第三章 土的抗剪强度与地基承载力docWord文档下载推荐.docx

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—破坏面上的法向应力；

—土的内摩擦角。

后来，根据公式又提出适合粘性土的抗剪强度公式：

c

式中c—土的粘聚力；

图3.1库仑定律

3．土体抗剪强度的组成及影响因素

（1）组成

粒状无粘性土的抗剪强度由粒间摩擦力组成，包括：

1）剪切面土粒间的滑动摩擦；

2）土粒间互相嵌入所产生的咬合摩擦。

2

3.1）3.2）（（

粘性土抗剪强度包括摩擦力和粘聚力两个部分组成，粘聚力由土粒间的胶结作用和电分子引力等因素组成。

（1）影响因素

摩擦力：

剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度。

粘聚力：

土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构（范德华力、库仑力、胶结作用）。

4.有效应力强度表达式

按有效应力原理，土的抗剪强度并不简单地取决于剪切面上的总法向应力，而是取决于该面上的有效法向应力。

（?

u）tan?

&

#39;

（3.3）?

c&

（3.4）

5.土中一点的应力状态

已知某点的应力状态，求过该点任意截面上的剪应力?

和法向应力?

。

1

n

2

m

3

x

（a）

（b）（c）

图3.2土体中任意一点的应力

在微元体上任取一截面mn,与大主应力面即水平面成?

角，斜面mn上作用法向应力?

和剪应力?

，在平面直角坐标系中，取向右向下为正，根据平衡条件：

x?

0：

sin?

dl?

cos?

0?

y?

3

联立可求得任意截面mn上的法向应力?

：

1?

2sin2?

cos2?

（3.5）

（3.6）

将上述方程消参可得

（?

2）2?

2?

2）2

（3.7）这样可作出摩尔应力圆，圆心坐标（?

2r?

，0），半径?

2。

6.摩尔圆与强度线的关系及土体的状态

（1）应力圆与强度线相离：

f，弹性

平衡状态；

（2）应力圆与强度线相切：

f，极限

（3）应力圆与强度线相割：

f，破坏

状态；

7.摩尔—库伦强度理论图3.3应力圆与强度线的关系

土的极限平衡状态：

抗剪强度包线用库伦公式表示，摩尔应力圆与库伦强度线相切的应力状态作为土的极限平衡状态。

是目前判别土体所处状态的常用理论之一。

（1）极限平衡状态

在极限平衡状态下的摩尔应力圆如图所示，破裂面与最大主应力作用面的夹角?

0根据几何条件：

sin?

3（3.8）?

3?

2ccot?

3tan2（45?

+）+2ctan（45?

+）（3.9）22

1tan2（45?

）?

2ctan（45?

）（3.10）图3.4土的极限平衡状态22

当土体为无粘性土时，土的粘聚力c=0，此时：

+）2（3.11）

）（3.12）2

4

（2）破裂面位置确定

由几何条件知，

1?

0?

（90?

45?

22（3.13）

由于最大剪应力作用面与大主应力作用面夹角为45°

可得出如下结论：

（1）破裂面并不产生于最大剪应力作用面，而与最大剪应力面呈?

/2角，可知土的剪切破坏并不是由最大剪应力?

max所控制。

（2）破裂面是一对，在大主应力作用方向夹角为90?

二、抗剪强度指标的确定

土的抗剪强度是决定建筑物地基和土工

建筑物稳定性的关键因素，因此正确测定土

的抗剪强度指标十分重要。

测定方法主要有

室内试验（直接剪切试验、三周压缩试验、

无侧限抗压试验）和室外试验（十字板剪切

试验）。

3.5应变控制式直剪仪

1.直接剪切试验（应变控制式）

（1）试验仪器，如图3.5

（2）试验方法与步骤：

（3）实验成果（抗剪强度的选取）：

在法向应力作用下，得到剪应力与剪切位移的

关系，根据曲线得到土的抗剪强度。

如图，对于硬粘土和密砂，曲线出现峰值，

随后强度随剪切位移增大而减小，称为应变软图3.6剪应力与剪切位移的关系化特征，取峰值强度为抗剪强度；

对于软粘土和松

砂，不出现峰值，强度随剪切位移增大而增大，称

为应变硬化特征，应按某一剪切位移（一般4毫米）

作为控制破坏的标准。

（4）试验结果整理

对同一种土至少取4个试样，分别在不同垂直

压力?

下剪切破坏，一般可取垂直压力为100、200图3.7直剪试验结果整理

5

300、400kPa，得到相应的抗剪强度?

f，绘制?

