地基基础高校讲义课件章苏德利老师原创

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凭力圆单元体院上的应梳力σσ1τ2αφαAcσσ3στmnσ3σ1α（二辅）土衔的极高限平柿衡条膀件将土覆体中留某点删应力墙状态柄的应限力圆浴和土俩的抗隶剪强延度线赛绘于丽同一百直角狡坐标敲系中漆，判您断土陡体在片这一门点上着是否碍达到筹极限册平衡肺状态：τ＜τfτ＞τfτ＝τf稳定川状态极限平仙衡状态破坏状揭态应力哥圆与下抗剪脏强度讲线相掏离应力抽圆与志抗剪雷强度袖线相设切应力困圆与瞧抗剪私强度啄线相航割στφAco123摩尔凤应力诸圆与延抗剪苗强度理线间盲的关锁系粘性贫土的蜡极限近平衡网条件喝：砂性土桐的极限上平衡条勺件：某点处汁于极限株平衡状呢态时，食破裂面扔与最大箩主应力作用织面所妇呈角脂度（玩称为漏破裂昏角）殖为：(b踩)极限蛛状态且摩尔周应力次圆(a)单元体给上的应社力στσ3σ12αcrφαcrAco(σ1+σ3)/2o′BDCmnσ3σ1σ3αcrσ11．土她的强甜度破荐坏是格剪应般力达朽到和略超过们抗剪求强度疼所致途。2．破追坏状高态的蚀应力攀条件严必须梦是法跟向应香力和及剪应趴力的溜某种性组合科符合繁库仑间定律湖的破绞坏准既则，治而不桨是以启最大呼剪应那力τmax达到了怨抗剪强麻度τf作为判红断依据成，亦即残剪切破怎坏面并宾不一定被发生在散最大剪伶应力的慕作用面持上；3．极秩限平抱衡状运态时废，极拜限应昌力圆仓与抗浸剪强卫度线麻相切六，一堡组极悄限应公力圆脾的公季切线围即为及土的臭强度也包线窜。4．根罢据土每的极庆限平眯衡条伞件，绞在已有测得底抗剪靠强度运指标榴的条陵件下惊，已层知大杏、小鞋主应子力中微的任梁何一偏个，瓶即可赴求得堡另一柄个；趁或在症已知伞抗剪谷强度忙指标娇与大抓、小宝主应周力的笛情况稠下，脑判断乏土体平的平奏衡状台态；蓬也可顷利用驴这一云关系爱求出无土体侵中已飞发生渗剪切猫破坏晓面的舍位置削。结亲论：【例4-1】已知由一组旧直剪购试验炭结果慢，在圣施加专的法僵向应摔力分境别为10革0k复Pa、200够kPa、300趟kPa、40筝0k扬Pa时，测谎得相应桑的抗剪田强度分堵别为67k渔Pa、11王9k级Pa、162彼kPa、215谁kPa。试作角图求该惯土的抗很剪强度食指标c、φ值。若岩作用在动此土中抚某点的拖最大与么最小主稠应力分蚊别为350抛kPa和10收0幻玉kP鞭a问该点怎处于何热种状态梁？【解】：（1）以张法向候应力σ为横子坐标两，抗驶剪强节度τf为纵坐拐标，σ、τf取相炮同比握例，坛将土六样的常直剪柏试验舍结果挖点在奴坐标徒系上川，如规图4-7所示细，过霉点群炊中心学绘直浮线即戒为抗辆剪强赶度曲柴线。在图廉中量留得抗朝剪强众度线主与纵杠轴截采距值冬即为役土的晨粘聚磨力：c=15属kPa，直线恼与横轴梢的倾角找即为内铜摩擦角φ=2声7°。（2）当最有大主应滥力σ1=3滩50兆kP轨a时，展如果矛土体妄处于油极限饿平衡歇状态箭，根欠据极案限平仿衡条结件其徐最大尺与最济小主姓应力培间关励系：＞=100kPa，说明该点已处于破坏状态。=11溉3.0乎5(k绍Pa)抗剪强盐度指标顺计算图400100300200τfkPaφc0100200300400σkPa实际岛应力携圆极限应呈力圆第三节土的抗杯剪强度疑试验方吼法土的银抗剪骗强度疫指标槽通过土工蒜试验确定。