基礎工程講義講稿三

基礎工程第四章第4章土的抗剪強度第1節(jié)概述第2節(jié)庫倫公式和莫爾-庫倫強度理論第3節(jié)抗剪強度的測定方法第4節(jié)飽和粘性土的抗剪強度第5節(jié)無粘性土的抗剪強度第1節(jié)概述

土的抗剪強度是土體抵抗剪切破壞的極限能力。

土的抗剪強度對地基承載力、擋土墻土壓力和土坡穩(wěn)定等問題產生直接影響。

土的抗剪強度一般可分為兩部分：一部分與顆粒間的法向應力有關，通常呈正比例關系，其本質是摩擦力；另一部分是與法向應力無關的土粒之間的粘結力，通常稱為粘聚力。第2節(jié)庫倫公式和莫爾-

庫倫強度理論一、庫倫公式c和稱為抗剪強度指標。影響因素土的抗剪強度的內在因素外在因素：試驗時的排水條件等因素顆粒間的有效法向應力土的孔隙比表達方法土的抗剪強度的總應力法：總應力強度指標有效應力法：有效應力強度指標二、莫爾-庫倫強度理論

莫爾提出：材料的破壞為剪切破壞，當任一平面上的剪應力等于材料的抗剪強度時該點就發(fā)生破壞，破壞面上的剪應力f是該面上法向應力的函數

此函數在f-坐標中是一條曲線，稱為莫爾包線（抗剪強度包線）,如下圖實線所示。

莫爾包線表示材料在不同應力作用下達到極限狀態(tài)時，滑動面上法向應力與剪應力f的關系。莫爾包線

理論分析和實踐都證明，莫爾理論對土比較合適，土的莫爾包線通?？梢越频赜弥本€代替（如上圖的虛線所示），該直線的方程就是庫倫公式表示的方程。

用庫倫公式表示莫爾包線的強度理論稱為莫爾-庫倫強度理論。

當土體中任意一點在某一平面上的剪應力達到土的抗剪強度時，就發(fā)生剪切破壞。0A

莫爾圓可以表示土體中一點的應力狀態(tài)，莫爾圓圓周上各點的坐標就表示該點在相應平面上的正應力和剪應力。

如果給定了土的抗剪強度指標c和以及土中某點的應力狀態(tài)，則可將抗剪強度包線與莫爾應力圓畫在同一張坐標圖上，抗剪強度包線與莫爾應力圓的關系可能有：

1.整個莫爾圓位于抗剪強度包線的下方。說明該點在任何平面上的剪應力都小于土的抗剪強度，所以不會發(fā)生剪切破壞；

2.莫爾圓與抗剪強度包線相切，切點為A。說明在A點所代表的平面上，剪應力正好達到抗剪強度，該點就處于極限平衡狀態(tài)。這時的莫爾圓稱為極限應力圓。

3.抗剪強度包線是莫爾圓的一條割線，實際上這種情況是不可能出現的，因為該點任何方向上的剪應力都不可能超過土的抗剪強度。因為土的抗剪強度是土體抵抗剪切破壞的極限能力。0Ac莫爾圓與抗剪強度之間的關系

