地基讲稿－第章

第4章土的抗剪强度与

地基承载力第一节概述第二节土的抗剪强度第三节

土的抗剪强度试验方法

第四节地基承载力本章讲授内容结构荷载基底压力上部结构、基础、地基示意图压力扩散线持力层下卧层地基基础自重设计程序：上部结构荷载、地基情况基础形式、材料

选持力层（埋深）

确定基础尺寸（地基强度与变形）结构计算绘施工图回顾持力层土抗剪强度地基承载力确定基础尺寸第五章土的抗剪强度与

地基承载力建筑物地基基础设计必须满足变形和强度两个基本条件。

第一节概述剪切破坏：荷载产生法向应力与剪应力，当剪应力≥土抗剪强度，土粒间相对滑动，即产生剪切强度破坏。地基破坏与地基强度：强度和变形是两个不同的控制标准，不可互相替代，承载力要求是先决条件——

基底压力pk

≤地基承载力fa地基失稳：基底荷载增加（超过地基承载力），地基中形成连续的剪切滑动破坏面，基础产生沉降或倾斜，地基土被挤出，地基破坏。基底荷载滑动破坏面压密区土的抗剪强度：是指在外力作用下，土体内部产生剪应力时，土对剪切破坏的极限抵抗能力。

地基破坏即是剪切破坏。土的强度问题实质上就是抗剪强度问题。FT土样水平测力装置竖向加压装置上下剪切盒基座上下透水石T结论本章学习要点本章将主要介绍地基的强度和稳定问题，包括土的抗剪强度以及地基基础设计时的地基承载力的计算问题。土的抗剪强度主要应用于地基承载力的计算和地基稳定性分析、边坡稳定性分析、挡土墙及地下结构物上的土压力计算等。

重点掌握：①抗剪强度理论②指标测定方法③地基承载力确定方法第二节土的抗剪强度

一、抗剪强度（一）库仑定律土的抗剪强度可以通过试验的方法测定；直剪试验：

图4-1为应变式直剪仪示意图，施加一水平力T，土样水平面上受剪，试样的水平截面积为A，则垂直压应力为σ=F／A，此时，土的抗剪强度（土样破坏时对此推力的极限抵抗能力）为τf=T／A。（一般取4～6个物理状态相同的试样试验）土的抗剪强度并非是一个定值。不同类型的土其抗剪强度不同，即使同一类土，在不同条件下的抗剪强度也不相同。图4-1直剪仪工作原理示意图FT土样水平测力装置竖向加压装置上下剪切盒基座上下透水石T垂直压应力：σ=F／A抗剪强度：τf=T／A上下剪切盒应变式直剪仪垂直加载水平加载测微表量力环剪切盒后页抗剪强度τf与法向应力σ关系曲线：以σ为横坐标，以τf为纵坐标绘制，如图4－2所示。砂性土：粘性土：式中—在法向应力作用下土的抗剪强度（kPa）；

—作用在剪切面上的法向应力（kPa）；

—土的内摩擦角(°)；

c—土的粘聚力（kPa）。结论库仑定律：库仑（Coulomb）于1773年提出下述土的σ～τf

关系规律，故称为。土的内摩擦系数0100200300400σ(kPa)100200300400τf(kPa)φ砂性土抗剪强度线通过原点0100200300400σ(kPa)τf(kPa)φ粘性土抗剪强度线c100200300400土的抗剪强度构成：内摩擦力与粘聚力。c和φ称为土的抗剪强度指标（或参数）。在一定条件下c和φ是常数，它们是构成土的抗剪强度的基本要素，c和φ（tanφ为土的内摩擦系数）的大小反映了土的抗剪强度的高低。（二）抗剪强度的构成因素主要包括以下几个方面：1．土颗粒的矿物成分、形状及颗粒级配；2．初始密度；3．含水量；4．土的结构扰动情况；5．有效应力；6．应力历史；7．试验条件。（三）抗剪强度的影响因素二、摩尔—库仑强度理论τ＜τfτ＞τfτ＝τf该点处于稳定状态该点处于极限平衡状态该点处于破坏状态（塑性变形和应力重分布）

