《地基基礎(chǔ)》第四章-土的抗剪強(qiáng)度(73P)

1、地基基礎(chǔ)第四章-土的抗剪強(qiáng)度(73P)地基基礎(chǔ)第四章-土的抗剪強(qiáng)度(73P)土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力 土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力 實例地基承載力問題實例地基承載力問題實例地基承載力問題加拿大特朗斯康大谷倉實例地基承載力問題加拿大特朗斯康大谷倉工程實例地基承載力問題近代世界上最嚴(yán)重的建筑物破壞之一1940年水泥倉庫裝載水泥，使粘性土超載，引起地基土剪切破壞而滑動。傾斜45度，地基土被擠出達(dá)5.18米，23米外的辦公樓也發(fā)生傾斜。美國紐約某水泥倉庫工程實例地基承載力問題近代世界上最嚴(yán)重的建筑物破壞之一美國4.1 土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡原理4.1.1 庫侖定律1776年

2、，庫侖根據(jù)砂土剪切試驗得出f = tan 砂土后來，根據(jù)粘性土剪切試驗得出f =c+ tan 粘土c庫侖定律：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) ff4.1 土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡原理4.1.1 庫侖定律177庫倫公式抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c:土的粘聚力:土的內(nèi)摩擦角(無粘性土：c=0)庫倫公式抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c:土的粘聚力(無粘性土：c=0) 土的抗剪強(qiáng)度一般可分為兩部分：一部分與顆粒間的法向應(yīng)力有關(guān)，通常呈正比例關(guān)系，其本質(zhì)是摩擦力；另一部分是與法向應(yīng)力無關(guān)的土粒之間的粘結(jié)力，通常稱為粘聚力。 土的抗剪強(qiáng)度一般可分為兩部分：一部分與顆粒間的法向應(yīng)影響因素土的抗剪強(qiáng)度內(nèi)在因素外在因素：試驗時的

3、排水條件等因素顆粒間的有效法向應(yīng)力土的孔隙比影響因素內(nèi)在因素外在因素：試驗時的排水條件等因素顆粒間的有效表達(dá)方法土的抗剪強(qiáng)度總應(yīng)力法：總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)有效應(yīng)力法：有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)表達(dá)方法總應(yīng)力法：總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)有效應(yīng)力法：有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) 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，滑動面上法向應(yīng)力與剪應(yīng)力f 的關(guān)系。莫爾包線f =c+ tan 4.1.2 莫爾-庫倫強(qiáng)度理論 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，滑動土體內(nèi)一點處不同方位的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力和法向應(yīng)力） 331131斜面上的應(yīng)力4.1.3 土中一點的應(yīng)力狀態(tài)土體內(nèi)一點處不同方位的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力331

4、O131/2(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(biāo)就表示該點在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。O131/2(1 +3 )2A(, )土應(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) 4.1.4 土的極限平衡條件應(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)力圓莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則31c f2 fAcctg1/2(1 +3 )無粘性土：c=0粘性土：莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則31c f2 fAcctgABDOf極限平衡條件莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則極限應(yīng)力圓破壞應(yīng)力圓剪切破壞面ABDOf極

5、限應(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)粘性土的極限平衡條件無粘性土的極限平衡條件1= 3tg2(45+/2)3= 1tg2(45/2)無粘性土的極限平衡條件1= 3tg2(45+/2) 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 f f2 f31cAcctg1/2(1 +3 )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。 max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 f的方法測定土抗剪強(qiáng)度直接

6、剪切試驗三軸壓縮試驗無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗現(xiàn)場十字板剪切儀4.2 土的剪切試驗方法的方法直接剪切試驗三軸壓縮試驗無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗現(xiàn)場十字板剪試驗儀器：直剪儀（應(yīng)變控制式，應(yīng)力控制式）4.2.1 直接剪切試驗試驗儀器：直剪儀（應(yīng)變控制式，應(yīng)力控制式）4.2.1 直接應(yīng)變控制式直剪儀的試驗原理： 對同一種土至少取4個平行試樣，分別在不同垂直壓力下剪切破壞，將試驗結(jié)果繪制抗剪強(qiáng)度f與相應(yīng)垂直壓力的關(guān)系圖。應(yīng)變控制式直剪儀的試驗原理：地基基礎(chǔ)第四章-土的抗剪強(qiáng)度(73P)剪切容器與應(yīng)力環(huán)剪切容器與應(yīng)力環(huán)地基基礎(chǔ)第四章-土的抗剪強(qiáng)度(73P)地基基礎(chǔ)第四章-土的抗剪強(qiáng)度(73P)在不同的垂直壓力下進(jìn)行剪切

