 土的極限平衡條件土的極限平衡條件莫爾莫爾庫侖破壞準則庫侖破壞準則( (極限平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)) ) 3 1c f2 fA cctg 1/2( 1 + 3 )313121cot21sinc245tan2245tan231ooc245tan2245tan213ooc無粘性土：無粘性土：c=0245tan231o2

9、45tan213o粘性土：粘性土： )245( 土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應(yīng)力作土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為用面的夾角為 f f2 f 3 1c A cctg 1/2( 1 + 3 )2459021f45max說明：說明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成剪應(yīng)力面成 / 2的夾角。因此，土的剪切破壞并不是的夾角。因此，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力由最大剪應(yīng)力max所控制。所控制。 max3. 3. 極限平衡應(yīng)力狀態(tài)極限平衡應(yīng)力狀態(tài)二、摩爾二、摩爾- -庫侖破壞準則庫侖破壞準則極限平衡應(yīng)力狀態(tài)：極限平衡應(yīng)力

10、狀態(tài)： 有一對面上的應(yīng)力狀態(tài)達到有一對面上的應(yīng)力狀態(tài)達到 = = f f土的強度包線：土的強度包線： 所有達到極限平衡狀態(tài)的莫爾圓的公切線。所有達到極限平衡狀態(tài)的莫爾圓的公切線。 f3. 3. 極限平衡應(yīng)力狀態(tài)極限平衡應(yīng)力狀態(tài) f強度包線以內(nèi)：強度包線以內(nèi)：下任何一個面下任何一個面上的一對應(yīng)力上的一對應(yīng)力 與與 都沒有達都沒有達到破壞包線，不破壞；到破壞包線，不破壞；與破壞包線相切：與破壞包線相切：有一個面上有一個面上的應(yīng)力達到破壞；的應(yīng)力達到破壞；與破壞包線相交：與破壞包線相交：有一些平面有一些平面上的應(yīng)力超過強度；不可能發(fā)上的應(yīng)力超過強度；不可能發(fā)生。生。二、摩爾二、摩爾- -庫侖破壞準則

11、庫侖破壞準則4. 4. 莫爾莫爾庫侖強度理論庫侖強度理論莫爾莫爾- -庫侖強度理論表達式極限平衡條件庫侖強度理論表達式極限平衡條件131313132sin2ctgctg2cc 1f 313ctg2ctanfc O c132二、摩爾二、摩爾- -庫侖破壞準則庫侖破壞準則4. 4. 莫爾莫爾庫侖強度理論庫侖強度理論莫爾莫爾- -庫侖強度理論表達式極限平衡條件庫侖強度理論表達式極限平衡條件213231452tg 4522452tg 4522fftgctgc 1f 313ctg2ctanfc O c132二、摩爾二、摩爾- -庫侖破壞準則庫侖破壞準則213452tg 4522ftgc根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出

12、根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出大小主應(yīng)力大小主應(yīng)力1、3221,3422xzxzxz判斷破壞可能性判斷破壞可能性由由3計算計算1f比較比較1與與1f1 1f 破壞狀態(tài)破壞狀態(tài) O c 1f 3 1 15. 5. 破壞判斷方法破壞判斷方法判別對象：土體微小單元（一點）判別對象：土體微小單元（一點） 3 3= = 常數(shù)：常數(shù)：二、摩爾二、摩爾- -庫侖破壞準則庫侖破壞準則根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出大小主應(yīng)力大小主應(yīng)力1、3221,3422xzxzxz判斷破壞可能性判斷破壞可能性231452tg 4522ftgc由由1計算計算3f比較比較3與與3f3 3f 彈性平衡狀態(tài)彈性平衡狀態(tài)3= =3f 極限平

13、衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)3 3f 破壞狀態(tài)破壞狀態(tài) O c 1 3f 3 35. 5. 破壞判斷方法破壞判斷方法三三、摩爾、摩爾- -庫侖強度理論庫侖強度理論判別對象：土體微小單元（一點）判別對象：土體微小單元（一點） 1 1= = 常數(shù)：常數(shù)： O c 1f 32 tanfc290 3 1f45 /2破裂面破裂面2 6. 6. 滑裂面的位置滑裂面的位置 與大主應(yīng)力面夾角：與大主應(yīng)力面夾角： =45 + /2二、摩爾二、摩爾- -庫侖破壞準則庫侖破壞準則1 1、室內(nèi)試驗、室內(nèi)試驗2 2、野外試驗、野外試驗直剪試驗、三軸試驗等直剪試驗、三軸試驗等 制樣（重塑土）或現(xiàn)場取樣制樣（重塑土）或現(xiàn)場取樣 缺點

14、：擾動缺點：擾動 優(yōu)點：應(yīng)力條件清楚，易重復(fù)優(yōu)點：應(yīng)力條件清楚，易重復(fù)十字板扭剪試驗、旁壓試驗等十字板扭剪試驗、旁壓試驗等 原位試驗原位試驗 缺點：應(yīng)力條件不易掌握缺點：應(yīng)力條件不易掌握 優(yōu)點：原狀土的原位強度優(yōu)點：原狀土的原位強度 4.2 4.2 土土的抗剪強度試的抗剪強度試驗驗Fc c和和 是決定土的抗剪強度的兩個指標，稱是決定土的抗剪強度的兩個指標，稱為抗剪強度指標為抗剪強度指標當當 采用總應(yīng)力時，稱為采用總應(yīng)力時，稱為總應(yīng)力抗剪強度指標總應(yīng)力抗剪強度指標當當 采用有效應(yīng)力時，稱為采用有效應(yīng)力時，稱為有效應(yīng)力抗剪強度指標有效應(yīng)力抗剪強度指標對無粘性土通常認為，粘聚力對無粘性土通常認為，粘

