土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力.ppt

1、第四章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力,第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件 第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法 第三節(jié)不同排水條件下的剪切試驗(yàn) 第四節(jié)地基的臨塑荷載與臨界荷載 第五節(jié)地基的破壞形式 第六節(jié)深基礎(chǔ)地基的極限承載力,第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件,一、土的抗剪強(qiáng)度 (一)土的抗剪強(qiáng)度的概念 土的強(qiáng)度，通常是指土的抗剪強(qiáng)度，而不是土的抗壓強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度。這是因?yàn)榈鼗芎奢d作用后，土中各點(diǎn)同時產(chǎn)生法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中法向應(yīng)力作用將對土體施加約束力，這是有利的因素;而剪應(yīng)力作用可使土體發(fā)生剪切，這是不利的因素。若地基中某點(diǎn)的剪應(yīng)力數(shù)值達(dá)到該點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度，則此點(diǎn)的土將沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動，此時

2、稱該點(diǎn)發(fā)生強(qiáng)度破壞。如果隨著外荷不斷增大，地基中達(dá)到強(qiáng)度破壞的點(diǎn)越來越多，即地基中的塑性變形區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，最后形成連續(xù)的滑動面，則建筑物的地基會失去整體穩(wěn)定而發(fā)生滑動破壞。 土的抗剪強(qiáng)度是指在外力作用下，土體內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)力時，土對剪切破壞的極限抵抗能力。土的抗剪強(qiáng)度主要應(yīng)用于地基承載力的計(jì)算和地基穩(wěn)定性分析、邊坡穩(wěn)定性分析、擋土墻及地下結(jié)構(gòu)物上的土壓力計(jì)算等,下一頁,返回,第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件,砂土的抗剪強(qiáng)度主要取決于摩擦力。在土的濕度不大時會出現(xiàn)一些毛細(xì)內(nèi)聚力，但其值甚小，在一般計(jì)算中不予考慮。 黏性土的抗剪強(qiáng)度來源于內(nèi)聚力與摩擦力。土的顆粒愈細(xì)，塑性愈大，則內(nèi)聚力所起的作用愈

3、大。 (二)抗剪強(qiáng)度的庫侖定律 土的抗剪強(qiáng)度與金屬、混凝土等材料的抗剪強(qiáng)度不同，它不是定值，而是受許多因素的影響。即使同一種土，在不同條件下其抗剪強(qiáng)度也不相同，它與剪損前土的密度、含水量、剪切方式、剪切時排水排氣等條件有關(guān)。 為了研究土的抗剪強(qiáng)度，最簡單的方法是將土樣裝在剪力匣中，如圖4-1所示，在土樣上施加一定的法向壓力:，而后再在下匣上施加剪力，T，使上下匣發(fā)生相對錯動，把土樣在上下匣接觸面處剪壞，從而測得土的抗剪強(qiáng)度:r。取三個以上土樣，加上不同的法向壓力，分別測得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度，并由此繪出抗剪強(qiáng)度曲線，如圖4-2 (a)所示,上一頁,下一頁,返回,第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件,試驗(yàn)

4、證明，在法向壓力變化范圍不大時，抗剪強(qiáng)度與法向壓力的關(guān)系近似為一條直線，這就是抗剪強(qiáng)度的庫侖定律，如圖4-2 (b)所示。 不論砂土或鉆性土，抗剪強(qiáng)度與法向壓力的關(guān)系都可用直線方程式表示。 對砂土: (4-1) 對黏性土 (4-2) 式中: -土的抗剪強(qiáng)度(kPa) ; -作用于剪切面上的法向壓力(kPa) ; -土的內(nèi)摩擦角(o); -土的黍占聚力(kPa)。 (三)抗剪強(qiáng)度相關(guān)指標(biāo),上一頁,下一頁,返回,第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件,1.土的抗剪強(qiáng)度 黏性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)變化范圍頗大，諸如結(jié)構(gòu)破壞、法向有效壓力下的固結(jié)程度、剪切方式等因素對它們的影響要比對砂土大得多。黏性土內(nèi)摩擦角 的

