土的抗剪强度和地基承载力(1)ppt课件

1、4.1 概述 当土中某点由外力所产生的剪应力到达土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的挪动，该点便发生了剪切破坏。土体抵抗剪切破坏的极限才干即为土的抗剪强度。实践工程中的地基承载力、挡土墙的土压力以及土坡稳定都受土的抗剪强度所控制。因此，研讨土的抗剪强度及其变化规律对于工程设计、施工、管理等都具有非常重要的意义。本章主要引见土的抗剪强度与极限平衡条件、土的抗剪强度实验方法、不同排水条件时剪切实验成果、地基临塑荷载及极限承载力等。 4.2.1 库伦定律 1776年CA库伦(Coulomb)根据砂土的实验，将土的抗剪强度表达为滑动面上法向总应力的函数，即tanf 以后又提出了适以后又提

2、出了适宜粘性土的更普遍宜粘性土的更普遍的方式的方式tanfc图4.1 抗剪强度与法向压应力之间的关系 a无粘性土；b粘性土 由库伦公式可以看出，无粘性土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比，其本质是由于颗粒之间的滑动摩擦以及凹凸面间的镶嵌作用所产生的摩阻力，其大小决议于 颗粒外表的粗糙度、密实度、土颗粒的大小以及颗粒级配等要素。粘性土的抗剪强度由两部分组成：一部分是摩擦力，另一部分是土粒之间的粘结力，它是由于粘性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等要素引起的。 长期的实验研讨指出，土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与实验时的排水条件、剪切速率、应力形状和应力历史等许多要素有关，其中最重要的是实

3、验时的排水条件，根据K太沙基(Terzaghi)的有效应力概念，土体内的剪应力仅能由土的骨架承当，因此，土的抗剪强度应表示为剪切破坏面上法向有效应力的函数，库伦公式应修正为：fftgctg一、土体中某点的应力形状一、土体中某点的应力形状 1910 1910年莫尔年莫尔(Mohr)(Mohr)提出资料的破坏是剪切破坏，当土体中提出资料的破坏是剪切破坏，当土体中恣意一点在某一平面上的剪应力到达土的抗剪强度时，就发恣意一点在某一平面上的剪应力到达土的抗剪强度时，就发生剪切破坏，该点即处于极限平衡形状，根据莫尔生剪切破坏，该点即处于极限平衡形状，根据莫尔库伦实库伦实际，可得到土体中际，可得到土体中点的

4、剪切破坏条件，即土的极限平衡条点的剪切破坏条件，即土的极限平衡条件下面仅研讨平面问题，在土体中取一单元微体件下面仅研讨平面问题，在土体中取一单元微体 图图4.2(a)4.2(a)，取微棱柱体，取微棱柱体abcabc为隔离体为隔离体 图图4.2(b)4.2(b)，将各力分，将各力分别在程度和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得：别在程度和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得： 1sinsincos0coscossin0sdsdsdsdsdsds 图 4.2 土中恣意点的应力形状a单元体上的应力；b脱离体上的应力联立求解以上方程mn平面上的应力为：13131311cos2221sin2222213si

5、n 222221313cos 222222131322 1 3132132ft gftg f Ofctgfctg fOcff=f 稳定形状平衡形状不能够fctg fOfctgc33f11f22f11u22u33uc图4.3 总应力强度目的、有效应力强度目的概念有效应力目的有效应力目的c c, 符合土的破坏机理，但有时符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力孔隙水压力u u无法确定。无法确定。总应力目的总应力目的c,c, 便于运用便于运用, ,但但u u不能产生抗剪不能产生抗剪强度，不符合强度机理，运用时强度，不符合强度机理，运用时要符合工程条件。要符合工程条件。强度强度目的目的抗剪抗剪强度强度简单简

6、单评价评价fctgfctgu Ofctgl莫尔应力圆在强度包线以内：任何莫尔应力圆在强度包线以内：任何 一个面上的剪应力小于该面上相应的一个面上的剪应力小于该面上相应的抗剪强度，土单元处于稳定形状；抗剪强度，土单元处于稳定形状；l莫尔应力圆与破坏包线相切：有一莫尔应力圆与破坏包线相切：有一对面上的剪应力到达了该面上的抗剪对面上的剪应力到达了该面上的抗剪强度，处于极限平衡形状。莫尔强度，处于极限平衡形状。莫尔库库仑破坏准那么；仑破坏准那么；l莫尔应力圆与破坏包线相交：有一莫尔应力圆与破坏包线相交：有一些平面上的应力超越强度；不能够发些平面上的应力超越强度；不能够发生。生。13132sinctg2