15、聚力C=0C=0n 庫侖公式庫侖公式: : tgcf4.2 4.2 土土的抗剪強度試的抗剪強度試驗驗一、直剪試驗一、直剪試驗P PT T土樣土樣下盒下盒上盒上盒S S面積面積A A直剪儀直剪儀(direct shear test apparatus)u應(yīng)力控制式應(yīng)力控制式 采用砝碼與杠桿分級加荷采用砝碼與杠桿分級加荷u應(yīng)變控制式應(yīng)變控制式 采用手輪按一定的位移速采用手輪按一定的位移速率連續(xù)加荷率連續(xù)加荷4.2 4.2 土土的抗剪強度試的抗剪強度試驗驗一、直剪試驗一、直剪試驗一、直剪試驗一、直剪試驗一、直剪試驗一、直剪試驗一、直剪試驗一、直剪試驗P PT T土樣土樣下盒下盒上盒上盒S S面積面積

16、A An 直剪試驗直剪試驗 法向應(yīng)力法向應(yīng)力 ：AP 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 ：AT 剪切變形剪切變形S S1 S S23一、直剪試驗一、直剪試驗1 1、直剪試驗中的應(yīng)力狀態(tài)、直剪試驗中的應(yīng)力狀態(tài)P PP PT T z z=P/A=P/A x x=k=k0 0 z z xzxz=0=0剪切前剪切前剪切破壞時剪切破壞時 xzxz z z=P/A=P/A x x O O z z=P/A=P/Ak k0 0 z z剪切前剪切前剪切剪切破壞時破壞時一、直剪試驗一、直剪試驗 O nK0 nPSTAz x zx xz 13一、直剪試驗一、直剪試驗2 2、直剪試驗的強度包線、直剪試驗的強度包線 S S123 O Oc

17、 cn 庫侖公式：（庫侖公式：（17761776） f1f1 f2f2 f3f3 f f ：土的抗剪強度：土的抗剪強度 tgtg ：摩擦強度：摩擦強度-正比于壓力正比于壓力 ：土的內(nèi)摩擦角：土的內(nèi)摩擦角 c c：粘聚強度：粘聚強度-與所受壓力無關(guān)與所受壓力無關(guān) tgcf一、直剪試驗一、直剪試驗3 3、直剪試驗的類型、直剪試驗的類型(1) (1) 固結(jié)慢剪固結(jié)慢剪 施加正應(yīng)力施加正應(yīng)力- -充分固結(jié)充分固結(jié) 剪切速率很慢，剪切速率很慢，0.02mm/0.02mm/分，分， 以保證無超靜孔壓以保證無超靜孔壓(2) (2) 固結(jié)快剪固結(jié)快剪 施加正應(yīng)力施加正應(yīng)力- -充分固結(jié)充分固結(jié) 在在3-53-

18、5分鐘內(nèi)剪切破壞分鐘內(nèi)剪切破壞(3) (3) 快剪快剪 施加正應(yīng)力后立即剪切施加正應(yīng)力后立即剪切 3-5 3-5分鐘內(nèi)剪切破壞分鐘內(nèi)剪切破壞通過控制通過控制剪切速率剪切速率近似模擬近似模擬排水條件排水條件一、直剪試驗一、直剪試驗4 4、直剪試驗的優(yōu)、缺點、直剪試驗的優(yōu)、缺點C設(shè)備和操作簡單設(shè)備和操作簡單D人為固定剪切面人為固定剪切面D剪切面應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜剪切面應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜應(yīng)力、應(yīng)變不均勻應(yīng)力、應(yīng)變不均勻主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn)主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn)D剪切面積逐漸減小剪切面積逐漸減小D排水條件不明確排水條件不明確P PT T土樣土樣T TP P試樣內(nèi)的試樣內(nèi)的變形分布變形分布一、直剪試驗一、直剪試驗試樣試樣圍壓圍壓

19、力力 3 3閥門閥門閥門閥門馬達馬達橫梁橫梁量力環(huán)量力環(huán)百分表百分表量水管量水管孔壓孔壓量測量測二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗F試樣應(yīng)力特點試樣應(yīng)力特點與試驗方法與試驗方法F強度包線強度包線F試驗類型試驗類型F優(yōu)缺點優(yōu)缺點二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗1 1、應(yīng)力特點與試驗方法、應(yīng)力特點與試驗方法n 方法：方法：固結(jié)：試樣施加圍壓力固結(jié)：試樣施加圍壓力 1 1= = 2 2= = 3 3 剪切：施加應(yīng)力差剪切：施加應(yīng)力差 1 1= = 1 1- - 3 3 n 應(yīng)力特點：應(yīng)力特點：試樣是軸對稱應(yīng)力狀態(tài)試樣是軸對稱應(yīng)力狀態(tài)垂直應(yīng)力垂直應(yīng)力 z z一般是大主應(yīng)力一般是大主應(yīng)力 1 1側(cè)向應(yīng)力總

20、是相等側(cè)向應(yīng)力總是相等 x x= = y y，且，且為中、小主應(yīng)力為中、小主應(yīng)力 2 2= = 3 3試樣試樣水壓水壓力力 c c軸向力軸向力F Fcy cx 1cz 二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗1 1、應(yīng)力特點與試驗方法、應(yīng)力特點與試驗方法類型類型施加施加 3 3施加施加 1 1- - 3 3量測量測固結(jié)固結(jié)排水排水固結(jié)固結(jié)排水排水體變體變固結(jié)固結(jié)不排水不排水固結(jié)固結(jié)不排水不排水孔隙水孔隙水壓力壓力不固結(jié)不固結(jié)不排水不排水不固結(jié)不固結(jié)不排水不排水孔隙水孔隙水壓力壓力常用試驗類型常用試驗類型試樣試樣圍壓圍壓力力 3 3閥門閥門閥門閥門馬達馬達橫梁橫梁量力環(huán)量力環(huán)百分表百分表量水管量水管孔壓

