土抗剪強度 地基承載

土抗剪強度地基承載第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六5.1概述5.2土的極限平衡條件5.3抗剪強度指標(biāo)的確定5.4影響抗剪強度指標(biāo)的因素5.5地基的臨塑荷載和臨界荷載5.6地基的極限荷載5.土的抗剪強度與地基承載力第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六掌握1）土的抗剪強度理論2）直剪試驗測定土的抗剪強度3)臨塑荷載和臨界荷載4)地基的極限荷載學(xué)會1）利用土的極限平衡條件分析土中平衡狀態(tài)2）根據(jù)不同固結(jié)和排水條件選用抗剪強度指標(biāo)3)確定地基承載力三軸試驗、十字板剪切試驗等了解第五章

土的抗剪強度與地基承載力第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六圖5-1載荷試驗的p-s曲線圖5-2地基破壞模式a)整體剪切破壞b)局部剪切破壞c)沖剪破壞5.1.1地基強度的意義5.1概述第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六（1）整體剪切破壞。整體剪切破壞是一種在荷載作用下地基連續(xù)滑動面的地基破壞模式。

它的特征是：當(dāng)基礎(chǔ)上荷載較小時，基礎(chǔ)下形成一個三角形壓密區(qū)I，這時p-s曲線呈直線關(guān)系。隨著荷載增加，壓密區(qū)向兩側(cè)擠壓，土中產(chǎn)生塑性區(qū)，塑性區(qū)先在基礎(chǔ)邊緣產(chǎn)生，然后逐步擴大形成Ⅱ、Ⅲ塑性區(qū)。這時，基礎(chǔ)的沉降增長率較前一階段增大，故p-s曲線呈曲線狀。當(dāng)荷載達到最大值后，土中形成連續(xù)滑動面，并延伸到地面，土從基礎(chǔ)兩側(cè)擠出并隆起，基礎(chǔ)沉降急劇增加，整個地基失穩(wěn)破壞。這時，p-s曲線上出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折點。（2）局部剪切破壞。局部剪切破壞是一種在荷載作用下地基某一范圍內(nèi)發(fā)生剪切破壞區(qū)的地基破壞型式。其破壞特征是，隨著荷載的增大，地基中也產(chǎn)生壓密區(qū)I和塑性區(qū)Ⅱ，但塑性區(qū)僅僅限制在地基某一范圍內(nèi)，土中滑動面并不延伸到地面，基礎(chǔ)兩側(cè)土體有部分隆起，但不會出現(xiàn)明顯的傾斜和倒塌。其p-s曲曲線也有一個轉(zhuǎn)折點，但不像整體剪切破壞那么明顯。在轉(zhuǎn)折點后，其沉降量增長率雖較前一階段為大，但不像整體剪切破壞那樣急劇增加。局部剪切破壞介于整體剪切破壞和沖剪破壞之間。第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六（3）沖剪破壞。沖剪破壞是一種在荷載作用下地基土體發(fā)生垂直剪切破壞，使基礎(chǔ)產(chǎn)生較大沉降的一種地基破壞模式，也稱刺入剪切破壞。其特征是：隨著荷載的增加，基礎(chǔ)下面的土層發(fā)生壓縮變形，基礎(chǔ)隨之下沉并在基礎(chǔ)周圍附近土體發(fā)生豎向剪切破壞，破壞時基礎(chǔ)好像“刺入”土中，不出現(xiàn)明顯的破壞區(qū)和滑動面。從沖剪破壞的p-s曲線看，沉降隨著荷載的增大而不斷增加，但p-s曲線上沒有明顯的轉(zhuǎn)折點。

地基的剪切破壞型式，除了與地基土的性質(zhì)有關(guān)外，還同基礎(chǔ)埋置深度、加荷速度等因素有關(guān)。對于在密砂和堅硬粘土地基中，一般會出現(xiàn)整體剪切破壞，但當(dāng)基礎(chǔ)埋置很深時，在很大荷載作用下也會產(chǎn)生壓縮變形，出現(xiàn)沖剪破壞；而對于壓縮性比較大的松砂和軟粘土地基中，當(dāng)加荷速度較慢時，會產(chǎn)生壓縮變形而出現(xiàn)沖剪破壞，但當(dāng)加荷很快時，由于土體不能產(chǎn)生壓縮變形，就可能發(fā)生整體剪切破壞。若基礎(chǔ)埋置深度較大，無論是砂性土還是粘性土地基，最常見的地基的破壞型式是局部剪切破壞。第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六為了土木工程的安全可靠，要求地基必須同時滿足下列兩個條件：1）地基變形條件。包括地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部傾斜都不超過相關(guān)規(guī)范規(guī)定的地基變形允許值。2）地基強度條件。在上部荷載作用下，確保地基的穩(wěn)定性，不發(fā)生地基剪切或滑動破壞。地基變形條件已在第4章闡述。本章介紹地基強度問題。工程實踐和室內(nèi)試驗都證實了土是由于受剪而產(chǎn)生破壞，剪切破壞是土體強度破壞的主要形式，土的強度問題實質(zhì)上就是土的抗剪強度問題。第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六5.1.2地基強度的應(yīng)用