5、變化范圍大致為0o30o；黏聚力c一般為10100 kPa，有的堅(jiān)硬鉆土甚至更高。 砂土的內(nèi)摩擦角一般隨其粒度變細(xì)而逐漸降低。礫砂、粗砂、中砂的 值約為32o40o，細(xì)砂、粉砂的 值約為28o36o。松散砂的 角與天然休止角(也叫天然坡度角， 即砂堆自然形成的最陡角度)相近，密砂的 角比天然休止角大。飽和砂土比同樣密度的干砂 值少1o20o 。 影響土的抗剪強(qiáng)度的因素很多，主要包括以下兒個方面:土顆粒的礦物成分、形狀及顆粒級配;初始密度;含水量;土的結(jié)構(gòu)擾動情況;有效應(yīng)力;應(yīng)力歷史;試驗(yàn)條件。 2.土的摩擦力,上一頁,下一頁,返回,第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件,摩擦力中除包括顆粒與顆粒的表

6、面摩擦之外，還包括顆粒間的咬合力(即聯(lián)鎖作用)。咬合力是指的當(dāng)顆粒嵌人其他顆粒之間，在產(chǎn)生相對滑動時，將嵌人的顆粒撥出所需的力。顯然，密砂的咬合(聯(lián)鎖)作用要大于松砂，如圖4-3所示。 3.土的黏聚力 土的黏聚力包括原始黏聚力、加固黏聚力及毛細(xì)黏聚力三部分。 二、土的極限平衡條件 (一)黏性土 勁h土的抗剪強(qiáng)度曲線表達(dá)式為: 。把曲線延伸并與 軸交于O點(diǎn)，如圖4-4所示，則 當(dāng)達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，從圖4-4的兒何關(guān)系中可以得到: (4-3,上一頁,下一頁,返回,第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件,通過三角函數(shù)關(guān)系的換算，上式變?yōu)? (4-4) (4-5) 上式就是黏性土的極限平衡條件公式。 由圖

7、4-4可求出剪切破裂面的位置，即 (4-6) (4-7) 但在極限平衡狀態(tài)時，通過土中一點(diǎn)可以出現(xiàn)不止一個，而是一對滑動面，如圖4-4中a及a所示，這一對滑動面與最大主應(yīng)力 的作用面成 的交角，即與最小主應(yīng)力作 用面成 的交角，而這一對滑動面之間的夾角在 作用方向上等于,上一頁,下一頁,返回,第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件,二)無鉆性土 在圖4-5中，以應(yīng)力圓表示砂土內(nèi)某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。直 線 表示土的抗剪強(qiáng)度。若該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)，則抗剪強(qiáng)度曲線必定與應(yīng)力圓相切，如圖4-5中的圓2所示。作用于滑動面上的法向應(yīng)力 與剪應(yīng)力 即為圓2上的點(diǎn)a,若土中某點(diǎn)的應(yīng)力圓不與該土的抗剪強(qiáng)度曲線相切，如圖

8、4-5中圓1所示，則說明此點(diǎn)的應(yīng)力尚處于彈性平衡狀態(tài)。若應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度曲線相割，如圖4-5中圓3所示，則從理論上講該點(diǎn)早已破壞，實(shí)際上在這里已產(chǎn)生塑性流動和應(yīng)力重分布。 土體處在極限平衡狀態(tài)時，從圖4-5的幾何關(guān)系中可以得到: (4-8) 通過三角函數(shù)關(guān)系的換算，式(4-8)還可寫成,上一頁,下一頁,返回,第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件,4-9) (4-10) 式(4-8)和式(4-9)就是無黏性土的極限平衡條件,上一頁,返回,第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法,一、土的抗剪強(qiáng)度的測定 (一)直接剪切試驗(yàn) 1.試驗(yàn)設(shè)備 直剪試驗(yàn)儀如圖4-6所示。試驗(yàn)盒分為上盒、下盒兩部分，土樣夾在上、下兩塊透水石