土的极限平衡条件：极限平衡状态时，土中大小主应力与土的抗剪强度指标之间的关系。（？）

土中某点在剪应力τ的作用下可能处于以下三种状态：由材料力学可知，地基中任意一点M（用微元体表示）平面应力状态，其上作用的应力为正应力σx、σz和剪应力τxz。该点上大、小主应力σ1、σ3为：（一）土中某点的应力状态土中某点应力状态示意图xz0σxσzτxzpM当主应力已知时，任意斜截面上的正应力σ与剪应力τ的大小可用摩尔圆来表示：mnσ3σ1σ3ασ1στmnσ3σ1α单元体上的应力摩尔应力套圆单元体上菠的应力σσ1τ2αφαAcσσ3στmnσ3σ1α（二）松土的极叫限平衡去条件将土体退中某点敲应力状铲态的应跨力圆和络土的抗嚷剪强度菌线绘于毅同一直峡角坐标描系中，烛判断土磁体在这疼一点上经是否达更到极限到平衡状茶态：τ＜τfτ＞τfτ＝τf稳定状拦态极限平遥衡状态破坏状旺态应力圆介与抗剪叨强度线职相离应力圆耍与抗剪卖强度线呀相切应力圆吵与抗剪横强度线华相割στφAco123摩尔应力余圆与抗剪屯强度线间级的关系粘性土采的极限垒平衡条概件：砂性土的得极限平衡刺条件：某点处暮于极限坝平衡状汁态时，绘破裂面判与最大宏主应力作用面盖所呈角剂度（称筋为破裂显角）为：(b)极限状态午摩尔应力党圆(a)单元体上哀的应力στσ3σ12αcrφαcrAco(σ1+σ3)/2o′BDCmnσ3σ1σ3αcrσ11．土的强房诚度破坏是叨剪应力达钢到和超过味抗剪强度牲所致。2．破坏状促态的应力状条件必须守是法向应涨力和剪应考力的某种糖组合符合湿库仑定律捏的破坏准色则，而不茅是以最大出剪应力τmax达到了恨抗剪强朴度τf作为判砖断依据岸，亦即印剪切破狡坏面并懒不一定艇发生在保最大剪封应力的棒作用面五上；3．极限惨平衡状请态时，指极限应债力圆与巷抗剪强始度线相睬切，一既组极限椒应力圆数的公切粮线即为晚土的强艘度包线确。4．根据面土的极山限平衡屑条件，找在已测绑得抗剪贡强度指厉标的条贱件下，蹈已知大碌、小主风应力中酬的任何琴一个，恰即可求形得另一歌个；或五在已知翼抗剪强特度指标驳与大、冻小主应练力的情歌况下，章判断土旦体的平奶衡状态势；也可吩利用这杨一关系依求出土越体中已漂发生剪绍切破坏再面的位情置。结论抹：【例4-1】已知一组劈燕直剪试验序结果，在驱施加的法傲向应力分届别为100吸kPa、200k异Pa、300攻kPa、400黄kPa时，测普得相应魂的抗剪励强度分森别为67k薄Pa、119魄kPa、162群kPa、215橡kPa。试作图渔求该土的币抗剪强度溉指标c、φ值。若邮作用在汽此土中袍某点的洞最大与呆最小主宵应力分饰别为350兆kPa和100释kPa问该点与处于何队种状态贡？【解】：（1）以法甚向应力σ为横坐标显，抗剪强通度τf为纵坐标痛，σ、τf取相同比物例，将土纤样的直剪垃试验结果狸点在坐标闻系上，如赔图4-7所示，过眉点群中心旦绘直线即晕为抗剪强锤度曲线。在图中痒量得抗朵剪强度蚂线与纵程轴截距云值即为察土的粘克聚力：c=15泡kPa，直线栏与横轴蚂的倾角档即为内傅摩擦角φ=27清°。（2）当最大歌主应力σ1=35找0kP啄a时，如派果土体血处于极锻限平衡染状态，抹根据极珠限平衡至条件其称最大与贱最小主弓应力间批关系：＞=100kPa，说明该点已处于破坏状态。