恢试验方绑法分为室内土工试萝验和现场原初位测试药两种路。室漆内试摩验常恐用的乐方法遭有直接剪达切试验淹、三轴妥剪切试支验；现场狗原位测嘱试的方掠法有十字板琴剪切试矿验和大撞型直剪河试验。指标c、φ值是催土的凝重要包力学桨指标榜，用部于确绍定地核基土添的承劝载力洁、挡游土墙尖的土友压力大以及冈验算转土坡盲的稳大定性楼等问上题。赛正确胞地测江定和足选择忠土的眠抗剪裁强度揉指标贼是土积工试剂验与饰设计袋计算长中十适分重池要的斤问题恳。一、不聪同排水眯条件的声试验方茂法与适糖用条件l．不固结—不排构水剪眉试验（Unc鄙ons粱oli啄dat俗ion膛U颈ndr停ain井ed躲Sh膊ear歪T楚est贝,简称UU试验）（快剪抚试验）。模拟建顾筑场地种土体来饥不及固虑结排水陵就较快倒地加载塘的情况冤。在实筹际工程搁中，对短渗透性霸较差，摄排水条子件不良吼，建筑妹物施工挽速度快爷的地基潜土或斜温坡进行摇稳定性玻验算时至应用。2．固结—不排仙水剪剩试验（Con捎sol帐ida流tio暗n惑Und好rai垒ned俊S虚hea余r轧Tes齿t，简称CU试验）（固结快社剪试验）。模拟建浮筑场地省土体在米自重或顽正常载渐荷作用黄下已达璃到充分狡固结，陵而后遇缺到突然我施加载盲荷的情系况。对好一般建牧筑物地泉基的稳及定性验检算以及懂预计建熄筑物施另工期间张能够排删水固结士，但在趁竣工后制将施加茫大量活归载荷（差如料仓扮、油罐驻等）或辣可能有芦突然活弓载荷（笼如风力约等）情煎况。固结—排水奖剪试存验是被模拟装地基帖土体兴已充筹分固苦结后毁开始豪缓慢稍施加码载荷谷的情驶况。换在实揪际工培程中辽，对绸土的给排水扮条件半良好闲（如馋粘土速层中乓夹砂喷层）须、地校基土推透水你性较犹好（故低塑裁性粘腰性土只）以佛及加今荷速厘率慢房诚时可裁选用勒。但降因工距程的肝正常车施工厦速度柔不易留使孔宰隙水令压力体完全讯消散性，试火验过尿程既旗费时虽又费笋力，尿因而冬较少佩采用交。3．固结—排水剪我试验（Co献ns朋ol尊id夸at皮io麦n塘D旱ra近in念ed异Sh贵ea核r卸T夏es洞t，简称CD试验）厕（慢剪沿试验）。二、直城接剪切泻试验由于直剪以仪构造简蜘单，土骂样制备慈和试验捡操作方细便等特欣点，现表仍被一评般工程事所采用姑。《地基卷基础梦设计搜规范》规定克，直略剪试甚验只俱适用锐于二斗级及绵三级仪建筑戒物的协可塑伸状粘消性土最和饱丈和度咬不大捏于50%的粉土碗。试验楼结果亦不能蜜反映宁工程互的实让际情移况，沈所得桃的抗谱剪强晨度指淋标过诊大，灵对高某等级派建筑粥物安佣全度厉无法推保证徐。问题咐：1.不能有杜效地控脉制排水占；2.上下盒辅间缝隙岛的影响页；3.剪切傻面是届人为树规定管的；4.剪切芽面应茅力条谎件复绞杂。前图图4-1直剪仪猛工作原乳理示意逆图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、三左轴剪切话试验图4-8三轴院剪切厕仪示恐意图1—量力敲环；2—活塞；3—进水惹孔；4—排水泡孔；5—试样帽亭；6—受压室怒；7—试样喇；8—乳胶性膜；9—接周蜓围压事力控绸制系训统；10—接排水斗管；11么—接孔脸隙水宅压力尽系统吹；12悔—接轴向伯加压系淡统三轴与剪切遗仪由或受压斤室、翻周围铁压力桐控制狭系统畜、轴让向加绪压系席统、破孔隙粱水压驱力系亿统以坛及试翻样体粗积变外化量头测系描统等矛组成画。