9、之間，上、下盒的界面處在20 mm厚土樣高度的中間，這就是固定的剪切破壞面。 2.試驗(yàn)過程 首先施加豎向壓力，然后在儀器的一端施加剪力。在施加直剪力后，既有上下盒之間的錯動(相對位移，即剪切變形)，又有上下盒的共同變形。測出鋼環(huán)儀的徑向變形不斷增加，當(dāng)達(dá)到某一數(shù)值(即土的抗剪強(qiáng)度值)時，如果繼續(xù)施力，就會出現(xiàn)力加不上去，量測變形的儀表指針出現(xiàn)倒退的情況，這就是破壞的開始，說明此時已超過廠土的抗剪強(qiáng)度。鋼環(huán)儀徑向變形的最大值乘以鋼環(huán)常數(shù)就是土的抗剪強(qiáng)度值。如果繼續(xù)施力，剪切變形會繼續(xù)增加,下一頁,返回,第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法,量測變形的儀表指針雖然倒退，但不會退到零，基本穩(wěn)定在某一數(shù)值，這時

10、鋼環(huán)儀顯示的變形值乘以鋼環(huán)常數(shù)所得到的抗剪強(qiáng)度值稱為殘余抗剪強(qiáng)度。前面鋼環(huán)儀徑向變形的最大值乘以鋼環(huán)常數(shù)所得土的抗剪強(qiáng)度稱為峰值抗剪強(qiáng)度。 3.試驗(yàn)特點(diǎn) (1)直剪試驗(yàn)儀的優(yōu)點(diǎn)是儀器構(gòu)造簡單、傳力明確、操作方便、試樣薄、固結(jié)快、省時、儀器剛度大，不可能發(fā)生橫向變形，僅根據(jù)豎向變形量就可計(jì)算試樣體積的變化。這些 優(yōu)點(diǎn)使直剪儀至今還被廣泛應(yīng)用。 (2)直剪試驗(yàn)儀的缺點(diǎn)是所受外力狀態(tài)比較簡單，試樣內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)又比較復(fù)雜，應(yīng)力、應(yīng)變分布不均勻。剪切破壞面事先已確定，這不能真實(shí)反映實(shí)際的復(fù)雜情況。在試驗(yàn)直至破壞的過程中，受剪切的實(shí)際面積在不斷縮小，上下盒邊緣處的應(yīng)力集中很明顯，所以剪切面上的應(yīng)力、應(yīng)變很

11、不均勻又難測定。直剪儀有一個明顯缺點(diǎn)就是不能控制排水條件，不能測試試樣中的孔隙水壓力及其變化,上一頁,下一頁,返回,第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法,二)三軸剪切試驗(yàn) 1.試驗(yàn)原理及設(shè)備組成 三軸剪切儀也就是三軸壓縮儀，試樣破壞的本質(zhì)是壓一剪型。土樣是一個圓柱體，高75100 mm，直徑為3850 mm，用橡皮薄膜套起來，置于壓力室中。土樣三向受壓，可以發(fā)生橫向變形，通過液壓加周圍壓力，通過杠桿系統(tǒng)加豎向壓力。當(dāng)壓力及其組合達(dá)到一定程度時，土樣就會按規(guī)律產(chǎn)生一個斜向破裂面或沿弱面破裂。 2.試驗(yàn)分類 三軸試驗(yàn)根據(jù)土樣的排水條件可分為: (1)不固結(jié)不排水試驗(yàn)。該試驗(yàn)簡稱為UU試驗(yàn)，和直剪儀中的快剪相