=11防3.0棵5(k企Pa)抗剪强肿度指标培计算图400100300200τfkPaφc0100200300400σkPa实际应力夏圆极限应力就圆第三节土的抗蛮剪强度低试验方骄法土的抗遣剪强度截指标通嘉过土工试杂验确定。试红验方法分旗为室内土工试滋验和现场原位测试两种盼。室内试井验常用的观方法有直接剪皇切试验霸、三轴景剪切试障验；现场雀原位测登试的方信法有十字板厨剪切试谣验和大老型直剪固试验。指标c、φ值是土的珠重要力学谣指标，用扇于确定地凳基土的承受载力、挡肺土墙的土低压力以及逃验算土坡云的稳定性巷等问题。篮正确地测升定和选择虫土的抗剪立强度指标斤是土工试松验与设计疏计算中十皮分重要的疼问题。一、不同刃排水条件飘的试验方并法与适用沃条件l．不固结—不排水剪怀试验（Unc溉ons献oli遮dat祸ion扛U坚ndr升ain赖ed熟Sh与ear中T跃est铃,简称UU试验）（快剪试验）。模拟建风筑场地神土体来波不及固副结排水占就较快祝地加载队的情况哭。在实液际工程啄中，对待渗透性牙较差，绳排水条缠件不良洒，建筑筑物施工歇速度快净的地基庙土或斜按坡进行萝稳定性上验算时洞应用。2．固结—不排水腹剪试验（Con日sol薪ida荒tio臣n毒Und泛rai乏ned烧S惠hea遣r肯Tes类t，简称CU试验）（固结快卫剪试验）。模拟建速筑场地滥土体在惠自重或欲正常载急荷作用备下已达砍到充分涉固结，抖而后遇问到突然纪施加载坦荷的情迫况。对孩一般建谋筑物地表基的稳跃定性验俭算以及挣预计建凑筑物施迎工期间含能够排猛水固结宿，但在累竣工后栋将施加仅大量活略载荷（提如料仓扔、油罐民等）或锁可能有斧突然活狭载荷（夸如风力粱等）情刮况。固结—排水剪筋试验是维模拟地竞基土体忙已充分成固结后巩开始缓快慢施加局载荷的扣情况。赴在实际券工程中斯，对土剩的排水开条件良删好（如拖粘土层组中夹砂罢层）、谢地基土忙透水性帖较好（爹低塑性焰粘性土乔）以及富加荷速隐率慢时蚊可选用幼。但因造工程的回正常施诞工速度劳不易使斤孔隙水暂压力完响全消散而，试验术过程既盲费时又现费力，命因而较亩少采用坑。3．固结—排水剪试禽验（Con袍sol辨ida贤tio哭n赔Dra乘ine棚d伯She旁ar瘦Te池st，简称CD试验）（慢剪试洁验）。二、直接故剪切试验由于直剪仪构造简蹦单，土沸样制备企和试验透操作方粉便等特执点，现仍仍被一三般工程丘所采用谜。《地基基登础设计锦规范》规定，直贤剪试验只搭适用于二光级及三级爸建筑物的妄可塑状粘逢性土和饱朴和度不大悄于50%的粉土益。试验结许果不能椒反映工衡程的实筑际情况吓，所得变的抗剪始强度指裹标过大诉，对高筝等级建豪筑物安帖全度无她法保证围。问题：1.不能有庄效地控拢制排水庄；2.上下盒间雄缝隙的影逼响；3.剪切面是次人为规定拼的；4.剪切面抱应力条欺件复杂福。前图图4-1直剪仪佳工作原晓理示意与图FT土样水平测力装置竖向加压装置上下剪切盒基座上下透水石T三、三浩轴剪切税试验图4-8三轴剪切报仪示意图1—量力环松；2—活塞；3—进水孔；4—排水孔吹；5—试样帽顷；6—受压室；7—试样；8—乳胶膜神；9—接周围压筝力控制系亏统；10—接排水踢管；11—接孔隙水委压力系统宿；12—接轴向宰加压系牢统三轴剪切唤仪由受压帆室、周围辰压力控制仆系统、轴昆向加压系阔统、孔隙止水压力系茂统以及试某样体积变慈化量测系肠统等组成吴。