σ1σ3三轴村试验殿可以他在三杯维空薯间模伤拟实默际受陵力状拐态，竿克服腾直剪忠试验金的固锋有缺你点，合不仅夸用于俗工程饶试验先，也伟被广凭泛应弹用于价科学疲研究谦中，摄一级练建筑带物地巨基土扶应予嫩采用辈。0στfφc用若干封土样进焰行试验唉，对每匆个土样茶施加不俭同σ3，可袭分别拣求得膀剪切球破坏胃时对至应的惕最大基主应毛力σ1，将械这些金结果级绘成亦一组惭摩尔威圆。乱通过途这些盟摩尔喇圆的另切点甜的直送线就异是土慢的抗丽剪强即度线角，由箭此可亏得抗芦剪强森度指于标c和φ值。四、环无侧视限抗钩压强啊度试您验无侧限厨抗压强隔度试验沈方法适县用于饱铁和粘土肚。本试悟验所用采的主要策仪器设蒙备是应众变控制业式无侧鞋限压缩再仪。试样为猪原状土裹样1—轴向涛加荷傍架；2—轴向测赵力计；3—试样候；4—上、下旨传压板绑；5—手轮；6—升降晓板；7—轴向但位移旦计应变控盈制式无粱侧限压仓缩仪五、蒸十字谁板剪穿切试稻验1—转盘；2—摇柄趁；3—滑轮首；4—弹簧勉秤；5—槽钢；6—套管亡；7—钻杆；8—十字柳板十字板绵剪切仪（现场材原位测铃试）钻孔篮至需汇要试允验的爹土层柴深度薪以上750仍mm处，松然后超将装剧有十林字板烦的钻秤杆放店入钻友孔底熔部，堵并插炉入土砖中750仆mm，施加杂扭矩使鄙钻杆旋呢转直至剥土体剪帖切破坏筒。土体脑剪切面利为十字阅板旋转洁所形成戏的圆柱杜面。试验骗方法Pc—剪切破徐坏时的梦总作用怖力；fc—轴杆温及设技备的气机械糊阻力引；h、D—十字禾板的拢高度意和直惰径；R—转盘袄的半遥径；kc一十句字板跑常数绣；适用于租软塑状孩态的粘含性土。概述：第四节地基调破坏驼形式受与地基承穗载力地基完承载龙力特拆征值是指肤在保刑证地蚕基稳冬定条所件下销，地暗基单额位面贿积上鄙所能料承受宾的最菌大应堡力。地基插承载千力特他征值易应按开下列放规定集综合叫考虑砌：1.甲、瓦乙级相的建粮筑物挑采用算载荷弄试验检、理员论公带式计升算及棋其他项原位于试验续等方肌法综迟合确运定；2.丙级的赛建筑物严可按土榨的物理女力学指吨标、标还准贯入纸试验、马轻便触星探试验选等方法沈确定。3.次要输建筑资物可木根据缠邻近断建筑轰物的背经验处确定。影响因嘉素：土莲性质、翼基础埋吓深与宽纯度、施肆工方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、平制板载荷苦试验确叹定地基丑承载力（一）丑地基变善形的三映个阶段现场鞭平板烘载荷饲试验牧时，日地基浊在局程部荷血载作迁用下樱，从民开始而施加鉴荷载丝式并逐撕渐增差加至羊地基仰发生捕破坏惯，地类基的飞变形驳大致组经过报以下云三个舞阶段报：荷载试验p～s曲线0spcrpuabcs1p土中即衔将出现句剪切破庙坏（塑垫性变形摩）点时灵的基底上压力称旬为临塑压拐力（或比例次极限）。pcr1．直线秩变形阶眨段（压匹密阶涂段）冰：p≤pcr（图中oa段）此阶躁段土戏的变钳形主乱要是严由土权的压雁实，啊孔隙煌体积积减小迎引起堤的，鞋土体钳处于由弹性纹平衡测状态。2．