7、試驗，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度f，繪制f - 曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線在不同的垂直壓力下進(jìn)行剪切試驗，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度f，繪制在法向應(yīng)力作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線。4mm a b 剪切位移l (0.01mm) 剪應(yīng)力（kPa) 1 2 在法向應(yīng)力作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線。4mm a b快剪固結(jié)快剪慢剪在直剪試驗過程中，根據(jù)加荷速率的快慢可將試驗 劃分為:在直剪試驗過程中，根據(jù)加荷速率的快慢可將試驗直剪試驗優(yōu)缺點優(yōu)點：儀器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于操作。 缺點： 剪切破壞面固定，且不一定是土樣的最薄弱面。 不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測土樣的孔隙水壓力。 剪切過程中試樣剪切面積

8、逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻。直剪試驗優(yōu)缺點優(yōu)點：儀器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于一、抗剪強(qiáng)度包線 分別在不同的周圍壓力3作用下進(jìn)行剪切，得到34 個不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線。 抗剪強(qiáng)度包線 c4.2.2 三軸壓縮試驗一、抗剪強(qiáng)度包線 分別在不同的周圍壓力3作用下進(jìn)行剪二、三軸剪切試驗試驗儀器： 應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測系 統(tǒng)組成 (常用） 應(yīng)力控制式三軸儀二、三軸剪切試驗試驗儀器：試驗步驟: 3 3 3 3 3 32.施加周圍壓力3.施加豎向壓力1.裝樣試驗步驟: 3 3 3 3 3 32.施三軸壓縮儀三軸壓縮儀應(yīng)變控制式三軸

9、儀：壓力室加壓系統(tǒng)量測系統(tǒng)軸向加荷系統(tǒng)應(yīng)變控制式三軸儀：軸向加荷系統(tǒng)加壓和量測系統(tǒng)加壓和量測系統(tǒng)三軸試驗優(yōu)缺點 優(yōu)點： 能控制排水條件，量測孔隙水壓力。試樣的應(yīng)力分布比較均勻，剪切破壞面為最薄弱面。 缺點： 試驗儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜。 試驗在2=3的軸對稱條件下進(jìn)行，與土體實際受力情況可能不符。 三軸試驗優(yōu)缺點 優(yōu)點： 4.3 不同排水條件時的剪切試驗成果4.3.1 總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)c 、 為土的有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，即土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) c 、 為土的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) 有效應(yīng)力原理：土的抗剪強(qiáng)度并不是由剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是取決于剪切面上的法向

10、有效應(yīng)力。 4.3 不同排水條件時的剪切試驗成果4.3.1 總應(yīng)力強(qiáng)度指 三軸壓縮試驗按剪切前的固結(jié)程度和剪切時的排水條件，可以分為三種試驗方法： 1.不固結(jié)不排水試驗 (UU試驗) 2.固結(jié)不排水試驗 (CU試驗) 3.固結(jié)排水試驗 (CD試驗)4.3.2 不同排水條件時的剪切試驗方法及成果 三軸壓縮試驗按剪切前的固結(jié)程度和剪切時的排水1.不固結(jié)不排水剪（UU） 三軸試驗：施加周圍壓力3、軸向壓力直至剪破的整個過程都關(guān)閉排水閥門，不允許試樣排水固結(jié)。 3 3 3 3 3 3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35min內(nèi)剪破，稱之為快剪。關(guān)閉排水閥1.不固結(jié)不排水剪（UU）

11、三軸試驗：施加周圍壓力3、軸向 3 3 3 3 3 3有效應(yīng)力圓總應(yīng)力圓u=0BCcuuAA 3A 1A飽和粘性土在三組3下的不排水剪試驗得到A、B、C三個不同3作用下破壞時的總應(yīng)力圓，但只能得到一個有效應(yīng)力圓。試驗表明：雖然三個試樣的周圍壓力3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(qiáng)度包線是一條水平線。 3 3 3 3 3 3有效應(yīng)力圓總應(yīng)力2. 固結(jié)不排水剪（CU） 三軸試驗：施加周圍壓力3時打開排水閥門，試樣完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全消散。然后關(guān)閉排水閥門，再施加軸向壓力增量，使試樣在不排水條件下剪切破壞。 3 3 3 3 3 3直剪試驗：剪切前試樣在垂直荷載下充