21、孔壓量測量測二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗 1 1- - 3 3 1 1( ( 1 1- - 3 3) )f f( ( 1 1- - 3 3) )f f2 2、破壞偏差應(yīng)力取值方法、破壞偏差應(yīng)力取值方法松砂松砂密砂密砂F取曲線的最大偏差應(yīng)力值取曲線的最大偏差應(yīng)力值作為作為( ( 1 1- - 3 3) )f fF取規(guī)定的軸向應(yīng)變值（通取規(guī)定的軸向應(yīng)變值（通常常15%15%）所相應(yīng)的偏差應(yīng)）所相應(yīng)的偏差應(yīng)力作為力作為( ( 1 1- - 3 3) )f fF以最大有效主應(yīng)力比以最大有效主應(yīng)力比(1 1/ /3 3) )maxmax處的偏差應(yīng)處的偏差應(yīng)力值作為力值作為( ( 1 1- - 3 3

22、) )f f15%15%二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗 1 1- - 3 3 1 1 3 3=100kPa=100kPa 3 3=300kPa=300kPa 3 3=500kPa=500kPa3 3、三軸試驗確定土的強度包線、三軸試驗確定土的強度包線 O O 3 3 1f1f強度包線強度包線c c F由不同圍壓由不同圍壓 的三軸試驗，得到破壞時相應(yīng)的（的三軸試驗，得到破壞時相應(yīng)的（ 1 1- - ) )f fF分別繪制破壞狀態(tài)的莫爾應(yīng)力圓，其公切線即為強度包分別繪制破壞狀態(tài)的莫爾應(yīng)力圓，其公切線即為強度包線，可得強度指標線，可得強度指標c c與與 15%15%( ( 1 1- - 3 3)

23、)f f二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗F固結(jié)排水試驗（固結(jié)排水試驗（CDCD試驗）試驗）Consolidated Drained Triaxial test (CD)Consolidated Drained Triaxial test (CD)總應(yīng)力抗剪強度指標：總應(yīng)力抗剪強度指標： c cd d d d （c c ）4 4、試驗類型與強度指標、試驗類型與強度指標F固結(jié)不排水試驗（固結(jié)不排水試驗（CUCU試驗）試驗）Consolidated Undrained Triaxial test (CU)Consolidated Undrained Triaxial test (CU)總應(yīng)力抗總應(yīng)力

24、抗剪強度指標：剪強度指標：c ccucu cucuF不固結(jié)不排水試驗（不固結(jié)不排水試驗（UUUU試驗）試驗）Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU)Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU)總應(yīng)力抗總應(yīng)力抗剪強度指標：剪強度指標： c cu u u u （ c cuuuu uuuu ）二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗 c c 3 3131q3 不固結(jié)或固結(jié)是對周圍壓力增量而言的不固結(jié)或固結(jié)是對周圍壓力增量而言的不排水或排水是對附加軸向壓力而言的不排水或排水是對附加軸向壓力而言的 =+抗剪強度試驗抗剪強度試

25、驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗不同排水條件時的剪切試驗方法及成果表達不同排水條件時的剪切試驗方法及成果表達（1 1）不固結(jié)不排水剪（）不固結(jié)不排水剪（UUUU） n三軸試驗：施加周圍壓力三軸試驗：施加周圍壓力 3、軸向壓力軸向壓力 直至剪破的整個直至剪破的整個過程都關(guān)閉排水閥門，不允許過程都關(guān)閉排水閥門，不允許試樣排水固結(jié)試樣排水固結(jié) 3 3 3 3 3 3 n直剪試驗：通過試驗加荷的快直剪試驗：通過試驗加荷的快慢來實現(xiàn)是否排水。使試樣在慢來實現(xiàn)是否排水。使試樣在3 35min5min之內(nèi)剪破，稱之為快剪之內(nèi)剪破，稱之為快剪關(guān)閉排關(guān)閉排水閥水閥二、二、三軸壓縮試驗三

26、軸壓縮試驗有效應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓總應(yīng)力圓總應(yīng)力圓 u u=0=0BCcu uAA 3A 1A飽和粘性土在三組飽和粘性土在三組 3 3下的不排水剪試驗下的不排水剪試驗得到得到A、B、C三個不同三個不同 3 3作用下破壞時作用下破壞時的總應(yīng)力圓的總應(yīng)力圓試驗表明：雖然三個試樣的周圍壓力試驗表明：雖然三個試樣的周圍壓力 3 3不同，但破壞時不同，但破壞時的主應(yīng)力差相等，三個極限應(yīng)力圓的直徑相等，因而強的主應(yīng)力差相等，三個極限應(yīng)力圓的直徑相等，因而強度包線是一條水平線度包線是一條水平線三個試樣只能得到一個有效應(yīng)力圓三個試樣只能得到一個有效應(yīng)力圓 3 3 3 3 3 3 二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗（

27、2 2）固結(jié)不排水剪（）固結(jié)不排水剪（CUCU） n三軸試驗：施加周圍壓力三軸試驗：施加周圍壓力 3 3時打開排水閥門，試樣完全時打開排水閥門，試樣完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全消散。然后關(guān)閉排水閥門，消散。然后關(guān)閉排水閥門，再施加軸向壓力增量再施加軸向壓力增量 ，使，使試樣在不排水條件下剪切破試樣在不排水條件下剪切破壞壞n直剪試驗：剪切前試樣在垂直剪試驗：剪切前試樣在垂直荷載下充分固結(jié)，剪切時直荷載下充分固結(jié)，剪切時速率較快，使土樣在剪切過速率較快，使土樣在剪切過程中不排水，這種剪切方法程中不排水，這種剪切方法為稱固結(jié)快剪為稱固結(jié)快剪 3 3 3 3 3 3 關(guān)閉排關(guān)閉

28、排水閥水閥二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗將總應(yīng)力圓在水平軸上左移將總應(yīng)力圓在水平軸上左移u uf f得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓，得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓，按有效應(yīng)力圓強度包線可確定按有效應(yīng)力圓強度包線可確定c 、 ccuc cucu ABC 3 3 3 3 3 3 飽和粘性土在三組飽和粘性土在三組 3 3下進行固結(jié)不排水剪下進行固結(jié)不排水剪試驗得到試驗得到A、B、C三個不同三個不同 3 3作用下破壞作用下破壞時的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強度包線確定時的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強度包線確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強度指標固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強度指標ccu、 cu二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗（3 3）固結(jié)排水剪（）固