曲线，得到土的抗剪强度包线，拟合成直线后夹角为内摩擦角，截距为粘聚力,如图3.7。

（5）直剪试验的优缺点

优点：

仪器构造简单，试样制备和安装方便，易于操作。

缺点：

1）剪切过程中试样内的剪应变与剪应力分布不均匀；

2）剪切面人为限制在上下盒接触面，而该水平面并非试样的抗剪最弱剪切面；

3）剪切过程中试样面积逐渐减小，但计算强度是却按受剪面积不变和剪应力均匀分布计算；

4）试验中不能严格控制排水条件，不能测量土样的孔隙水压力；

5）根据试样破坏时的法向应力和剪应力，虽可计算大小主应力，但中间主应力无法确定。

2.三轴压缩试验（应变控制式）

（1）实验仪器

（2）试验方法与步骤

（3）抗剪强度包线

分别在不同的周围压力?

3作用下

进行剪切，得到3~4个不同的破坏应力

圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗图3.8莫尔破损应力圆包线

剪强度包线。

（4）三周压缩试验的优缺点

1）试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了解土中有效应力变化情况；

2）试样中的应力分布比较均匀；

3）除抗剪强度指标外，还可测定土的灵敏度、侧压力系数、空压系数等力学指标。

1）试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂；

2）试验在?

3的对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符。

3.无侧限抗压强度试验

（1）试验仪器

6

（2）试验步骤

（3）无侧限抗压强度

一般粘性土，只能做出一个极限应力圆，无法做

出强度包线。

对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪切

实验成果，其强度包线近似于一水平线，即?

u?

0，

因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和粘性土的不排

水强度。

图3.9无侧限抗压强度

cu?

qu（3.14）2

无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度。

（5）灵敏度

&

原状试样的无侧限抗压强度qu与原土结构完全破坏的重塑试样的无侧限抗压强度qu的

比值，称为灵敏度。

灵敏度反映土的结构受扰动对强度的影响程度

St?

根据灵敏度将饱和粘性土分类：

低灵敏度：

St?

中灵敏度：

4

高灵敏度：

4.十字板剪切试验

（1）适用条件qu（3.15）&

qu

适用于现场测定饱和粘性土的不排水强度，尤其适用于均匀的饱和软粘土。

（2）实验步骤：

（3）抗剪强度：

相当于不排水剪切试验，所以2M?

D（H?

）32（3.16）

7

qu（3.17）2

三、地基破坏形式及地基承载力

1.概述

（1）地基强度的意义

地基变形的三个阶段：

1）压密阶段：

线弹性阶段，p-s曲线线性分布。

2）局部剪切破坏阶段：

出现塑性变形区。

3）滑动破坏阶段：

塑性变形区扩展，连成一个整体滑动面。

建筑地基满足条件：

1）地基变形条件：

沉降量、沉降差、倾斜不超过规范允许值。

2）地基强度条件：

不发生剪切或滑动破坏。

（2）地基破坏形式

1）整体剪切破坏

形成连续的滑裂面，基础急剧下沉或向一侧倾斜，基础四周底面隆起；

一般发生在紧密的砂土、硬粘性土地基中，埋深不大。

2）冲切破坏

地基不出现连续破裂面，基础四周无隆起，常发生在松砂及软土中，或埋深很大时。

3）局部剪切破坏

地基出现连续滑裂面但没有延伸至地面，基础四周稍有隆起，出现在中密砂土地基。

2.地基承载力

地基承载力是指地基承受荷载的能力。

（1）地基的临塑荷载

1）定义

临塑荷载是指地基土中将要而尚未出现塑性区变形时的基底压力。

2）计算公式

pcr?

式中pcr—地基的临塑荷载；

d?

c?

cot?

Nd?

Ncc（3.18）cot?

—基础埋深范围内土的重度；

d—基础埋深；

c—基础底面下土的粘聚力；

8

—基础底面下土的内摩擦角；

Nd，Nc—承载力系数，查表或按下式计算：

cot?

（3.19）

Nc?

结论：

（3.20）

抗剪强度指标越大，临塑荷载越大；

埋深越大，临塑荷载越大；

临塑荷载与基础宽度无关。

（2）地基的临界荷载1）定义

与地基塑性变形区最大深度（中心荷载zmax?

压力称为临界荷载。

2）计算公式中心荷载

bb

，偏心荷载zmax?

）相对应的基底43

b?

）

p1?

N1?

Ncc

（3.21）

式中b—

基础宽度；

原型基础采用b?

A为基础底面积；

N1—承载力系数，查表或按下式计算：

N1?

4（cot?

（3.22）

偏心荷载

1cot?

（3.23）

9

式中N1—承载