12、分固結(jié)，剪切時速率較快，使土樣在剪切過程中不排水，這種剪切方法為稱固結(jié)快剪。打開排水閥關(guān)閉排水閥2. 固結(jié)不排水剪（CU） 三軸試驗：施加周圍壓力3時打開 3 3 3 3 3 3將總應(yīng)力圓在水平軸上左移uf得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓，按有效應(yīng)力圓強(qiáng)度包線可確定c 、 ccuc cu飽和粘性土在三組3下進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗得到A、B、C三個不同3作用下破壞時的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強(qiáng)度包線確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)ccu、 cuABC 3 3 3 3 3 3將總應(yīng)力圓在水平3. 固結(jié)排水剪（CD） 三軸試驗：試樣在圍壓3作用下排水固結(jié)，再緩慢施加軸向壓力增量，直至剪破，整個試驗過程中打開排水閥門，始

13、終保持試樣的孔隙水壓力為零。 3 3 3 3 3 3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，試驗方法稱為慢剪。打開排水閥3. 固結(jié)排水剪（CD） 三軸試驗：試樣在圍壓3作用下排水在整個排水剪試驗過程中，uf 0，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)力強(qiáng)度線即是有效應(yīng)力強(qiáng)度線，強(qiáng)度指標(biāo)為cd、d。cdd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(jìn)行試驗，總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)完全不同。有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)不隨試驗方法的改變而不同，抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系。在整個排水剪試驗過程中，uf 0，總應(yīng)

14、力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無側(cè)限壓縮儀3=0試樣4.3.3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無側(cè)限壓縮儀3=0試樣4無側(cè)限壓縮儀無側(cè)限壓縮儀0cu無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗qu無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗所得的極限應(yīng)力圓的水平切線就是破壞包線0cu無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗qu無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗所得的極限應(yīng)力5.4 地基破壞型式和地基承載力整體剪切破壞局部剪切破壞沖剪破壞5.4.1 地基破壞型式5.4 地基破壞型式和地基承載力整體剪切破壞5.4.1 1.整體剪切破壞 整體剪切破壞型式的壓力沉降關(guān)系曲線ps0線性變形階段彈塑性變形階段塑性破壞階段 1.整體剪切破壞 整體剪切

15、破壞型式的ps0線性整體剪切破壞整體剪切破壞 2.局部剪切破壞 sp局部剪切破壞型式的壓力沉降關(guān)系曲線0壓力和沉降關(guān)系曲線從一開始就呈現(xiàn)非線性關(guān)系 2.局部剪切破壞sp局部剪切破壞型式的0壓力和沉降關(guān)局部剪切破壞局部剪切破壞 3.沖剪破壞ps沖剪破壞型式的壓力沉降關(guān)系曲線0無明顯的轉(zhuǎn)折現(xiàn)象 3.沖剪破壞ps沖剪破壞型式的0無明顯的轉(zhuǎn)折現(xiàn)象 地基剪切破壞的型式，主要與土的壓縮性質(zhì)有關(guān)。堅硬或密實的土松軟土整體剪切破壞局部剪切破壞沖剪破壞 地基剪切破壞的型式，主要與土的壓縮性質(zhì)有關(guān)。堅硬或密地基承載力臨塑荷載pcr地基極限承載力pu地基容許承載力pa4.4.2 地基承載力4.4.2 地基承載力ps

16、0abpupcr整體剪切破壞型式的壓力沉降關(guān)系曲線ps0abpupcr整體剪切破壞型式的4.5工程地質(zhì)勘察4.5.1 工程地質(zhì)勘察的內(nèi)容和要求4.5.2 巖土工程勘察方法4.5.3 巖土工程勘察成果報告4.5工程地質(zhì)勘察4.5.1 工程地質(zhì)勘察的內(nèi)容和要求4.5.1 工程地質(zhì)勘察的內(nèi)容和要求巖土工程勘察規(guī)范 GB-500021-94 適用于除水利工程、公路工程、鐵路工程、核電站工程以外的工程建設(shè)巖土工程勘察公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范 JTJ064-98港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范 JTJ240-97水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范 GB50287-99鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范推薦規(guī)范4.5.1 工程地質(zhì)勘察的內(nèi)容和要求巖土工程勘察規(guī)范 GB-巖土工程勘察等級甲級乙級丙級巖土工程勘察等級工程地質(zhì)勘察的準(zhǔn)備工作收集資料布置鉆孔現(xiàn)場踏勘定位工程地質(zhì)勘察的準(zhǔn)備工作收集資料勘察工作的三個階段選址勘察初步勘察詳細(xì)勘察施工勘察勘察