土抗剪强度 地基承载

土抗剪强度地基承载第1页，共23页，2023年，2月20日，星期六5.1概述5.2土的极限平衡条件5.3抗剪强度指标的确定5.4影响抗剪强度指标的因素5.5地基的临塑荷载和临界荷载5.6地基的极限荷载5.土的抗剪强度与地基承载力第2页，共23页，2023年，2月20日，星期六掌握1）土的抗剪强度理论2）直剪试验测定土的抗剪强度3)临塑荷载和临界荷载4)地基的极限荷载学会1）利用土的极限平衡条件分析土中平衡状态2）根据不同固结和排水条件选用抗剪强度指标3)确定地基承载力三轴试验、十字板剪切试验等了解第五章

土的抗剪强度与地基承载力第3页，共23页，2023年，2月20日，星期六图5-1载荷试验的p-s曲线图5-2地基破坏模式a)整体剪切破坏b)局部剪切破坏c)冲剪破坏5.1.1地基强度的意义5.1概述第4页，共23页，2023年，2月20日，星期六（1）整体剪切破坏。整体剪切破坏是一种在荷载作用下地基连续滑动面的地基破坏模式。

它的特征是：当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区I，这时p-s曲线呈直线关系。随着荷载增加，压密区向两侧挤压，土中产生塑性区，塑性区先在基础边缘产生，然后逐步扩大形成Ⅱ、Ⅲ塑性区。这时，基础的沉降增长率较前一阶段增大，故p-s曲线呈曲线状。当荷载达到最大值后，土中形成连续滑动面，并延伸到地面，土从基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，整个地基失稳破坏。这时，p-s曲线上出现明显的转折点。（2）局部剪切破坏。局部剪切破坏是一种在荷载作用下地基某一范围内发生剪切破坏区的地基破坏型式。其破坏特征是，随着荷载的增大，地基中也产生压密区I和塑性区Ⅱ，但塑性区仅仅限制在地基某一范围内，土中滑动面并不延伸到地面，基础两侧土体有部分隆起，但不会出现明显的倾斜和倒塌。其p-s曲曲线也有一个转折点，但不像整体剪切破坏那么明显。在转折点后，其沉降量增长率虽较前一阶段为大，但不像整体剪切破坏那样急剧增加。局部剪切破坏介于整体剪切破坏和冲剪破坏之间。第5页，共23页，2023年，2月20日，星期六（3）冲剪破坏。冲剪破坏是一种在荷载作用下地基土体发生垂直剪切破坏，使基础产生较大沉降的一种地基破坏模式，也称刺入剪切破坏。其特征是：随着荷载的增加，基础下面的土层发生压缩变形，基础随之下沉并在基础周围附近土体发生竖向剪切破坏，破坏时基础好像“刺入”土中，不出现明显的破坏区和滑动面。从冲剪破坏的p-s曲线看，沉降随着荷载的增大而不断增加，但p-s曲线上没有明显的转折点。

地基的剪切破坏型式，除了与地基土的性质有关外，还同基础埋置深度、加荷速度等因素有关。对于在密砂和坚硬粘土地基中，一般会出现整体剪切破坏，但当基础埋置很深时，在很大荷载作用下也会产生压缩变形，出现冲剪破坏；而对于压缩性比较大的松砂和软粘土地基中，当加荷速度较慢时，会产生压缩变形而出现冲剪破坏，但当加荷很快时，由于土体不能产生压缩变形，就可能发生整体剪切破坏。若基础埋置深度较大，无论是砂性土还是粘性土地基，最常见的地基的破坏型式是局部剪切破坏。第6页，共23页，2023年，2月20日，星期六为了土木工程的安全可靠，要求地基必须同时满足下列两个条件：1）地基变形条件。包括地基的沉降量、沉降差、倾斜与局部倾斜都不超过相关规范规定的地基变形允许值。2）地基强度条件。在上部荷载作用下，确保地基的稳定性，不发生地基剪切或滑动破坏。地基变形条件已在第4章阐述。本章介绍地基强度问题。工程实践和室内试验都证实了土是由于受剪而产生破坏，剪切破坏是土体强度破坏的主要形式，土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。第7页，共23页，2023年，2月20日，星期六5.1.2地基强度的应用