29、結(jié)排水剪（CDCD） n三軸試驗：試樣在周圍壓力三軸試驗：試樣在周圍壓力 3 3作用下排水固結(jié)，再緩慢施加作用下排水固結(jié)，再緩慢施加軸向壓力增量軸向壓力增量 ，直至剪破，直至剪破，整個試驗過程中打開排水閥門，整個試驗過程中打開排水閥門，始終保持試樣的孔隙水壓力為始終保持試樣的孔隙水壓力為零零n直剪試驗：試樣在垂直壓力下固直剪試驗：試樣在垂直壓力下固結(jié)穩(wěn)定，再以緩慢的速率施加水結(jié)穩(wěn)定，再以緩慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整個試驗過平剪力，直至剪破，整個試驗過程中盡量使土樣排水，試驗方法程中盡量使土樣排水，試驗方法稱為慢剪稱為慢剪 3 3 3 3 3 3 打開排打開排水閥水閥二、二、三軸壓縮試驗

30、三軸壓縮試驗在整個排水剪試驗過程中，在整個排水剪試驗過程中， uf 0 0，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力強度線即是有效應(yīng)力強度線。強度指標為強度線即是有效應(yīng)力強度線。強度指標為cd、 d d cd d d總結(jié)總結(jié): : 3 3 3 3 3 3 對于同一種土，在不同的排水條件下進行試驗，總應(yīng)力強度對于同一種土，在不同的排水條件下進行試驗，總應(yīng)力強度指標完全不同指標完全不同有效應(yīng)力強度指標不隨試驗方法的改變而不同，抗剪強度與有效應(yīng)力強度指標不隨試驗方法的改變而不同，抗剪強度與有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系有效應(yīng)

31、力有唯一的對應(yīng)關(guān)系二、二、三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗 土的抗剪強度指標隨試驗方法、排水條件的不同而土的抗剪強度指標隨試驗方法、排水條件的不同而異，對于具體工程問題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場條件決定異，對于具體工程問題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場條件決定采用實驗室的試驗方法，以獲得合適的抗剪強度指標采用實驗室的試驗方法，以獲得合適的抗剪強度指標 試驗方法試驗方法適用條件適用條件不排水剪或不排水剪或快剪（快剪（UU）地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較快工速度較快排水剪或慢排水剪或慢剪（剪（CD）地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物地基土的透水性好，排水條件較佳，

32、建筑物加荷速率較慢加荷速率較慢固結(jié)不排水固結(jié)不排水剪或固結(jié)快剪或固結(jié)快剪（剪（CU）建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件等介于上述兩種情況之間地基條件等介于上述兩種情況之間試驗條件與現(xiàn)場條件試驗條件與現(xiàn)場條件的對應(yīng)關(guān)系的對應(yīng)關(guān)系粘土地基上的分層慢粘土地基上的分層慢速填方速填方 在在1層固結(jié)后，快速施工層固結(jié)后，快速施工2層層12軟土地基上的快速填方軟土地基上的快速填方固結(jié)排水試驗固結(jié)排水試驗固結(jié)不排水試驗固結(jié)不排水試驗不固結(jié)不排水試驗不固結(jié)不排水試驗5 5、常規(guī)三軸試驗優(yōu)缺點、常規(guī)三軸試驗優(yōu)缺點C單元體試驗，試樣內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變相對均勻單元體試驗，試

33、樣內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變相對均勻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)場無法試驗現(xiàn)場無法試驗D常規(guī)三軸試驗不能反映常規(guī)三軸試驗不能反映 2 2的影響的影響說明：說明： 3 30 0 即為無側(cè)限抗壓強度試驗即為無側(cè)限抗壓強度試驗三、三、十字板剪切試驗十字板剪切試驗F一般適用于測定軟粘土的一般適用于測定軟粘土的不排水強度指標不排水強度指標F鉆孔到指定的土層，插入鉆孔到指定的土層，插入十字形的探頭十字形的探頭F通過施加的扭矩計算土的通過施加的扭矩計算土的抗剪強度抗剪強度M M假定：假定：

34、(1) 剪破面為圓柱面；剪破面為圓柱面；(2) 抗剪強度均勻；抗剪強度均勻；推導(dǎo)其抗剪強度計算公式如下：推導(dǎo)其抗剪強度計算公式如下：十字板剪切試驗可在現(xiàn)場鉆孔內(nèi)進行。試驗時，先將十字板插到十字板剪切試驗可在現(xiàn)場鉆孔內(nèi)進行。試驗時，先將十字板插到要進行試驗的深度，再在十字板剪切儀上端的加力架上以一定的要進行試驗的深度，再在十字板剪切儀上端的加力架上以一定的轉(zhuǎn)速對其施加扭力矩，使板內(nèi)的土體與其周圍土體產(chǎn)生相對扭剪轉(zhuǎn)速對其施加扭力矩，使板內(nèi)的土體與其周圍土體產(chǎn)生相對扭剪，直至剪破，測出其相應(yīng)的最大扭力矩。然后，根據(jù)力矩的平衡，直至剪破，測出其相應(yīng)的最大扭力矩。然后，根據(jù)力矩的平衡條件，推算出圓柱形剪

35、破面上土的抗剪強度。條件，推算出圓柱形剪破面上土的抗剪強度。M M2 2 fvfv fhfhM M1 1D DH HM Mf2f321max2HD6DMMM fh32/D0fh16Drdrr22M fv22DDHM 假定土體為各向同性，假定土體為各向同性， fhfh= = fvfv= = f f：)3DH(D2M2maxf三、十字板剪切試驗三、十字板剪切試驗在飽和粘土不固結(jié)不排水剪試驗中，在飽和粘土不固結(jié)不排水剪試驗中，u0， fcu.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 0時即為時即為無側(cè)限試驗條件，這時只有無側(cè)限試驗條件，這時只有q= 1。所以所以，也可稱為，也可稱為單軸壓縮

