土力學(xué)與地基基礎(chǔ)（第三版）第5章

第5章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力確定

土的抗剪強(qiáng)度是指土抵抗剪切破壞的能力其大小決定于土的組成，土的狀態(tài)和土的結(jié)構(gòu)5.1土的抗剪強(qiáng)度-庫(kù)侖公式滑動(dòng)面滑前邊坡原地面土坡滑動(dòng)地基失穩(wěn)土的強(qiáng)度問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是土的抗剪強(qiáng)度一、抗剪強(qiáng)度的庫(kù)侖定律

（一）直剪試驗(yàn)原理APFts222111ffPPts

沙土粘性土1、庫(kù)倫公式基本形式（總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式）

稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，同一種土，它們與試驗(yàn)方法有關(guān)——土的內(nèi)摩擦角——土的粘聚力，對(duì)于無(wú)粘性土，

——破壞面上的法向應(yīng)力

——剪切破壞面上的剪應(yīng)力，即土的抗剪強(qiáng)度

二、抗剪強(qiáng)度的構(gòu)成因素：1無(wú)粘性土：來(lái)源于土粒間的摩擦力（內(nèi)摩擦力）。包括：a.一部分由于土顆粒粗糙產(chǎn)生的表面摩擦力；

b.另一部分是粗顆粒之間互相鑲嵌，聯(lián)鎖作用產(chǎn)生的咬合力。2粘性土：除內(nèi)摩擦力外，還有粘聚力。粘聚力主要來(lái)源于：土顆粒之間的電分子吸引力和土中膠結(jié)物質(zhì)（eg.硅、鐵物質(zhì)和碳酸鹽等）對(duì)土粒的膠結(jié)作用。三、抗剪強(qiáng)度的影響因素1、土顆粒的礦物成分、形狀及顆粒級(jí)配2、初始密度3、含水量4、土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)情況5、有效應(yīng)力6、應(yīng)力歷史7、試驗(yàn)條件土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，用τf表示。當(dāng)土體中某點(diǎn)的剪力

τ＜τf

土體處于彈性平衡狀態(tài)

τ＝τf

土體處于極限平衡狀態(tài)

τ＞τf

土體發(fā)生剪切破壞5.2土的強(qiáng)度理論—極限平衡條件一、土體中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)假定土層為均勻、連續(xù)的半空間材料，研究地面以下任一深度處M點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。

下面僅研究平面問(wèn)題，在土體中取一微單元體，作用在該單元體上的兩個(gè)主應(yīng)力為，則作用在與大主應(yīng)力作用面成角的平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力可根據(jù)靜力平衡條件求得：如下圖。以上可用莫爾圓表示，