σ1σ3三轴试挤验可以康在三维发空间模庸拟实际造受力状龟态，克冲服直剪呈试验的度固有缺贡点，不变仅用于疯工程试纪验，也鬼被广泛便应用于贷科学研夫究中，长一级建善筑物地坊基土应伞予采用灶。0στfφc用若干异土样进平行试验份，对每预个土样孝施加不沉同σ3，可分坑别求得至剪切破闷坏时对孙应的最址大主应调力σ1，将这些予结果绘成奏一组摩尔它圆。通过勤这些摩尔播圆的切点充的直线就奴是土的抗献剪强度线而，由此可株得抗剪强验度指标c和φ值。四、无侧假限抗压强惩度试验无侧限抗樱压强度试尼验方法适慈用于饱和禁粘土。本筐试验所用森的主要仪厘器设备是调应变控制织式无侧限吼压缩仪。试样为扬原状土字样1—轴向加换荷架；2—轴向测劲力计；3—试样；4—上、下秩传压板测；5—手轮；6—升降板呈；7—轴向位话移计应变控冤制式无告侧限压馅缩仪五、十字番板剪切试勿验1—转盘；2—摇柄；3—滑轮；4—弹簧秤蛛；5—槽钢；6—套管；7—钻杆；8—十字板十字板鲁剪切仪（现场原乏位测试）钻孔至需检要试验的信土层深度键以上750章mm处，然富后将装游有十字俗板的钻辈杆放入叼钻孔底忧部，并传插入土闲中750练mm，施加徒扭矩使庄钻杆旋袜转直至闲土体剪丹切破坏双。土体症剪切面搁为十字耻板旋转慎所形成定的圆柱顾面。试验方法Pc—剪切破坏花时的总作肢用力；fc—轴杆及设能备的机械张阻力；h、D—十字板华的高度店和直径；R—转盘的半膛径；kc一十字之板常数义；适用于体软塑状粪态的粘宗性土。概述：第四节地基破维坏形式帅与地基承载锻力地基承筒载力特宫征值是指在麦保证地袭基稳定熟条件下搂，地基危单位面图积上所回能承受袋的最大忍应力。地基承载络力特征值床应按下列买规定综合坏考虑：1.甲、乙级甜的建筑物袋采用载荷眨试验、理疏论公式计尽算及其他仍原位试验阴等方法综骡合确定；2.丙级的清建筑物须可按土置的物理种力学指伴标、标供准贯入粮试验、口轻便触处探试验叠等方法挥确定。3.次要建报筑物可令根据邻料近建筑鼻物的经鹿验确定。影响因素厕：土性质啊、基础埋以深与宽度并、施工方爷法原位荷载试验装置荷载试坑支墩次梁主梁承压板千斤顶百分表基准梁一、平板呜载荷试验语确定地基挣承载力（一）校地基变有形的三采个阶段现场平板烤载荷试验姨时，地基塑在局部荷径载作用下乡丰，从开始跪施加荷载甜并逐渐增两加至地基动发生破坏连，地基的穿变形大致省经过以下倡三个阶段亩：荷载试验p～s曲线0spcrpuabcs1p土中即将寇出现剪切罗破坏（塑颜性变形）帅点时的基谱底压力称骨为临塑压挂力（或比例极阴限）。pcr1．直线杜变形阶后段（压密阶丢段）：p≤pcr（图中oa段）此阶段土嫌的变形主删要是由土蚊的压实，纯孔隙体积奏减小引起珍的，土体醒处于弹性熄平衡状态。2．局部剪垂切阶段（塑性变段形阶段）茄：pcr＜p＜pu（图中ab段）pcz地基中的触变形不再就是线形变姜化，压力攀和变形之不间成曲线汇关系；随着压清力的增臣加，地孟基除进衔一步压沾密外，延在局部炕（一般荷从基础荣边缘开尽始）出胶现了剪含切破坏赞区（也示称为塑性区）。此段范围柴内的基底瘦压力称为威塑性荷载pcz3.失稳阶段(完全破赚坏阶段冲）：p≥pu极限荷清载pu：地基刚出贸现整体滑稻裂破坏面恼时的基底屡压力。压力继副续增加确，地基禽变形将方急剧增享大，塑捉性区扩免大，形环成连续毒的滑动唯面，土穷从荷载赶板下挤姑出，在纺地面隆亚起，这疫时地基蜂已完全园丧失稳菜定性。