36、試驗單軸壓縮試驗。由于試樣的側(cè)。由于試樣的側(cè)向壓力為零，在側(cè)向受壓時，其側(cè)向變形向壓力為零，在側(cè)向受壓時，其側(cè)向變形不受限制，故又稱為無側(cè)限壓縮試驗。同不受限制，故又稱為無側(cè)限壓縮試驗。同時，又由于試樣是在軸向壓縮的條件下破時，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承受的壞的，因此，把這種情況下土所能承受的最大軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強度以最大軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強度以qu表表示。試驗時仍用圓柱狀試樣，可在專門的示。試驗時仍用圓柱狀試樣，可在專門的無側(cè)限儀上進行，也可在三軸儀上進行。無側(cè)限儀上進行，也可在三軸儀上進行。四、四、無側(cè)限抗壓強度無側(cè)限抗壓強度 由于不能施加周

37、圍壓力，因而根據(jù)試驗結(jié)果，只能作一個由于不能施加周圍壓力，因而根據(jù)試驗結(jié)果，只能作一個極限應(yīng)力圓，難以得到破壞包線。飽和粘性土的三軸不固結(jié)不極限應(yīng)力圓，難以得到破壞包線。飽和粘性土的三軸不固結(jié)不排水試驗結(jié)果表明，其破壞包線為一水平線，即排水試驗結(jié)果表明，其破壞包線為一水平線，即 u=0。因此，因此，對于飽和粘性土的不排水抗剪強度，就可利用無側(cè)限抗壓強度對于飽和粘性土的不排水抗剪強度，就可利用無側(cè)限抗壓強度qu 來得到，即來得到，即式中式中tf為土的不排水抗剪強度，為土的不排水抗剪強度，kPa；cu為土的不排水粘聚力，為土的不排水粘聚力，kPa；qu為無側(cè)限抗壓強度，為無側(cè)限抗壓強度，kPa。四

38、、四、無側(cè)限抗壓強度無側(cè)限抗壓強度四、四、無側(cè)限抗壓強度無側(cè)限抗壓強度一、一、 抗剪強度的來源抗剪強度的來源-內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力n 內(nèi)摩擦力：內(nèi)摩擦力：決定于剪切面上的正應(yīng)力決定于剪切面上的正應(yīng)力和土的內(nèi)摩擦角和土的內(nèi)摩擦角 由顆粒之間發(fā)生滑動時顆粒接觸由顆粒之間發(fā)生滑動時顆粒接觸面粗糙不平所引起，與顆粒的形面粗糙不平所引起，與顆粒的形狀，礦物組成，級配等因素有關(guān)狀，礦物組成，級配等因素有關(guān)0.02 0.06 0.2 0.6 20.02 0.06 0.2 0.6 23030 2020 顆粒直徑顆粒直徑 (mm)(mm)滑動摩擦角滑動摩擦角 u u粗粉粗粉 細砂細砂 中砂中砂 粗砂粗砂 滑動摩擦滑

39、動摩擦 咬合摩擦咬合摩擦 包括如下兩個包括如下兩個組成部分組成部分 ： 滑動摩擦滑動摩擦4.3 4.3 影響抗剪強度指標的因素影響抗剪強度指標的因素n 內(nèi)摩擦力：內(nèi)摩擦力：決定于剪切面上的正應(yīng)力決定于剪切面上的正應(yīng)力和土的內(nèi)摩擦角和土的內(nèi)摩擦角 滑動摩擦滑動摩擦 咬合摩擦咬合摩擦 包括如下兩個包括如下兩個組成部分組成部分 ：是指相鄰顆粒對于相對移動的約束作用是指相鄰顆粒對于相對移動的約束作用當發(fā)生剪切破壞時，相互咬合著的顆粒當發(fā)生剪切破壞時，相互咬合著的顆粒A A必須抬起，跨越相鄰顆粒必須抬起，跨越相鄰顆粒B B，或在尖角處，或在尖角處被剪斷（被剪斷（C C），才能移動），才能移動 土體中的顆

40、粒重新排列，也會消耗能量土體中的顆粒重新排列，也會消耗能量 咬合摩擦咬合摩擦C CA AB BC CA AB B剪切面剪切面一、一、抗剪強度的來源抗剪強度的來源-內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力n 細粒土：細粒土：粘聚力粘聚力c c取決于土粒間的各種物理化學作用力取決于土粒間的各種物理化學作用力F作用機理：庫倫力（靜電力）、范德華力、作用機理：庫倫力（靜電力）、范德華力、 膠結(jié)作用力和毛細力等膠結(jié)作用力和毛細力等F影響因素：地質(zhì)歷史、粘土顆粒礦物成分、影響因素：地質(zhì)歷史、粘土顆粒礦物成分、 密度與離子濃度密度與離子濃度n 粗粒土：粗粒土：一般認為是無粘性土，不具有粘聚強度：一般認為是無粘性土，不具有粘聚強度：

41、F 當粗間有膠結(jié)物質(zhì)存在時可具有一定的粘聚強度當粗間有膠結(jié)物質(zhì)存在時可具有一定的粘聚強度F 非飽和砂土，粒間受毛細壓力，具有假粘聚力非飽和砂土，粒間受毛細壓力，具有假粘聚力二、二、抗剪強度的來源抗剪強度的來源-粘聚力粘聚力l顆粒的礦物成分顆粒的礦物成分l土的顆粒形狀及級配土的顆粒形狀及級配l土的原始密度土的原始密度l土的含水率土的含水率l土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)n 土的物理化學性質(zhì)土的物理化學性質(zhì)的影響的影響三、三、影響抗剪強度的各種因素影響抗剪強度的各種因素n 庫侖公式庫侖公式: : tgcfn 孔隙水壓力的影響孔隙水壓力的影響l 固結(jié)排水試驗（固結(jié)排水試驗（CDCD試驗）試驗）l 固結(jié)不排水試驗（