由極限應力圓當中的幾何關系，可以推導得出：

1.粘性土的極限平衡條件為

2.無粘性土的極限平衡條件為

3.破壞面與大主應力面的夾角為。第3節(jié)抗剪強度的

測定方法測定土的抗剪強度的方法有多種。的室內方法測定土抗剪強度直接剪切試驗三軸壓縮試驗無側限抗壓強度試驗一、直接剪切試驗

應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，將試驗結果繪制抗剪強度f與相應垂直壓力的關系圖。試驗結果表明，對于粘性土f~基本上呈直線關系，直線方程可用庫倫公式表示；對于無粘性土，f~則是通過原點的直線。直接剪切儀的優(yōu)點構造簡單操作方便限定剪切面不一定是最薄弱面剪切面上剪應力分布不均勻的缺點直接剪切儀剪切面在剪切過程中是逐漸縮小的不能嚴格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力二、三抹軸壓縮穴試驗三軸壓縮罵儀的試驗邊原理：對同一種迷土至少取貧3個平行碰試樣，分閑別在不同沙周圍壓力3下剪切破躍壞，將試前驗結果繪協制為若干批個極限應力怨圓。根據莫惡爾-庫倫煎理論，這脅一組極限稼應力圓的尼公共切線令即為土的抗剪強唇度包線，可近似啦取為一條惠直線，直徹線的方程歲即為庫倫公式所表示的所方程。0c三軸壓縮長試驗原理的優(yōu)點三軸壓雄縮儀能較嚴糧格地控夾制排水便條件能量測試語樣中孔隙戲水壓力的拉變化剪切破壞父面為最薄腰弱面的缺點三軸壓駕縮儀試驗設絕備、試蜓驗過程昌相對復川雜試樣的她受力狀選態(tài)為軸刻對稱情過況，與義實際土慨體的受隱力狀態(tài)染未必相蜘符直接剪傷切試驗良和三軸周壓縮試驗按剪切前的固結程度和剪切時的排水條件，可以分豆為三種試鄭驗方法：1.不川固結不知排水試縮慧驗；2.固結癢不排水試頸驗；3.固海結排水慢試驗；三、無幻玉側限抗每壓強度僅試驗無側限抗升壓強度試罩驗可以看作圍背壓3=0的三軸茂不排水嗽剪切試甲驗，試釋件剪切慣破壞時菌試樣所稈能承受格的最大霜軸向壓夜力qu稱為無側限抗鞋壓強度。根據試程驗結果，喊只能作一如個極限應愿力圓（1=qu、3=0），對于一管般粘性般土就無啟法作出燙破壞包枯線。而對于嘩飽和粘法性土，澤根據三軸不固刑結不排水街試驗的結書果，其破壞包扮線接近于顛一條水平線，即u=0。如僅需測眾定飽和粘軋性土的不偷排水抗剪霞強度，就舟可以利用恢比較簡單五的無側限襯抗壓強度寇試驗代替跟三軸試驗遇。0cu無側限捎抗壓強勵度試驗qu無側限抗腥壓強度試均驗所得的極限應忽力圓的水平切線就是破壞睡包線。第4節(jié)斷飽諒和粘性讓土的督抗剪強擠度一、不固乞結不排水蚊抗剪強度不固結不訓排水試驗甩（UU試驗）是在施加周亭圍壓力填時不排水（不固結悟），且在施加軸向狹壓力直至島剪切破壞先的整個試蜜驗過程中也不允許上排水（不排水敲）。如果有蛛一組飽拐和粘性樣土試件兄，都先在墳某一周須圍壓力輔下固結套至穩(wěn)定，試件詳中的初始抽孔隙水壓輔力為零，芬然后分別劍在不排水睡條件下施君加周圍壓作力和軸向緊壓力直至吧剪切破壞字。試驗結店果見下圖恐。0cu飽和粘率性土的享不固結憤不排水偵試驗圖中三個沙實線圓分版別表示三個試件耀在不同的抽圍壓作用敞下破壞時宏的總應置力圓，冷虛線表當示有效紙應力圓熔。試驗胡結果表夫明，雖他然三個公試件的躺圍壓不犧同，但余破壞時森的主應力聾差相等，所以突三個總譯應力圓輛的直徑激相同，酷所以破耐壞包線貍是一條水平線，可得由于在雞不排水尚條件下曠，試樣在試驗過澤程中含水量不變，體積不變，改變艦周圍壓巾力增量校只能引肆起孔隙水怒壓力的變化垮，并不哈會改變輕試樣中醬的有效應理力，各試件琴在剪切前股的有效應陸力相等，柿因此抗剪第強度不變伐。如果在較攤高的剪前疑固結壓力娃下進行不醒固結不排灰水試驗，蜓就會得到票較大的不撿排水抗剪恭強度。由于只慚能得到候一個有繞效應力圓，所測以不能彎得到有姥效應力貌破壞包線，財不固結年不排水張試驗只絨用于測挪定飽和抹土的不窗排水強蛇度，所帆以可以環(huán)用無側朋限抗壓懷強度試銹驗代替晚三軸壓釋縮試驗沙來測定貴飽和土懼的不排劫水抗剪石強度。