12、當(dāng)。UU試驗(yàn)的本質(zhì)是自始至終關(guān)閉排水閥門，不能排水。因?yàn)椴荒芘潘?，所以也不能固結(jié)。不能排水是問題的本質(zhì)方面，因而，也簡稱不排水剪。也因?yàn)椴荒芘潘?，自始至終存在孔隙水壓力，隨著加荷增大，孔隙水壓力越來越大，而有效應(yīng)力是常量,上一頁,下一頁,返回,第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法,2)固結(jié)不排水試驗(yàn)。該試驗(yàn)簡稱為CU試驗(yàn)，和直剪儀中的固結(jié)快剪相當(dāng)。CU試驗(yàn)的前一階段施加各向相等圍壓，打開排水閥門，允許排水固結(jié)，直到固結(jié)完成。試驗(yàn)的后一階段，關(guān)閉排水閥門，施加豎向壓力，在不排水條件和主應(yīng)力差 作用下使土樣剪壞。前一階段沒有孔隙水壓力，后一階段有孔隙水壓力。 (3)固結(jié)排水試驗(yàn)。該試驗(yàn)簡稱為CD試驗(yàn)，和直剪

13、儀中的慢剪相當(dāng)。該試驗(yàn)自始至終開著排水閥門，允許排水，在施加各向相等圍壓條件下實(shí)現(xiàn)排水固結(jié)，再在排水條件下施加豎向壓力直至土樣剪切破壞。在試驗(yàn)過程中，因?yàn)槟艹浞峙潘钥紫端畨毫榱恪?(三)現(xiàn)場剪切試驗(yàn) 1.試驗(yàn)種類 現(xiàn)場剪切試驗(yàn)可分為:大面積直剪試驗(yàn);水平推剪試驗(yàn);十字板剪切試驗(yàn),上一頁,下一頁,返回,第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法,2.試驗(yàn)過程 十字板是橫斷面呈十字形、帶刃口的金屬板，高度為100120mm，轉(zhuǎn)動直徑為5075mm，板厚為23 mm。試驗(yàn)時先用鉆機(jī)鉆孔至試驗(yàn)土層以上750 mm處，再下套管并用提土器將套管底部的殘土清除，或不用鉆機(jī)，將套管直接壓人或打人到試驗(yàn)土層以上750 m

14、m處，再清除套管內(nèi)的土，然后將十字板裝在鉆桿下端，穿過套管壓人到試驗(yàn)土層中并盡量避免擾動。再通過地面上的扭力設(shè)備對鉆桿施加扭矩，使已壓人試驗(yàn)土層中的十字板轉(zhuǎn)動至土體被剪壞，切出一個圓柱狀的破壞面(包括圓柱的側(cè)面和頂、底面)。 3.試驗(yàn)成果 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算十字板剪切試驗(yàn)得到的土的抗剪強(qiáng)度 值: (4-11,上一頁,下一頁,返回,第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法,式中H、D一十字板的高度和轉(zhuǎn)動直徑(cm) ; M一剪切破壞時的扭力矩(kN.cm)。 二、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)測定方法 (一)總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的側(cè)定 總應(yīng)力法按排水條件的不同，在采用三軸壓縮儀做試驗(yàn)時，分為不排水剪、排水剪及固結(jié)不排水剪三種試驗(yàn)

15、方法。當(dāng)采用直剪儀做試驗(yàn)時，與上述三種試驗(yàn)對應(yīng)，分別稱為快剪、慢剪與固結(jié)快剪。 (1)不排水剪(快剪)。試驗(yàn)時，無論在法向應(yīng)力下還是在剪切過程中都不讓土中的水排出，試驗(yàn)中土的含水量不變。 (2)排水剪(慢剪)。試驗(yàn)時，無論在法向應(yīng)力作用下還是在整個剪切過程中都讓土樣排水，土樣在應(yīng)力變化過程中始終處于孔隙水應(yīng)力為零的完全固結(jié)狀態(tài)。 (3)固結(jié)不排水剪(固結(jié)快剪)。試驗(yàn)時，先讓土樣在法向應(yīng)力下完全固結(jié)，在剪切的全過程中則不讓土樣含水量變化,上一頁,下一頁,返回,第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法,總應(yīng)力法的三種試驗(yàn)結(jié)果是不一樣的。一般慢剪所得的 值最大，快剪所得的 值最小，固結(jié)快剪居中。所得的c值亦不相同