1）土作为建筑物地基的承载力问题。当上部荷载较小，地基处于压密阶段或地基中塑性变形区很小时，地基是稳定的。当上部荷载很大，地基中的塑性变形区越来越大，最后连成一片，则地基发生整体滑动，即强度破坏，这种情况下地基是不稳定的。本章将进行详细介绍。

2）土作为材料构成的土工构筑物的稳定性问题。①天然构筑物。为自然界天然形成的山坡、河岸、海滨等。②人工构筑物。人类活动造成的构筑物，如土坝、路基、基坑等。

3）土作为工程构筑物的环境的问题，即土压力问题。若边坡较陡不能保持稳定或场地不容许采用平缓边坡时，可以修筑挡土墙来保持力的平衡，如挡土墙、地下结构等。作用在墙面上的力称为土压力，关于土压力的计算见第6章。研究土的强度问题包括：①抗剪强度的来源、影响因素、测试方法和指标的取值；②土的极限平衡理论和土的极限平衡条件；③地基受力状况和确定地基承载力的途径。第8页，共23页，2023年，2月20日，星期六

假设的滑裂面形状被动区过渡区刚性核太沙基(K.Terzaghi)课题第9页，共23页，2023年，2月20日，星期六土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。

第10页，共23页，2023年，2月20日，星期六主动土压力作用边坡不稳定地基承载力不足挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏核心强度理论第11页，共23页，2023年，2月20日，星期六5.2.1抗剪强度的库仑定律砂土

粘性土

5.2土的强度理论与强度指标第12页，共23页，2023年，2月20日，星期六a）无粘性土 b）粘性土

抗剪强度与法向应力之间的关系库仑公式可以看出，无粘性土的抗剪强度与作用在剪切面上的法向应力成正比，其本质是由于土粒之间的滑动摩擦以及凹凸面间的镶嵌作用产生的摩阻力，其大小决定于土粒表面的粗糙度、土的密实度以及颗粒级配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是摩擦力，与法向应力成正比；另一部分是土粒间的粘聚力，它是由粘性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。

第13页，共23页，2023年，2月20日，星期六

根据太沙基（Terzaghi）有效应力概念，土体内的剪应力仅能由土的骨架承担。土的抗剪强度应表示为剪切破坏面上的法向有效应力的函数：

试验表明：土的抗剪强度取决于土粒间的有效应力，然而，由库仑公式建立的概念在应用上比较方便，被应用于许多土工问题的分析方法中。第14页，共23页，2023年，2月20日，星期六5.2.2莫尔-库仑强度理论1910年，莫尔（Mohr）提出材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并提出在破坏面上的剪应力，即抗剪强度，是该面上法向应力的函数：

土的莫尔破坏包线通常可以近似地用直线代替，图中虚线所示，该直线方程就是库伦公式表达的方程。由库伦公式表示莫尔破坏包线的强度理论，称为莫尔一库仑强度理论。第15页，共23页，2023年，2月20日，星期六5.2.3土的极限平衡条件当土体中任意一点在某一平面上发生剪切破坏时，该点即处于极限平衡状态，根据莫尔一库伦强度理论，可得到土体中一点的剪切破坏条件，即土的极限平衡条件。第16页，共23页，2023年，2月20日，星期六莫尔圆与抗剪强度之间的关系

第17页，共23页，2023年，2月20日，星期六推导出粘性土的极限平衡条件计算公式：第18页，共23页，2023年，2月20日，星期六化简并通过三角函数间的变换关系，可得到极限平衡条件为：或

对于无粘性土（c=0），则其极限平衡条件为：由直角三角形ARD外角与内角的关系可得：（5-7a）（5-7b）

（5-7c）

（5-7d）

（5-8）

第19页，共23页，2023年，2月20日，星期六几点结论：第20页，共23页，2023年，2月20日，星期六第21页，共23页，2023年，2月20日，星期六第22页，共23