1）土作為建筑物地基的承載力問題。當(dāng)上部荷載較小，地基處于壓密階段或地基中塑性變形區(qū)很小時，地基是穩(wěn)定的。當(dāng)上部荷載很大，地基中的塑性變形區(qū)越來越大，最后連成一片，則地基發(fā)生整體滑動，即強度破壞，這種情況下地基是不穩(wěn)定的。本章將進行詳細(xì)介紹。

2）土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題。①天然構(gòu)筑物。為自然界天然形成的山坡、河岸、海濱等。②人工構(gòu)筑物。人類活動造成的構(gòu)筑物，如土壩、路基、基坑等。

3）土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)境的問題，即土壓力問題。若邊坡較陡不能保持穩(wěn)定或場地不容許采用平緩邊坡時，可以修筑擋土墻來保持力的平衡，如擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等。作用在墻面上的力稱為土壓力，關(guān)于土壓力的計算見第6章。研究土的強度問題包括：①抗剪強度的來源、影響因素、測試方法和指標(biāo)的取值；②土的極限平衡理論和土的極限平衡條件；③地基受力狀況和確定地基承載力的途徑。第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六

假設(shè)的滑裂面形狀被動區(qū)過渡區(qū)剛性核太沙基(K.Terzaghi)課題第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六土的抗剪強度：土體抵抗剪切破壞的極限能力。

第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六主動土壓力作用邊坡不穩(wěn)定地基承載力不足擋土結(jié)構(gòu)物破壞各種類型的滑坡地基的破壞核心強度理論第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六5.2.1抗剪強度的庫侖定律砂土

粘性土

5.2土的強度理論與強度指標(biāo)第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六a）無粘性土 b）粘性土

抗剪強度與法向應(yīng)力之間的關(guān)系庫侖公式可以看出，無粘性土的抗剪強度與作用在剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其本質(zhì)是由于土粒之間的滑動摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用產(chǎn)生的摩阻力，其大小決定于土粒表面的粗糙度、土的密實度以及顆粒級配等因素。粘性土的抗剪強度由兩部分組成，一部分是摩擦力，與法向應(yīng)力成正比；另一部分是土粒間的粘聚力，它是由粘性土顆粒之間的膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。

第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六

根據(jù)太沙基（Terzaghi）有效應(yīng)力概念，土體內(nèi)的剪應(yīng)力僅能由土的骨架承擔(dān)。土的抗剪強度應(yīng)表示為剪切破壞面上的法向有效應(yīng)力的函數(shù)：

試驗表明：土的抗剪強度取決于土粒間的有效應(yīng)力，然而，由庫侖公式建立的概念在應(yīng)用上比較方便，被應(yīng)用于許多土工問題的分析方法中。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六5.2.2莫爾-庫侖強度理論1910年，莫爾（Mohr）提出材料的破壞是剪切破壞，當(dāng)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強度時該點就發(fā)生破壞，并提出在破壞面上的剪應(yīng)力，即抗剪強度，是該面上法向應(yīng)力的函數(shù)：

土的莫爾破壞包線通常可以近似地用直線代替，圖中虛線所示，該直線方程就是庫倫公式表達的方程。由庫倫公式表示莫爾破壞包線的強度理論，稱為莫爾一庫侖強度理論。第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六5.2.3土的極限平衡條件當(dāng)土體中任意一點在某一平面上發(fā)生剪切破壞時，該點即處于極限平衡狀態(tài)，根據(jù)莫爾一庫倫強度理論，可得到土體中一點的剪切破壞條件，即土的極限平衡條件。第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六莫爾圓與抗剪強度之間的關(guān)系

第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六推導(dǎo)出粘性土的極限平衡條件計算公式：第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六化簡并通過三角函數(shù)間的變換關(guān)系，可得到極限平衡條件為：或

對于無粘性土（c=0），則其極限平衡條件為：由直角三角形ARD外角與內(nèi)角的關(guān)系可得：（5-7a）（5-7b）

（5-7c）

（5-7d）

（5-8）

第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六幾點結(jié)論：第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六第22頁，共23