16、，如圖4-7所示。在強(qiáng)度與穩(wěn)定計(jì)算中究竟采用哪種方法的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值，應(yīng)視工程實(shí)際情況而定。 快剪(不排水剪)的強(qiáng)度相當(dāng)于土體受力后出現(xiàn)孔隙水應(yīng)力且絲毫沒有消散時的強(qiáng)度。如地基是厚度很大的飽和鉆土，預(yù)計(jì)在加荷期間土層來不及排水，往往施工期間就可能失去穩(wěn)定，這時可采用快剪的強(qiáng)度指標(biāo)校核施工期間的穩(wěn)定。反之，如建筑施工期長而透水性小的土層很薄，在加荷期間地基能充分排水固結(jié)，則可采用慢剪的強(qiáng)度指標(biāo)校核穩(wěn)定。又如，建筑物施工期內(nèi)由結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的固結(jié)能基本完成，但后來又有突加的使用荷載(如水池、水塔充水，谷倉、料倉裝料等)，在新的應(yīng)力情況下土層來不及排水，此類情況可采用固結(jié)快剪的強(qiáng)度指標(biāo)校核穩(wěn)定。一般情

17、況下，地基在施工與使用階段的固結(jié)程度往往不易準(zhǔn)確估計(jì)，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并考慮一定的安全度，實(shí)用上常采用固結(jié)快剪的強(qiáng)度指標(biāo)來核算穩(wěn)定,上一頁,下一頁,返回,第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法,總應(yīng)力法由于運(yùn)用方便，所以是日前用得最多的方法，但在應(yīng)用上還存在缺陷。首先它只能考慮三種特定的固結(jié)情況，不能反映其他固結(jié)情況下的c、 值。實(shí)際上，地基受荷載作用后經(jīng)歷不同的固結(jié)度，即使在同一時刻，地基中不同位置的土又處于不同的固結(jié)度，但總應(yīng)力法對整個土層只采用相應(yīng)于某一特定固結(jié)度的抗剪強(qiáng)度，與實(shí)際不符。其次，在地質(zhì)條件稍復(fù)雜的情況下，哪怕是粗略地估計(jì)地基土的固結(jié)度也是困難的。這些都說明總應(yīng)力法對地基實(shí)際情況的模擬是很粗

18、略的。因此，如果需要更精確地評定地基的強(qiáng)度與穩(wěn)定，就應(yīng)采用更完善的方法，如有效應(yīng)力法。 (二)有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的側(cè)定 有效應(yīng)力法中抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力的關(guān)系如圖4-8所示。根據(jù)土樣剪切試驗(yàn)的 關(guān)系曲線，可求得有效應(yīng)力的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 、 。取得 、 后，校核地基強(qiáng)度與穩(wěn)定可按下述步驟進(jìn)行,上一頁,下一頁,返回,第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法,1)求出欲驗(yàn)算階段的地基應(yīng)力分布。 (2)按固結(jié)理論算出或根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測資料得出所研究時刻地基中孔隙水應(yīng)力的分布，從而知道地基中有效應(yīng)力的分布。 (3)根據(jù) 、 求出該階段的地基極限承載力，并與外荷比較，判斷土的強(qiáng)度與穩(wěn)定是否得到保證。 有效應(yīng)力法在理論上比較嚴(yán)格，

