第五章土的抗剪強(qiáng)度和地基承載力課件

1、5.1 土的抗剪強(qiáng)度5.2 土的極限平衡條件5.3 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定5.4 地基的臨塑荷載和極限荷載5.5 地基承載力的確定本章主要內(nèi)容：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(diǎn)。工程實(shí)踐中與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)工程主要有以下3類： 一、土的強(qiáng)度問(wèn)題工程背景（1）是土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定問(wèn)題；如土壩、路堤等填方邊坡及天然土坡的穩(wěn)定問(wèn)題。（2）是土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)境的問(wèn)題，即土壓力問(wèn)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(wèn)題 。 3.土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問(wèn)題1. 土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問(wèn)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

2、雨作用下引起土體強(qiáng)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(wèn)題即土壓力問(wèn)題 擋土墻、基坑等工程中，墻后土體強(qiáng)度破壞將造成過(guò)大的側(cè)向土壓力，導(dǎo)致墻體滑動(dòng)、傾覆或支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞事故 。3. 建筑物地基承載力問(wèn)題 基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整體滑動(dòng)或因局部剪切破壞而導(dǎo)致過(guò)大的地基變形 甚至傾覆。 建筑物地基承載力問(wèn)題(圖4)5.1概述土的抗剪強(qiáng)度：是指土體對(duì)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(guò)規(guī)定限值(已學(xué)) 地基破壞 強(qiáng)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(qiáng)度破壞的機(jī)理： 在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變

3、形，當(dāng)土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。一、莫爾-庫(kù)侖破壞理論二、莫爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則 極限平衡條件5.2 土的極限平衡條件1. 庫(kù)侖公式2. 應(yīng)力狀態(tài)與摩爾圓3. 極限平衡應(yīng)力狀態(tài)4. 摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論5. 破壞判斷方法6. 滑裂面的位置PSTA一、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論固定滑裂面一般應(yīng)力狀態(tài)如何判斷是否破壞？1. 庫(kù)侖公式庫(kù)侖公式1776年，庫(kù)侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)得出f = tan 砂土后來(lái)，根據(jù)粘性土剪切試驗(yàn)得出f =c+ tan 粘土c庫(kù)侖定律：土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力 的線性函數(shù) ff庫(kù)倫公式抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c:土

4、的粘聚力:土的內(nèi)摩擦角(無(wú)粘性土：c=0)應(yīng)變式直剪儀垂直加載水平加載測(cè)微表量力環(huán)剪切盒土體內(nèi)一點(diǎn)處任意方向截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力和法向應(yīng)力） 331131斜面上的應(yīng)力土中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡原理O131/2(1 +3 )2A(, )土中某點(diǎn)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(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓圓周上各點(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。 莫爾包線表示材料在不同應(yīng)力作用下達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)面上法向應(yīng)力與剪應(yīng)力f 的關(guān)系。莫爾包線f =c+ tan 應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離： 強(qiáng)度線應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：極限應(yīng)力圓f 破壞狀態(tài)

5、土的極限平衡條件莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則31c f2 fAcctg1/2(1 +3 )無(wú)粘性土：c=0粘性土：ABDOf極限平衡條件莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則極限應(yīng)力圓破壞應(yīng)力圓剪切破壞面粘性土的極限平衡條件1= 3tg2(45+/2)2ctg (45+/2)3= 1tg2(45/2)2ctg (45/2)無(wú)粘性土的極限平衡條件1= 3tg2(45+/2)3= 1tg2(45/2) 土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為 f f2 f31cAcctg1/2(1 +3 )說(shuō)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。 max

6、Oz+zx-xzx213rR+-1一、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論2. 莫爾應(yīng)力圓大主應(yīng)力：小主應(yīng)力:圓心：半徑：z按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)x按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)莫爾圓：代表一個(gè)土單元的應(yīng)力狀態(tài)；圓周上一點(diǎn)代表一個(gè)面上的兩個(gè)應(yīng)力與3. 極限平衡應(yīng)力狀態(tài)二、摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則極限平衡應(yīng)力狀態(tài)： 有一對(duì)面上的應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到 = f土的強(qiáng)度包線： 所有達(dá)到極限平衡狀態(tài)的莫爾圓的公切線。f3. 極限平衡應(yīng)力狀態(tài)f強(qiáng)度包線以內(nèi)：下任何一個(gè)面上的一對(duì)應(yīng)力與 都沒(méi)有達(dá)到破壞包線，不破壞；與破壞包線相切：有一個(gè)面上的應(yīng)力達(dá)到破壞；與破壞包線相交：有一些平面上的應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度；不可能發(fā)生。二、摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則4. 莫爾庫(kù)侖強(qiáng)度理論（1

7、）土單元的某一個(gè)平面上的抗剪強(qiáng)度f(wàn)是該面上作用的法向應(yīng)力的單值函數(shù), f =f() （莫爾：1900年）（2）在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近似f = c +tg（3）某土單元的任一個(gè)平面上 = f ，該單元就達(dá)到了極限平衡應(yīng)力狀態(tài)二、摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則4. 莫爾庫(kù)侖強(qiáng)度理論莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論表達(dá)式極限平衡條件1f3Oc二、摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則4. 莫爾庫(kù)侖強(qiáng)度理論莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論表達(dá)式極限平衡條件1f3Oc二、摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算出大小主應(yīng)力1、3判斷破壞可能性由3計(jì)算1f比較1與1f11f 破壞狀態(tài)Oc1f3115. 破壞判斷方法判別對(duì)象：土體微小單元（一點(diǎn)）3= 常數(shù)：

8、二、摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則Oc1f3231f45/2破裂面26. 滑裂面的位置 與大主應(yīng)力面夾角： =45 + /2二、摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則1、室內(nèi)試驗(yàn)2、野外試驗(yàn)5.3 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)等 制樣（重塑土）或現(xiàn)場(chǎng)取樣 缺點(diǎn)：擾動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)力條件清楚，易重復(fù)十字板扭剪試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等 原位試驗(yàn) 缺點(diǎn)：應(yīng)力條件不易掌握 優(yōu)點(diǎn)：原狀土的原位強(qiáng)度 一、 土的剪切試驗(yàn)方法 1. 直接剪切試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）應(yīng)變式直剪儀垂直加載水平加載測(cè)微表量力環(huán)剪切盒 直剪儀(圖2)PSTA = 100KPaS = 200KPa = 300KPaOc1. 直剪試驗(yàn)五、 應(yīng)用【解答】已知1=450kPa，3=150kPa，c=20kPa， =26o 方法1：計(jì)算結(jié)果表明：1f接近該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力1，所以，該單元土體處于極限平衡狀態(tài)。 問(wèn)題解答：【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(guò)試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=20 kPa， =26o。試問(wèn)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(gè)面上，是否會(huì)沿