不固結不姿排水試驗旁的“不固結”是在保持口試樣原來到有效應力不變綱的情況京下，在避三軸壓幫力室的銹周圍壓癥力下不此再排水轟固結。夜如果飽頂和粘性早土從未立固結過馳，則其匙中的有舞效應力森為零（哭先期固植結壓力憶也為零酒），表門現為一損種泥漿扔狀土，驢其抗剪爆強度必兔然也等凝于零。二、固抖結不排渾水抗剪肥強度固結不排茄水試驗（CU試驗）是在施加周么圍壓力欄時充分排僚水（固結制），而叫在施加軸仙向壓力庫直至剪象切破壞胡的整個約試驗過變程中不允許球排水（不排水鵲）。飽和粘性染土的固結土不排水抗禾剪強度受應力歷怠史的影響，具所以首先轎要區(qū)分試聰樣是處于戰(zhàn)什么樣的固結狀蕩態(tài)。如果試樣號所受到的改周圍固結壓力3大于它所絡曾受到的羅最大固結壓力pc（先期固溪結壓力），則鋼稱試樣游處于正常固結勇狀態(tài)；而如果3<pc，則稱鑼試樣處斗于超固結狀轎態(tài)。不同固畏結狀態(tài)悄的試樣替，其抗縫剪強度難性狀是嘩不同的抬。正常固糖結狀態(tài)閃的試樣枯在剪切過呈程中體河積有減鄙小的趨勢（剪縮），但垃由于不暢允許排毛水，故顆產生正的孔隙牢水壓力；而強超廣固結狀態(tài)讀的試樣在團剪切過程男中，先表菜現為剪縮暮（產生正泥的孔隙水準壓力），境然后轉為剪脹（產生負音的孔隙水鴉壓力）。基礎激工元程第十二講1.正常埋固結狀態(tài)益的土樣下圖表兼示正常輛固結狀宰態(tài)的飽和粘性漠土的固結峽不排水試撓驗結果，盛圖中用實線表示的為總應力圓盼和總應力詳破壞包線，用虛線表示的互為有效應味力圓和淺有效應貝力破壞封包線，uf為剪切萬破壞時沙的孔隙蹈水壓力畝。因為漿剪切過吵程中不喇排水，誤根據有蜓效應力雁原理可渠知，有烤效應力她圓與總勤應力圓直徑相莊等，位置不同。0正常固結炒狀態(tài)飽和炎粘性土固結不拋排水試眾驗結果因為正券常固結藍狀態(tài)的上試樣在剪切破氏壞時產喂生正的孔喪隙水壓腿力，故有效應司力圓在總陜應力圓的左邊?？倯ζ茖脡陌€和硬有效應力蔽破壞包線宇都通過原詳點，說明固乳結壓力鋸為零的毀土不會絮具有抗艘剪強度。2.超固家結狀態(tài)的帝土樣超固結狀輕態(tài)的飽和娃粘性土的固結不柴排水剪切巾試驗得到忽的總應力漲破壞包線師如下圖所扯示，是一哈條略平緩腸的曲線，富可近似以炒直線ab代替，與坦正常固結糊狀態(tài)土的場固結不排刪水破壞包立線bc相交，bc的延長醉線通過負原點。保實用上錢將abc折線取鋸為一條眼直線。0ccu超固結狀積態(tài)土的固柳結不排水陷試驗abc超固結狀別態(tài)正常固結纏狀態(tài)有效應屈力圓和息有效應經力破壞包線如對下圖中膀虛線所機示。由臟于超固結狀案態(tài)的土樣在呈剪切破壞銹時，產生負的孔奏隙水壓伐力，有效應筋力圓在總粘應力圓的右邊；正常固結本狀態(tài)的土樣戲在剪切魯破壞時黨，產生正的孔隙命水壓力，故有舞效應力塵圓在總革應力圓侵的左邊。0超固結狀喊態(tài)土的固戚結不排水隙試驗超固結舟狀態(tài)正常固結蛇狀態(tài)三、固時結排水蒙抗剪強挎度固結排閑水試驗助（CD試驗）是在施加周圍驚壓力時充分排水（固結）駁，而在施加軸朵向壓力陷直至剪喉切破壞典的整個魄試驗過壁程中允許排水（排水降）。所以在房誠整個試光驗過程偉中，土籮樣中的臟孔隙水翠壓力始賄終為零頌，總應拌力最后解完全轉庸化為有盾效應力摔，所以總崇應力圓艱就是有翅效應力獅圓，總衰應力破城壞包線銷就是有焦效應力澆破壞包傍線。0正常固結駕狀態(tài)土的篇固結排水曉試驗其破壞靜包線通嗓過原點擦。正常固結損狀態(tài)的土餓，0超固結牌狀態(tài)土斤的固結張排水試梅驗超固結輝狀態(tài)正常固結跡狀態(tài)取為一煉條直線名。包線略緞彎曲，艷實用上泰近似超固結狀雁態(tài)的土，厚其破壞試驗結無果表明憤，對于赤同一種土，欠固結排很水試驗染得到的cd、d與固結拼不排水錦試驗得液到的c'、暖'很接近搞，由于半固結排愈水試驗撈所需的給時間太外長，故炮實用上立用c'、章'代替cd、d。對同一種垮飽和粘性滑土，分別在三龍種不同的撿排水條件下進行窮剪切試樸驗。如惡果用總嗓應力表還示，將頌得到完像全不同荷的試驗票結果，囑而以有莊效應力齊表示，贈則不論遍采用哪浮種試驗遞方法，餃都得到碎近乎同嶼一條有奇效應力充破壞包用線。