7、ffc 213452tg 4522fftgc 1f 3ftanfc O132f132fc ctgc231452tg 4522fftgc 1f 3f Of2ftanfc c 3f 1f045209 0三知土中大小主应力形状判别土体所处的形状1.先求得剪破面上的正应力和剪应力，再求得剪破面上的抗剪强度，根据剪应力和抗剪强度之间的关系进展判别。f0=45 +213sin22f1313cos222ffctgf稳定形状f极限平衡形状f不能够，土体早已破坏2.绘出莫尔应力圆和抗剪强度包线，根据莫尔应力圆和抗剪强度包线间的关系判别。 Ofctg莫尔应力圆在强度包线以内：土体单元处于稳定形状；莫尔应力圆与破坏

8、包线相切：土体处于极限平衡形状；莫尔应力圆与破坏包线相交：不能够发生，土体早已破坏。3 3f f3 3设设 = = 213452tg 4522fftgc1 11 1f f 不不可可能能，土土体体早早已已破破坏坏 Otanfcc 1= 1f 3f 3 1 1f1f11f1设设 = = 231452tg 4522fftgc33 f稳定状态33 f极限平衡状态33 f不可能，土体早已破坏 Of f= = c c + + t ta an nc 1= 1f 3f 3 3f 3 3f测定土抗剪强度目的的实验称为剪切实验: 按常用的实验仪器可将剪切实验分为直接剪切实验、三轴紧缩实验、无侧限抗压强度实验和十字

9、板剪切实验四种。影响土的抗剪强度的要素： 土的密度、含水率、初始应力形状、应力历史及固结程度、实验中的排水条件等。应变控制式直剪仪直剪仪应力控制式直剪仪TA直接剪切实验：用接剪切仪简称直剪仪测 定土的抗剪强度的实验。TT剪切面剪切面PT剪切面剪切面TPPA剪切位移剪切位移 mm 剪应力剪应力 kPa) 4 f = 100KPa = 200KPa = 300KPacmmkPa = 400KPakPafkPa 4,QQc 规定快剪实验适用于浸透系数小于106cm / s的细粒土，实验时在试样上施加垂直压力后，拔去固定销钉，立刻以0.8mm/min的剪切速度进展剪切，使试样在3min5min内剪破。

10、试样每产生剪切位移0.2mm0.4mm测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值，继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下破坏值；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机，该实验所得的强度称为快剪强度，相应的目的称为快剪强度目的，以 表示。,RRc,SSc 三轴紧缩仪主要由压力室、加压系统和量测系统三大部分组成。接围压系统接围压系统底座底座阀门，接孔压阀门，接孔压量测系统量测系统透水石透水石试样试样透水石透水石橡皮膜橡皮膜阀门，接体变阀门，接体变量测系统量测系统试样帽试样帽活塞活塞有机玻璃罩有机玻璃罩c c c c c c c c 3 3 3 3 3 3 3 3 1 13

11、 3q q = = - - 1 13 3q q = = - - c c 作作用用下下试试样样固固结结3 3 作作用用下下试试样样不不固固结结1 13 31 13 3q q = = - - = = - - 作作用用下下试试样样不不排排水水c c c c c c c c 3 3 3 3 3 3 3 3 1 13 3q q = = - - 1 13 3q q = = - - c c 作作用用下下试试样样固固结结3 3 作作用用下下试试样样固固结结1 13 31 13 3q q = = - - = = - - 作作用用下下试试样样不不排排水水c c c c c c c c 3 3 3 3 3 3 3

12、3 1 13 3q q = = - - 1 13 3q q = = - - c c 作作用用下下试试样样固固结结3 3 作作用用下下试试样样固固结结1 13 31 13 3q q = = - - = = - - 作作用用下下试试样样排排水水3 3 剪切类型 比较项目不固结不排水 （UU）固结不排水 （CU）固结排水 （CD）试样固结试样固结试样固结试样不固结试样固结试样固结试样不排水试样不排水试样排水1313q =q = - - c c 1 1- 3 15%qf=(1- 3)f ( 1-)fc ( 1-)f ( 1-)fc ( 1-)f fu试样破坏时的孔隙水应力为11fffu-33fffu-

13、1313ffR-131322fffu+uf uf c 三轴紧缩实验中当周围压力三轴紧缩实验中当周围压力330 0时即为无侧限实时即为无侧限实验条件，这时只需验条件，这时只需q=1q=1。所以，也可称为单轴紧缩实验。所以，也可称为单轴紧缩实验。由于试样的侧向压力为零，在侧向受压时，其侧向变形不由于试样的侧向压力为零，在侧向受压时，其侧向变形不受限制，故又称为无侧限紧缩实验。同时，又由于试样是受限制，故又称为无侧限紧缩实验。同时，又由于试样是在轴向紧缩的条件下破坏的，因此，把这种情况下土所能在轴向紧缩的条件下破坏的，因此，把这种情况下土所能接受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度，以接受的最大轴向压力