pu连续滑从动面(二)平板载荷腐试验确定加地基承载移力由试验结夹果可绘制p～s关系曲线鸣，并推断套出地基的睬极限荷载毯与承载力开特征值。承载力特膊征值由载汽荷试验p～s关系曲线确定池：荷载试验p～s曲线0spcrpuabcs1p1.当p～s曲线上有途比例界限争时，取该倡比例界限本所对应的亦荷载值；2.当极限垒荷载小气于对应弓比例界君限的荷链载值的2倍时（pu≤2pcr），取蜡极限荷兔载值的夜一半；3.当不能洁按上述狡要求确黄定时，精当压板努面积为0.25～0.50痒m2，可取s/b=境0.01～0.01论5所对应的汤荷载，但假其值不应屑大于最大金加载量的辨一半；4.同一土编层实验容不应少鼠于三点思，当试决验实测普值的极吹差不超宏过其平列均值的30%时，取士此平均危值作为胡该土层假的地基承载过力特征值fak。二、理论衔公式确定斗地基承载袍力塑性区疼范围不钞超过一距定限度谨，可采楼用一定币深度的幼塑性区洪的基底增压力pcz作为地恨基承载彻力特征喉值。当荷载概偏心距e≤0.3挠3倍基础毕底面宽辉度时，浙通过抗所剪强度蔽指标计拥算地基偏土承载固力特征胆值。fa—地基承胁载力特抛征值（kPa）；γ—基础底臭面以下拖土的重墓度，地办下水位配以下取有效重度蔬（kN／m3）；γm—基础底面缠以上土的酿加权平均废重度，地巧下水位以下抬取有效重姿度（kN／m3）；Mb、Md、Mc—承载力系若数，按表4-1确定；b—基底宽度师（m），当基棋底宽度大奋于6m按6m考虑，对碗于砂土恢小于3m时按3m考虑；ck—基底下仍一倍基洞础底面却短边宽进深度内洽土的粘聚力标准推值（kPa）。三、确定搏地基承载掏力的其它速方法（一）其据它试验方誉法确定地愧基承载力上述载荷阔试验只能期用来测定帝浅层土的丝式承载力，涨如果需今要测定的翠土层位于廉地下水位返以下或位砖于比较深处的地方，输应采用如注下载荷试梨验的方法耻：深层平板裕载荷试验泼、旁压试废验和螺旋煎压板载荷各试验，适用宣于地下站水位以肉下的土凤层和埋瓶藏很深筒的土层龙，是较旺理想的鸟原位测聪定地基潜承载力蜓的方法阻。1.间接原约位测试蜜的方法静力触探沾试验和标碑准贯入试酱验与载荷凭试验结果腹对比分析胆，建立经失验关系，迈间接确定仇地基承载力。2.规范推荐殊的地基承路载力表应注意这秃些承载力咬表的局限盐性。新版兽本的《建筑地附基基础吼设计规预范》GB秃500浪07—200猪2已将所有斜的承载力归表取消，旨可以在本姻地区得到陷验证的条签件下，作庙为一种推细荐性的经匙验方法使笑用。（二）埋经验方页法确定诵地基承秆载力四、地鸦基承载刘力特征连值的修隶正当基础宽陆度大于3m或埋置斑深度大踪蝶于0.5m时，从注载荷试暂验或其较它原位烂测试、澡经验值夹等方法青确定的念地基承血载力特脂征值，坡尚应按岂下式修牛正：式中fa—修正后的华地基承载给力特征值餐（kPa）；fak—地基承哲载力特犬征值（kPa）；γ—基础底详面以下各土的重婚度，地搞下水位酸以下取有效重湾度（kN／m3）；γm—基底以上真土的加权摔平均重度香，地下水鼻位以下取有效购重度（kN／m3）；b—基底宽度(m)，小于3m时按3m取值，拾大于6m按6m取值；ηb、ηd—基础宽荒度和埋豆深的地检基承载坡力修正施系数，按散基底下担土的类忧别取值搅；d—基础埋和置深度椒（m）,一般自室买外地面标拖高算起。在谷填方整副平地区微，可自很填土地现面标高翁算起，但杂填土在勾上部结痰构施工暑后完成翅时，应现从天然地面