所以說匹，抗剪強度憶與總應力應沒有唯一舅的對應關猶系，而與勤有效應力公有唯一的謎對應關系。0正常固結杠狀態(tài)飽和嫩粘性土在傳三種不同不排石水條件下訊的剪切試亞驗結果四、抗剪跪強度指標甩的選擇飽和粘閃性土的臉抗剪強睡度性狀是很控復雜的，屑它不僅與剪切條件有關，還很與土的應力雪歷史等因素稅有關。確由于實滴際工程尺條件的炭復雜性歇，用實給驗室的拋試驗條晚件去完巷全模擬渴現場條即件是不孟可能的褲。所以帶針對具控體的工惱程問題香，確定振土的抗凡剪強度若指標的議方法只寺能是盡橡可能地錢模擬實版際工況栗來進行霞試驗。一般認傅為：由愈三軸固建結不排水試筒驗確定的蘭有效應力強度指標c'、'宜用于湖分析地河基的長搏期穩(wěn)定叮性；而慣對于飽楚和軟粘埋土地基草的短期訪穩(wěn)定問役題，則臟宜采用銀不固結改不排水抬試驗的雄強度指忌標，以卵總應力租法進行懂分析。對于一般寒的工程問開題多采用總疑應力分弦析法，鈴其指標和測試偽方法的勁選擇原飄則如下產：1.若昂建筑物傘施工速證度較快膽，而地筒基土的濁透水性繼和排水者條件不通良時，無可采用三軸不固盟結不排水款試驗或直剪的快騰剪試驗結果；2.若地演基上荷載款的增加速鳳率較慢，背而地基土朱的透水性批較高且排眾水條件較秒佳時，則萍可以采用固結排水或慢剪試春驗的結果幟；3.若實叢際工況介怎于上兩種情況之間支，可用固結不排家水或固結快剪的試驗結刷果；4.由于船實際加荷寫條件和土仔性的復雜替性，而且斥在建筑物水的施工和合使用過程圈中都要經惜歷不同的雙固結狀態(tài)皆，因此，確定強熊度指標弄還應結法合工程枯經驗?；A臭工孕程第十三逃講第5節(jié)希無懶粘性土棚的圣抗犧剪強度不同初于始孔隙賄比e0的同一鄭種砂土頃在相同顆的周圍火壓力3下受剪，其忽應力~應唯變關系表倆明：1.密實算的緊砂，培其初始孔第隙比較小日，應力~課應變關系泄具有明顯巡壽的峰值，聲超過峰值津后，隨應服變的增加救，應力逐修步降低，葛呈應變軟化添型，體積變蠻化主要表槽現為剪脹。2.松砂震的應力~鵝應變關系扣呈應變硬市化型，對同一幫種土，緊砂和松口砂的強降度最終呆趨向同塞一值。買松砂受內剪其體刑積減小價（剪縮）。3.在高周圍繩壓力下，不痕論砂土敢的松緊邊如何，太受剪時蝕都將剪縮。01-3砂土受美剪時的容應力~應變關系緊砂松砂由不同狀初始孔飛隙比e0的試樣在同一壓力3下進行剪容切試驗，可以得出褲初始孔隙快比e0與體積迷變化勺之間的懂關系，得相應于體積變化恩為零的初始孔隙捏比稱為臨界孔頑隙比ecv。臨界孔耍隙比是健與側壓力（圍壓）3有關的翼，不刮同的3可以得出潔不同的ecv。0e02-2ecv砂土的襯臨界孔粘隙比若飽和碼砂土的陸初始孔再隙比e0大于臨界之孔隙比ecv，在剪殿應力作用候下由于劣剪縮必納然使孔是隙水壓重力增高太，有效箱應力相危應降低趨，導致哭砂土的出抗剪強磨度降低搶。當飽和松變砂受到動蝦荷載作用，敞由于孔包隙水來毀不及排出，孔隙偽水壓力不革斷增加，營就有可能扭造成土體廣結構的破渣壞，有效跳應力降低燙為零，使搭得砂土象析流體那樣筍完全失去英抗剪強度皂，這種現徐象稱為砂隔土的液化。臨界孔劑隙比ecv對研究敬砂土液竊化具有劑重要意信義。1.p1室24：倒數第競9行“匙常固結不排軟水強度摸...”2.p罷125姜：第1翁1行攤“…有愉效應力仙破壞包槍線都通急原點”狀態(tài)土罷的過3.p130方：第11勸行“不同川的3可以得出晉不同的eev值?！睋]文中其歇余地方作相瞇應替換。ecv第4章芬內容勘靠誤4.p橫127均：例題吳3-1袖。由例洗題的已知條件師知只對一個飽和粘性土試母樣進行竭了固結窯不排水急試驗，性所以只挽能得到年一個總我應力表剪示的極芝限應力言圓和一示個有效醬應力表吧示的極腹限應力職圓。例帳題中說略“整理它試驗結倦果得到繁…”，銹由于試脅樣土處痛于超固暫結狀態(tài)拿（由疾知），游所以僅夜由一個禾有效應溪力表示將的極限呀應力圓淺是無法云得到有貢效應力胞破壞包榮線的。因此有移效應力課強度參框數貓、根本無索法從一玩?zhèn)€試樣辯的試驗結果的學整理得嫩到。（獄本人認乞為：例題的承出題內朗容的描述有問