14、称为无侧限抗压强度，以ququ表示。实表示。实验时仍用圆柱状试样，可在专门的无侧限仪上进展，也可验时仍用圆柱状试样，可在专门的无侧限仪上进展，也可在三轴仪上进展。在三轴仪上进展。2ufuqc无侧陷紧缩表示图4.3.4 4.3.4 原位十字板剪切实验原位十字板剪切实验 H HDfff322022d6DffDMr r r2122ffDD HMDH23max1222623fffD HDMMMDDHmax2()23fMDDHH HDfff4.4.1地基变形的三个阶段：1线性变形阶段：相应于P-S曲线的部分。由于荷载较小，地基主要产生压密变形，荷载与沉降的关系接近于直线。弹塑性变形阶段：相应于P-S曲线

15、部分。当荷载添加到超越点压力时，荷载与沉降之间成曲线。破坏阶段：相应于P-S曲线的段。在这个阶段塑性区已开展到构成一延续的滑动面，荷载略有添加或不添加，沉降均有急剧变化，地基丧失稳定。O Ospa b c 压力与沉降关系曲线一、临塑荷载的根本公式建立于下述实际之上：1运用弹性实际计算附加应力；2利用强度实际建立极限平衡条件。二、塑性区的边境方程 经过研讨地基中任一点M处产生的大、小主应力如以下图所示和该点的大、小主应力应满足的极限平衡条件。均布条形荷载作用下地基中的应力1313sin2 cotc1300=(sin)()pddz00sinsintanpdczd00dzdmaxcot2tanpdc

16、zd由上式可得：条形根底边缘的塑性区塑性区的最大深度Zmax，可由 的条件求得，即： 当Zmax=0时，表示地基中即将出现塑性区，相应的荷载即为临塑荷载Pcr，即：(cot )cot2crdcpd 阅历证明：即使地基发生部分剪切破坏，地基中的塑性区有所开展，只需塑性区的范围不超出某一限制，就不致影响建筑物的平安和运用，因此，假设用 作为浅根底的地基承载力无疑是偏于保守的，但地基中的塑性区终究允许开展多大范围，与建筑物的性质、荷载的性质以及土的特性等要素有关，在这方面还没有一致和一定的意见，国内某些地域的阅历以为，在中心垂直荷载作用下，塑性区的最大深度 可以控制在根底宽度的1/4，相应的荷载用

17、表示因此，在 式中，令 得出 荷载公式为： 141cot4cot2dcbpd crpmaxz14pbz41max14pcrp4.4.3 地基承载力(2)随着荷载添加，压密区I向两侧挤压，土中产生塑性区，塑性区先在根底边缘产生，然后逐渐扩展构成II、III塑性区。根底的沉降增长率较前一阶段增大，故 ps曲线呈曲线状。(1)当根底上荷载较小时，根底下构成一个三角形压密区I，伴随根底压入土中，ps曲线呈直线关系。 整体剪切破坏p-s曲线上有两个明显的转机点，区分地基变形三个阶段： 整体剪切破坏整体剪切破坏(3)当荷载到达最大值后，土中构成延续滑动面，并延伸到地面，土从根底两侧挤出并隆起，根底沉降急剧

18、添加，整个地基失稳破坏。 某谷仓的地基整体剪切破坏 随着荷载的添加，根底下也产生随着荷载的添加，根底下也产生压密区压密区I I及塑性区及塑性区IIII，但塑性区仅仅，但塑性区仅仅开展到地基某一范围内，土中滑动面开展到地基某一范围内，土中滑动面并不延伸到地面，根底两侧地面悄然并不延伸到地面，根底两侧地面悄然隆起，没有出现明显的裂痕。隆起，没有出现明显的裂痕。 部分剪切破坏p-s曲线没有明显的直线段，地基破坏时曲线也没有明显的陡降。 部分剪切破坏O Osp ps曲线上坡度发生显著变化即变化率最大的点所对应的基底压力p作为地基的极限承载力fu。 随着荷载的添加，根底下土层发生紧缩变形，根底出现继续下

19、沉，当荷载继续添加，根底周围附近土体发生竖向剪切破坏，使根底刺入土中，地基不出现延续的滑动面，根底两侧地面不出现隆起。 冲剪破坏p-s曲线没有明显的转机点。 冲剪破坏 p ps s曲线上平均下沉梯度接近常数曲线上平均下沉梯度接近常数且出现不规那么下沉时对应的基底压力且出现不规那么下沉时对应的基底压力p p作为地基的极限承载力作为地基的极限承载力fu fu 。O Osp冲 剪 破 坏一、太沙基极限承载力公式 当根底有埋置深度d时，将根底底面以上的两侧土体用当量均布超载q=0d来替代。一、太沙基极限承载力公式 cddbp baaq=0d04520tgrr e0452一、太沙基极限承载力公式ba b uPWCCpPpP214Wb tguuPf b2coscbCc ab212cos4upPPcbtgb tg二、太沙基极限承载力公式 012uqcfbNdNcN0452