42、固結(jié)不排水試驗（CUCU試驗）試驗）l 不固結(jié)不排水試驗（不固結(jié)不排水試驗（UUUU試驗）試驗）小結(jié)小結(jié)土的極限平衡條件土的極限平衡條件)245(tan213)245(tan231無粘性土無粘性土)245tan(2)245(tan213c)245tan(2)245(tan231c粘性土粘性土土體處于極限平衡狀態(tài)時，土體應(yīng)力狀態(tài)（土體處于極限平衡狀態(tài)時，土體應(yīng)力狀態(tài)（ 1 1和和 3 3）與抗剪強度指標）與抗剪強度指標（c, c, ）之間應(yīng)滿足的關(guān)系之間應(yīng)滿足的關(guān)系F 計算主應(yīng)力計算主應(yīng)力 1 1, , 3 3：F 確定土單元體的應(yīng)力狀態(tài)（確定土單元體的應(yīng)力狀態(tài)（ x x， z z， xzxz）

43、2xz2zxzx3, 14)2(2 F判別是否剪切判別是否剪切破壞：破壞： 由由 3 3 1f1f，比較，比較 1 1和和 1f1f 由由 1 1 3f3f，比較，比較 3 3和和 3f3f 由由 1 1, , 3 3 m m，比較，比較 和和 m m土土單單元元是是否否破破壞壞的的判判別別小結(jié)小結(jié)土的抗剪強度指標土的抗剪強度指標tgfn 庫侖公式庫侖公式: :tgcf粘性土粘性土無粘性土無粘性土(4.5)(4.6)直剪試驗直剪試驗三軸試驗三軸試驗無側(cè)限壓縮試驗無側(cè)限壓縮試驗十字板扭剪試驗十字板扭剪試驗n 指標確定方法：指標確定方法：土的物理化學性質(zhì)土的物理化學性質(zhì)孔隙水壓力孔隙水壓力n 指標

44、影響因素：指標影響因素：1 12 23 3S SP P0 0極極限限荷荷載載P PcrcrP Pu u階段階段1 1：彈性段彈性段 壓密階段壓密階段階段階段2 2：局部塑性區(qū)局部塑性區(qū) 剪切階段剪切階段階段階段3 3：完全破壞段完全破壞段 破壞階段破壞階段PS曲線曲線臨臨塑塑荷荷載載4.4 4.4 地基的臨塑荷載和臨界荷載地基的臨塑荷載和臨界荷載一、一、地基變形地基變形臨塑荷載：臨塑荷載：地基處于彈性階段與局部塑性階段界限狀態(tài)地基處于彈性階段與局部塑性階段界限狀態(tài)時對應(yīng)的荷載。此時地基中任一點都未達到塑性狀態(tài)，時對應(yīng)的荷載。此時地基中任一點都未達到塑性狀態(tài)，但即將達到。但即將達到。局部塑性區(qū)局

45、部塑性區(qū)彈性階段彈性階段二、二、地基的臨塑荷載地基的臨塑荷載 地基隨荷載增加，地基土產(chǎn)生壓密變形地基隨荷載增加，地基土產(chǎn)生壓密變形和塑性變形。隨著荷載的增大，塑性區(qū)開展深度亦不和塑性變形。隨著荷載的增大，塑性區(qū)開展深度亦不斷加深，即荷載越大，塑性區(qū)越深。斷加深，即荷載越大，塑性區(qū)越深。因此確定地基承載力時，因此確定地基承載力時，在保證建筑物安全和正在保證建筑物安全和正常使用的前提下，把地常使用的前提下，把地基的塑性區(qū)開展最大深基的塑性區(qū)開展最大深度度Zmax限制在某一數(shù)值限制在某一數(shù)值內(nèi)，將其對應(yīng)的荷內(nèi)，將其對應(yīng)的荷載取載取做設(shè)計荷載的控制值。做設(shè)計荷載的控制值。臨界荷載計算臨界荷載計算 (

46、(條形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)) ) 塑性開展區(qū)的最塑性開展區(qū)的最大深度大深度Zmax(從基底算從基底算起起)，Zmax=0時時(地基中地基中即將發(fā)生塑性區(qū)時即將發(fā)生塑性區(qū)時)相相應(yīng)的基底荷載稱為臨應(yīng)的基底荷載稱為臨塑荷載，以塑荷載，以pcr表示，表示，臨塑荷載計算公式可臨塑荷載計算公式可按下述方法求出按下述方法求出。二、二、地基的臨塑荷載地基的臨塑荷載)sin(003 , 1ozdp 自重應(yīng)力自重應(yīng)力 設(shè)設(shè)k0 =1.0 合力合力 附加應(yīng)力附加應(yīng)力zddpo0003 , 1)sin(zdcz01)(003zdkcz 0 0d dp p0 0z zMb b基礎(chǔ)底部基礎(chǔ)底部二、二、地基的臨塑荷載地基的臨塑荷

47、載 極限平衡條件：極限平衡條件：sintan23131cc 將將 1 1， 3 3代入極限平衡條件，得到：代入極限平衡條件，得到： 0 0d dp p2 2z zMb b基礎(chǔ)底部基礎(chǔ)底部基礎(chǔ)邊緣下塑性區(qū)的邊界方程基礎(chǔ)邊緣下塑性區(qū)的邊界方程dcdpz0000tan)sinsin(4.29)(4.29)0maxzcrp二、二、地基的臨塑荷載地基的臨塑荷載 此式為塑性區(qū)的邊界方程，它表示塑性區(qū)邊界上任一此式為塑性區(qū)的邊界方程，它表示塑性區(qū)邊界上任一點的點的Z與與P間的關(guān)系。如果基礎(chǔ)的埋置深度間的關(guān)系。如果基礎(chǔ)的埋置深度d、荷載荷載P以及以及土的性能指標土的性能指標c、均已知，可繪出塑性區(qū)的邊界線。均