19、能比總應(yīng)力法更好地反映抗剪強(qiáng)度實(shí)質(zhì)，能夠檢驗(yàn)土體處于部分固結(jié)情況下的穩(wěn)定性。因此，工程中，特別是水利工程中有效應(yīng)力法日益推廣。應(yīng)用有效應(yīng)力法的關(guān)鍵在于求得孔隙水應(yīng)力分布，但很多情況下得不到孔隙水應(yīng)力分布的實(shí)用解答，往往會影響有效應(yīng)力法的應(yīng)用。 (三)各種剪切試驗(yàn)方法的適用范圍 各種剪切試驗(yàn)方法的適用范圍如圖4-9所示,上一頁,返回,第三節(jié)不同排水條件下的剪切試驗(yàn),一、固結(jié)不排水剪 固結(jié)不排水剪習(xí)慣上稱為固結(jié)快剪或CU試驗(yàn)。飽和鉆性土的固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度受應(yīng)力歷史的影響，如果土樣在試驗(yàn)室所受到的各向等壓固結(jié)壓力 小于土樣曾經(jīng)受到過的最大固結(jié)壓力pc，就是超固結(jié);如果 ，就是正常固結(jié)。這兩種不同的

20、固結(jié)狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度性狀是不同的，如圖4-10所示。飽和鉆性土在CU試驗(yàn)時，在各向等壓固結(jié)壓力 作用下能夠充分排水，實(shí)現(xiàn)固結(jié)，所以該階段孔隙水壓力為零。在后半段，施加切應(yīng)力 在不排水條件下使土樣很快剪壞，此時因?yàn)椴荒芘潘?，所以有孔隙水壓力。由圖4-10可知，正常固結(jié)(NC)土在剪切過程中產(chǎn)生剪縮并存在正的孔隙水壓力， ，故有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左側(cè)，內(nèi)摩擦角增加而鉆聚力降低。超固結(jié)(OC)土在剪切過程，剛開始也有一些剪縮并產(chǎn)生正的孔隙水壓力，緊接著開始產(chǎn)生剪脹現(xiàn)象，土的超固比(pc/p1，其中pc、p1分別為歷史上和當(dāng)前的最大自重壓力)越大，剪脹現(xiàn)象越顯著，和剪脹相應(yīng)的孔隙水壓力為負(fù)值(吸力)，

21、,下一頁,返回,第三節(jié)不同排水條件下的剪切試驗(yàn),此時，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右側(cè)，且抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線表明，有效應(yīng)力指標(biāo)內(nèi)摩擦角有所降低而鉆聚力有所增加。 按總應(yīng)力表示抗剪強(qiáng)度的方程為: (4-12) 按有效應(yīng)力表示抗剪強(qiáng)度的方程為: (4-13) 二、固結(jié)排水剪 固結(jié)排水剪習(xí)慣上稱為慢剪或CD試驗(yàn)，也簡稱排水剪。整個試驗(yàn)過程能充分排水，所以孔隙水壓力始終為零?？倯?yīng)力最后全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，總應(yīng)力圓也是有效應(yīng)力圓，二者的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線相同。在剪切過程中，NC土發(fā)生剪縮，OC土剛開始也產(chǎn)生剪縮，緊接著就產(chǎn)生剪脹，如圖4-11所示。 試驗(yàn)表明，CD試驗(yàn)NC土的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線通過坐標(biāo)原點(diǎn)即cd=0，抗剪

22、強(qiáng)度方程為: (4-14,上一頁,下一頁,返回,第三節(jié)不同排水條件下的剪切試驗(yàn),OC土的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線近似為一條直線，抗剪強(qiáng)度方程為: (4-15) 三、不固結(jié)不排水剪 不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)習(xí)慣上稱為快剪或UU試驗(yàn)。對于飽和鉆性土，其UU試驗(yàn)用總應(yīng)力法表示的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線為一條水平線。 ，只有黏聚力c值存在，如圖4-12所示，總應(yīng)力極限莫爾圓能夠作多個，而有效應(yīng)力圓只能作一個。變換 、 ，使土樣達(dá)到臨界破壞狀態(tài)或極限平衡狀態(tài)，就能作出多個總應(yīng)力極限莫爾圓，作它們的公切線，就是抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線。已們的公切線為一條水平線。此時的土樣在地質(zhì)年代里，在一定的應(yīng)力狀態(tài)下，固結(jié)已完成，u=0,具有一定的有效應(yīng)