如果給定了土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)和c以及土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，則可將抗剪強(qiáng)度包線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一張坐標(biāo)圖上。它們之間的關(guān)系有三種情況：（1）莫爾圓位于抗剪強(qiáng)度包線下方（圓1），說(shuō)明該點(diǎn)在任何平面上的剪應(yīng)力都小于土所能發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度，因此不會(huì)發(fā)生剪切破壞；（2）圓3實(shí)際上不存在；（3）圓2，說(shuō)明在A點(diǎn)所代表的平面上剪應(yīng)力正好等于抗剪強(qiáng)度，該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)。c二、土的極限平衡條件的建立土處于極限平衡狀態(tài)下時(shí)根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線相切的幾何關(guān)系，可建立以下極限平衡條件：化簡(jiǎn)后得：粘性土：對(duì)無(wú)粘性土：破裂面破裂角：5.3抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定方法1、三軸剪切試驗(yàn)；2、無(wú)測(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；3、十字板剪切實(shí)驗(yàn)；4、直剪試驗(yàn)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)中三種方法：不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水和固結(jié)排水。三軸剪切儀直接剪切試驗(yàn)應(yīng)變控制式直剪儀不同排水條件時(shí)的剪切試驗(yàn)方法一、直剪試驗(yàn)（一）、實(shí)驗(yàn)儀器及原理（二）、直剪實(shí)驗(yàn)方法及其強(qiáng)度指標(biāo)1、直接快剪：不透水薄膜（孔隙水不排出），在施加法向應(yīng)力后應(yīng)力即剪切，在3~5min內(nèi)將土樣剪破適用：地基排水條件不好的建筑地基2、固結(jié)快剪：法向應(yīng)力作用下，土樣充分固結(jié)，快速施加剪應(yīng)力，3~5min內(nèi)剪壞適用：檢驗(yàn)水庫(kù)水位驟降時(shí)土壩邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)或使用期建筑物地基的穩(wěn)定問(wèn)題3、直接慢剪：適用：透水性較好，施工速度較慢的建筑物地基的穩(wěn)定性優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，土樣制備操作方法簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：（1）人為規(guī)定了受剪面（2）剪切過(guò)程中，土樣中剪應(yīng)力分布不均勻（3）試樣中的固結(jié)排水是靠加荷速度快慢來(lái)控制實(shí)際無(wú)法嚴(yán)格控制排水條件（4）不能測(cè)量孔隙水壓力二、三軸剪切試驗(yàn)（一）、三軸儀及試驗(yàn)原理（二）、三軸剪切試驗(yàn)方法1、不固結(jié)－不排水剪（不排水剪UU實(shí)驗(yàn)）

：排水閥門始終關(guān)閉適用：地基排水條件不好，加荷速度快的施工期地基穩(wěn)定或土工構(gòu)筑物穩(wěn)定情況分析U大，σ

小/2、固結(jié)不排水剪（CU試驗(yàn)）：在σ3作用下、打開(kāi)閥門——土樣充分固結(jié)后，關(guān)閉，U=0，施加豎向應(yīng)力后，土樣中產(chǎn)生孔隙水應(yīng)力--------------φcu、Ccu適用：正常固結(jié)土在工程竣工或在使用階段受到的大量的、快速的動(dòng)荷載或新荷載的作用如：地震、路基正常使用等3、固結(jié)排水剪：——排水閥門始終打開(kāi)U=0施加σ即為有效應(yīng)力σ/------------------φd、Cd適用：地基排水條件好，加荷速度慢的情況地基變形的三個(gè)階段：（一）載荷P和沉降S曲線：1、壓密階段（直線段）；荷載較小，荷載與變形呈直線

2、剪切階段（曲線段）；荷載↑，基礎(chǔ)邊緣土開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞。

3、破壞階段（豎線段）：荷載↑，剪切破壞區(qū)擴(kuò)展成片,形成完整的滑動(dòng)面。

5.4地基變形按載荷試驗(yàn)成果確定地基承載力特征值ps0abcPcrPu1、臨塑荷載Pcr

地基土開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞時(shí)地基所承受的基底壓力。2、極限荷載（地基極限承載力）Pu

地基瀕臨破壞（即彈塑性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐碾A段）時(shí)所承受的基底壓力。

3、塑性荷載Pcz

在塑性變形階段的荷載（二）地基剪切破壞的形式：1、整體剪切破壞：特征：地基中有完整的滑動(dòng)面，滑動(dòng)面延伸到地表，地表有隆起。2、局部剪切破壞

：

特征：地基中有剪切面，但剪切面僅延伸到一定位置即中斷，沒(méi)有延伸到地表面?；A(chǔ)兩側(cè)土沒(méi)有擠出現(xiàn)象，地表只有微量的回升，3、

沖剪破壞

：特征：地基中沒(méi)有滑動(dòng)面，地表沒(méi)有隆起。5.5地基容許承載力的確定一、理論公式確定地基容許承載力1、臨塑荷載PcrPcr

當(dāng)Zmax=o（即塑性區(qū)開(kāi)展深度為0時(shí)，此時(shí)地基所能承受的基底附加壓力即為臨塑荷載。式中：