48、已知，可繪出塑性區(qū)的邊界線。dcdpz0000tan)sinsin(二、二、地基的臨塑荷載地基的臨塑荷載dccdpz00maxtan2tan 由由z z與與的單值關(guān)系可求出的單值關(guān)系可求出z z的極值：的極值：臨塑荷載：臨塑荷載：cNdNdcccdpcdcr0002tan)tan(0maxz0ddz二、二、地基的臨塑荷載地基的臨塑荷載 臨界荷載是指允許地基產(chǎn)生一定范圍塑性區(qū)所臨界荷載是指允許地基產(chǎn)生一定范圍塑性區(qū)所對應(yīng)的荷載對應(yīng)的荷載工程實踐表明，即使地基發(fā)生局部剪切破壞，地基中塑性區(qū)有所工程實踐表明，即使地基發(fā)生局部剪切破壞，地基中塑性區(qū)有所發(fā)展，只要塑性區(qū)范圍不超出某一限度，就不致影響建筑

49、物的安發(fā)展，只要塑性區(qū)范圍不超出某一限度，就不致影響建筑物的安全和正常使用，因此用允許地基產(chǎn)生塑性區(qū)的臨塑荷載全和正常使用，因此用允許地基產(chǎn)生塑性區(qū)的臨塑荷載p pcrcr 作為作為地基承載力的話，往往不能充分發(fā)揮地基的承載能力，取值偏于地基承載力的話，往往不能充分發(fā)揮地基的承載能力，取值偏于保守。一般認為，在中心垂直荷載下，塑性區(qū)的最大發(fā)展深度保守。一般認為，在中心垂直荷載下，塑性區(qū)的最大發(fā)展深度z zmaxmax可控制在基礎(chǔ)寬度的可控制在基礎(chǔ)寬度的1/41/4，相應(yīng)的塑性荷載用，相應(yīng)的塑性荷載用p p1/41/4表示。表示。 01 40(cot/4)cot2dcbpd三、地基的臨界荷載三、

50、地基的臨界荷載也可改用：也可改用：1 40bdcpNbNdN c4(cot)2bNcot2cot2dNcotcot2cN對于偏心荷載作用的基礎(chǔ)，也可取對于偏心荷載作用的基礎(chǔ)，也可取z zmaxmax=b/3=b/3相應(yīng)的塑性荷載相應(yīng)的塑性荷載p p1/31/3作為地基的承載力，即作為地基的承載力，即 01 30(cot/3)cot2dcbpd增大增大p p1/41/4 、p p1/31/3增大增大增大增大臨界荷載臨界荷載：臨塑臨塑荷載荷載：評評 論論cNdNpcdcr0cNdNbNpcd004141b b的變化對的變化對p pcrcr沒有影響沒有影響特例：特例： 0 0時時b b的變化對的變化

51、對p p1/4 1/4 、p p1/31/3沒有影響沒有影響外因外因b、d內(nèi)因內(nèi)因 、c、 地基承載力是指地基土單位面積上所能承受的荷載，地基承載力是指地基土單位面積上所能承受的荷載，通常把地基土單位面積上所能承受的最大荷載稱為極限通常把地基土單位面積上所能承受的最大荷載稱為極限荷載或極限承載力。荷載或極限承載力。 正確的地基設(shè)計，既要滿足地基強度和穩(wěn)定性的要求，正確的地基設(shè)計，既要滿足地基強度和穩(wěn)定性的要求，也要保證滿足地基變形的要求。要求作用在基底的壓應(yīng)也要保證滿足地基變形的要求。要求作用在基底的壓應(yīng)力不超過地基的極限承載力，并有足夠的安全度，而且力不超過地基的極限承載力，并有足夠的安全度

52、，而且所產(chǎn)生的變形不能超過建筑物的允許變形。滿足以上兩所產(chǎn)生的變形不能超過建筑物的允許變形。滿足以上兩項要求時，地基單位面積上所能承受的荷載就稱為地基項要求時，地基單位面積上所能承受的荷載就稱為地基的承載力。的承載力。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中稱為地基承載中稱為地基承載力的特征值，力的特征值，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中稱為中稱為地基的容許承載力。地基的容許承載力。 4.5 4.5 地基的極限荷載地基的極限荷載一、地基極限荷載的概念一、地基極限荷載的概念承載力的確定承載力的確定極限承載力：極限承載力：地基承受荷載的極限能力地基承受荷載的極限能力 承載力

53、承載力容許承載力：承載力特征值容許承載力：承載力特征值 ( (設(shè)計值設(shè)計值) )通過載荷試驗確定通過載荷試驗確定通過經(jīng)驗確定通過經(jīng)驗確定需要經(jīng)過深度和寬度修正需要經(jīng)過深度和寬度修正通過公式計算通過公式計算 承載力：承載力：地基承受荷載的能力。數(shù)值上用地基單位面積上所能承地基承受荷載的能力。數(shù)值上用地基單位面積上所能承受的荷載來表示。受的荷載來表示。容許承載力：容許承載力：保留足夠安全儲備，且滿足一定變形要求的承載力。保留足夠安全儲備，且滿足一定變形要求的承載力。也即能夠保證建筑物正常使用所要求的地基承載力。也即能夠保證建筑物正常使用所要求的地基承載力。 要求較高：要求較高：f = f = P

54、Pcrcr 一般情況下：一般情況下：f = Pf = P1/41/4 或或 P P1/31/3 在中國在中國取取P P1/41/4或者：或者： 用極限荷載計算：用極限荷載計算：f = f = P Pu u / K / K K-K-安全系數(shù)安全系數(shù)太沙基：太沙基：K K 3.03.0斯凱普頓：斯凱普頓：K=1.1K=1.11.51.5漢森公式：漢森公式：K K 2.0 2.0K=K=承載力的確定承載力的確定PS曲線曲線1 12 23 3S SP P0 0P PcrcrP Pu u臨塑荷載臨塑荷載4.5 4.5 地基的極限荷載地基的極限荷載一、地基極限荷載的概念一、地基極限荷載的概念地基的極限荷載