23、力。土樣在進(jìn)人試驗(yàn)室后，在UU試驗(yàn)中固結(jié)度不再變化，有效應(yīng)力不再變化。按總應(yīng)力法表示抗剪強(qiáng)度有: (4-16,上一頁,下一頁,返回,第三節(jié)不同排水條件下的剪切試驗(yàn),四、孔隙水壓力計(jì)算公式 (1)畢肖普孔壓計(jì)算公式: (4-17) (2)通常研究飽和土比較多，對于飽和土，B=1. 0，所以在UU試驗(yàn)中 (4-18) 在CU試驗(yàn)中，由于前階段固結(jié)完成， ，得: (4-19) 式中A-孔壓系數(shù)。斯肯普頓根據(jù)大量的三軸試驗(yàn)，給出A值的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表4-l,上一頁,返回,第四節(jié)地基的臨塑荷載與臨界荷載,一、地基的臨塑荷載 i陸塑荷載是指理論上地基中剛開始出現(xiàn)剪切破壞(塑性變形)時基底單位面積上所承受的荷

24、載。 在均布條形荷載作用下，土中任一點(diǎn)M的應(yīng)力來源于三方面:基礎(chǔ)底面的附加壓力p，基底以下土的自重壓力 ，基底處的邊側(cè)荷載 ，如圖4-13所示(當(dāng)基底以上與基底以下土的重度不同時，可分別代人不同值)。為了進(jìn)一步簡化，假定土的側(cè)壓力系數(shù)K0=1(實(shí)際K0=0. 350. 8 )。如此，土中任意點(diǎn)M的最大和最小主應(yīng)力應(yīng)為: (4-20) (4-21,下一頁,返回,第四節(jié)地基的臨塑荷載與臨界荷載,式中 -土的重度(kN/m3); d-基礎(chǔ)埋深(m); p-基底壓力(kN/m2); -M點(diǎn)的視角(rad)。 當(dāng)M點(diǎn)應(yīng)力達(dá)到極限平衡時，應(yīng)有: (4-22) 將式(4-20)及式(4-21)代人式(4-2

25、2)得 (4-23) 上式規(guī)定了處于極限平衡狀態(tài)的點(diǎn)的坐標(biāo)位置,上一頁,下一頁,返回,第四節(jié)地基的臨塑荷載與臨界荷載,按照定義，當(dāng)臨塑荷載作用時，塑性區(qū)剛剛出現(xiàn)，因此可認(rèn)為此時塑性區(qū)的最大深度zmax為零。由此即可求出臨塑荷載的表達(dá)式。對式 (4-23)求導(dǎo)數(shù)，得: (4-24) 令 ，則有： (4-25) 故 (4-26) 將上式代人式(4-24)得 (4-27,上一頁,下一頁,返回,第四節(jié)地基的臨塑荷載與臨界荷載,當(dāng)zmax= 0時，則得臨塑荷載pcr的表達(dá)式如下: (4-28) 式中 -基礎(chǔ)埋置深度范圍內(nèi)土的平均重度，有地下水時取浮重度(kN/m3) d-從地面起至基礎(chǔ)底面處的基礎(chǔ)埋置深