55、：地基的極限荷載：特指地基在外荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力特指地基在外荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力達到極限平衡時的荷載。達到極限平衡時的荷載。極限荷載極限荷載 太沙基公式太沙基公式 斯凱普頓公式斯凱普頓公式 漢森公式漢森公式u 計算方法：計算方法：二、二、太沙基太沙基 (Terzaghi) 公式公式 適用范圍：適用范圍： 基底完全粗糙基底完全粗糙 條形基礎(chǔ)、方形基礎(chǔ)、圓形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)、方形基礎(chǔ)、圓形基礎(chǔ) 理論假定：理論假定： 條形基礎(chǔ)，均布荷載作用條形基礎(chǔ)，均布荷載作用 地基發(fā)生滑動時，滑動面的形狀，兩端為直線，中間為曲地基發(fā)生滑動時，滑動面的形狀，兩端為直線，中間為曲線，左右對稱線，左右對稱 滑動面土體分為三區(qū)

56、：滑動面土體分為三區(qū)：被動區(qū)被動區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)剛性核剛性核 基底完全粗糙基底完全粗糙: : = 剛性核分析剛性核分析：pu EpWEptan4tan22bcbEbppub bpu90 45 - /2q = 0d 二、二、太沙基太沙基 (Terzaghi) 公式公式滑動土體自重產(chǎn)生的抗力滑動土體自重產(chǎn)生的抗力側(cè)荷載側(cè)荷載 d d 產(chǎn)生的產(chǎn)生的抗力抗力滑裂面上的粘聚力產(chǎn)生的抗力滑裂面上的粘聚力產(chǎn)生的抗力cNcqNqNb21極限承載力極限承載力p pu u的組成：的組成：cquNcNqNbp21式中式中 q基礎(chǔ)底面以上基礎(chǔ)兩側(cè)超載，基礎(chǔ)底面以上基礎(chǔ)兩側(cè)超載，kpa， q= d b 、d基底寬和埋深基

57、底寬和埋深N 、 Nq 、 Nc 為太沙基承載力系數(shù)，它只與土的內(nèi)摩擦角有關(guān)，為太沙基承載力系數(shù)，它只與土的內(nèi)摩擦角有關(guān)，可從可從P69表表4-2查得，下圖查得，下圖4.30實線查得。實線查得。Terzaghi極限承載力公式：極限承載力公式：bNdNcNpqcu21N N 、 N Nq q 、 N Nc c承載力系數(shù)，只取決于承載力系數(shù)，只取決于 u 條形基礎(chǔ)：條形基礎(chǔ)：以上公式適用于條形荷載作用下地基土整體剪切破壞情況，以上公式適用于條形荷載作用下地基土整體剪切破壞情況，即適用于堅硬黏土和密實砂土。即適用于堅硬黏土和密實砂土。二、二、太沙基太沙基 (Terzaghi) 公式公式二、二、太沙基

58、太沙基 (Terzaghi) 公式公式對于局部剪切破壞對于局部剪切破壞(軟黏土，松砂軟黏土，松砂)，可用調(diào)整抗，可用調(diào)整抗剪強度指標剪強度指標 、c的方法修正，即令：的方法修正，即令：式中式中 Nc， 、Nq 、N ，相應(yīng)于局部剪切破壞相應(yīng)于局部剪切破壞的承載力系數(shù)，根據(jù)的承載力系數(shù)，根據(jù)值由圖值由圖4.30的虛線查得。的虛線查得。二、二、太沙基太沙基 (Terzaghi) 公式公式u12qcpbNqNcN密實土中條形基礎(chǔ)：密實土中條形基礎(chǔ)：密實土中圓形基礎(chǔ)：密實土中圓形基礎(chǔ)：密實土中方形基礎(chǔ)：密實土中方形基礎(chǔ)：u0.61.2qcpRNqNcNu0.41.2qcpbNqNcN用上述太沙基極限荷

59、載公式計算地基容許用上述太沙基極限荷載公式計算地基容許承載力時，其安全系數(shù)應(yīng)取承載力時，其安全系數(shù)應(yīng)取K=3.0K=3.0，即地，即地基的容許承載力為：基的容許承載力為：Kpfu二、二、太沙基太沙基 (Terzaghi) 公式公式三、斯肯普頓（三、斯肯普頓（Skempton）公式）公式斯肯普頓滑動面斯肯普頓滑動面對于飽和軟粘土地基土（對于飽和軟粘土地基土（=0），連續(xù)滑動面），連續(xù)滑動面區(qū)的區(qū)的對數(shù)螺旋線蛻變成圓弧，對數(shù)螺旋線蛻變成圓弧，斯肯普頓斯肯普頓根據(jù)極限狀態(tài)下各滑根據(jù)極限狀態(tài)下各滑動體的平衡條件，導(dǎo)出其地基極限承載力的計算公式為：動體的平衡條件，導(dǎo)出其地基極限承載力的計算公式為：dbd

60、lbcpuu0)2 . 01)(2 . 01 (5計算公式：計算公式： 式中式中cu為地基上的不排水強度，為地基上的不排水強度，kPa，取基底以下取基底以下2/32/3b深度范圍內(nèi)的平均值；深度范圍內(nèi)的平均值；b，l為分別為基礎(chǔ)的寬度和為分別為基礎(chǔ)的寬度和長度，長度，m； 0為基礎(chǔ)埋置深度為基礎(chǔ)埋置深度d范圍內(nèi)土的重度，范圍內(nèi)土的重度，kN/m3。 工程實際證明，用斯肯普頓公式計算的軟土地基承載力工程實際證明，用斯肯普頓公式計算的軟土地基承載力與實際情況是比較接近的，安全系數(shù)與實際情況是比較接近的，安全系數(shù) K 可取可取1.11.11.51.5。三、斯肯普頓（三、斯肯普頓（Skempton）公