26、度(m); c-基礎(chǔ)底面以下土的鉆聚力(kN/m2); -基礎(chǔ)底面以下土的內(nèi)摩擦角(o); Nd，Nc承載力系數(shù)，由內(nèi)摩擦角甲按下式求算或查 表4-2確定,上一頁,下一頁,返回,第四節(jié)地基的臨塑荷載與臨界荷載,4-29) 二、地基的臨界荷載 若基底壓力小于pcr，地基中沒有塑性區(qū)，這時，地基的安全度是足夠的。實(shí)踐證明，可以容許地基中有不大的塑性區(qū)，對于建筑物安全并無妨害。如果塑性區(qū)的最大深度zmax達(dá)到基礎(chǔ)寬度b的1/3或1/4，這時的基底壓力稱為臨界荷載，分別以p1/3或p1/4表示，地基的臨界荷載可作為地基承載力的一種指標(biāo),上一頁,下一頁,返回,第四節(jié)地基的臨塑荷載與臨界荷載,令zmax=

27、b/4，則很容易求得臨界荷載p1/4 (4-30) 在偏心荷載作用下，且當(dāng) 時，可令zmax=b/3，求得臨界荷載p1/3作為偏心受壓基石出的地基容許承載力: (4-31,上一頁,下一頁,返回,第四節(jié)地基的臨塑荷載與臨界荷載,式中b-基礎(chǔ)寬度，對矩形基礎(chǔ)取短邊長度，對圓形基礎(chǔ)采用 ，F(xiàn)為圓形基礎(chǔ)底面積; N1/4、N1/3-承載力系數(shù)，由內(nèi)摩擦角 按下式求算或查表4-2確定: (4-32) 其余符號意義同前,上一頁,返回,第五節(jié)地基的破壞形式,試驗(yàn)研究表明，在荷載作用下，建筑物地基的破壞通常是由于承載力不足而引起的剪切破壞。地基剪切破壞的形式可分為沖剪破壞、局部剪切破壞和整體剪切破壞三種，地基

28、的不 同破壞形式如圖4-14所示。 地基的破壞形式如圖4-15所示。 壓力-沉降關(guān)系曲線如圖4-16所示,返回,第六節(jié)深基礎(chǔ)地基的極限承載力,一、深基礎(chǔ)地基的極限承載力計(jì)算 圖4-17 ( a)所示即為將淺基礎(chǔ)下的地基破壞情況硬性地用于深基下的地基，滑動面形狀與淺基礎(chǔ)的一樣?；A(chǔ)旁的土只對地基土起上覆荷載的作用。這種假設(shè)與實(shí)際滑動面形狀嚴(yán)重不符，只是由于運(yùn)算簡單不需再引人新的概念，因使用方便而被應(yīng)用，但求得的地基極限荷載通常較小。 在基礎(chǔ)相對埋深(d/b)較大時，塑性區(qū)逐漸向基底以上擴(kuò)展。圖4-18 ( a)相當(dāng)于基礎(chǔ)埋深為零(因上層土 ，只起荷載作用)的情況，而圖4-18 (b)則是有一定埋深時的情況。當(dāng)埋深很大時，則最后達(dá)到如圖4-17 ( b )所示的封閉梨形塑性區(qū)，這時 。 如圖4-17(c)所示，在基礎(chǔ)刺人土中時，基礎(chǔ)下形成剪切區(qū)，基礎(chǔ)旁的土則形成壓密區(qū)。假定剪切區(qū)只發(fā)展到與水平成45o角的界面ab處為止，ab線以上的土受到剪切區(qū)內(nèi)的擠壓，故為壓密區(qū)。滑動面bc由直線區(qū)段與對數(shù)螺旋線段所組成。圖中虛線以內(nèi)的土的重量壓在剪切區(qū)上，但應(yīng)減去慮線所示的界面上的摩擦力,下一頁,返回,第六節(jié)深基礎(chǔ)地基的極限承載力,圖4-17 (d)所示是由無限體中球形孔膨脹變形課題得來的理論圖形。按塑性力學(xué)的理論，可得出兩個臨界應(yīng)力值，如圖4-19所示。 p