局决部剪揭切阶暑段（塑宫性变域形阶禾段）挠：pcr＜p＜pu（图循中ab段）pcz地基中浴的变形粱不再是妇线形变且化，压掘力和变杯形之间找成曲线凯关系；随着筑压力羊的增嚷加，血地基牛除进情一步觉压密察外，开在局厅部（阀一般蹦从基炒础边著缘开中始）街出现怨了剪庆切破律坏区膛（也暑称为塑性区）。此段巧范围卡内的熊基底迹压力偶称为瞎塑性两荷载pcz3.失稳辉阶段(完全破监坏阶段漆）：p≥pu极限酬荷载pu：地基锋刚出明现整沾体滑冶裂破泻坏面汇时的妥基底榆压力痰。压力队继续绵增加度，地离基变续形将灾急剧哀增大西，塑夫性区拔扩大何，形艺成连举续的洁滑动城面，爷土从烟荷载施板下表挤出皂，在轿地面化隆起亿，这禁时地胡基已泉完全废丧失校稳定停性。pu连续滑洋动面(二)平板载纸荷试验碎确定地肉基承载倚力由试捐验结证果可静绘制p～s关系曲绣线，并辞推断出黑地基的别极限荷底载与承落载力特龟征值。承载艇力特族征值跳由载肉荷试倍验p～s关系曲线慰确定峡：荷载试验p～s曲线0spcrpuabcs1p1.当p～s曲线光上有袜比例讽界限找时，惜取该柿比例柱界限凯所对浩应的像荷载耽值；2.当极赌限荷臂载小惕于对岸应比窗例界廉限的醉荷载扔值的2倍时（pu≤2pcr），采取极诊限荷农载值绝的一畜半；3.当不能捕按上述附要求确硬定时，凤当压板严面积为0.2浊5～0.5招0m2，可迎取s/b翼=0.艺01～0.0捕15所对府应的石荷载途，但它其值北不应悔大于幅最大眨加载卷量的算一半响；4.同一由土层耽实验驳不应羞少于技三点伯，当撞试验棚实测炭值的喘极差轻不超种过其治平均硬值的30壤%时，取兰此平均炊值作为衬该土层贯的地基劲承载涝力特遮征值fak。二、氧理论贪公式自确定蚕地基便承载痕力塑性区链范围不拘超过一系定限度灾，可采消用一定梁深度的海塑性区员的基底铜压力pcz作为地药基承载台力特征姿值。当荷载存偏心距e≤0.银33倍基缸础底蒜面宽乖度时坟，通赢过抗碧剪强放度指块标计孕算地论基土旗承载泼力特快征值糟。fa—地基迎承载挣力特杯征值重（kP乐a）；γ—基础叨底面跌以下嚼土的递重度编，地比下水壶位以抹下取有效前重度右（kN／m3）；γm—基础底侦面以上哨土的加卧权平均律重度，暂地下水位以线下取有蓄效重度毯（kN／m3）；Mb、Md、Mc—承载由力系蛙数，饮按表4-公1确定栋；b—基底阶宽度税（m），当黑基底宽辉度大于6m按6m考虑，取对于馒砂土嚷小于3m时按3m考虑缓；ck—基底某下一虑倍基款础底负面短粮边宽证深度艰内土寻的粘聚力标认准值（kPa）。三、确锦定地基割承载力采的其它建方法（一歼）其林它试垦验方香法确倾定地顷基承敲载力上述缘瑞载荷顷试验观只能倘用来完测定百浅层岭土的辰承载编力，萍如须果需浇要测历定的墨土层扶位于育地下朝水位撕以下旨或位素于比围较深页的地绣方，贴应采积用如膀下载之荷试垃验的护方法猴：深层刻平板朗载荷矮试验避、旁荷压试闻验和躁螺旋崇压板缩慧载荷习试验，适榜用于奶地下福水位穗以下婆的土括层和扯埋藏炸很深先的土顺层，乡丰是较砍理想盖的原铃位测蕉定地兴基承谎载力还的方穗法。1.间接原手位测试坦的方法静力瞎触探睁试验第和标酿准贯化入试轨验与纸载荷遇试验潮结果自对比务分析缴，建神立经乞验关丢系，睡间接食确定农地基承载力比。2.规范推戒荐的地决基承载澡力表应注缴意这神些承薄载力少表的欺局限昆性。章新版后本的《建筑地浑基基础梯设计规疤范》GB休500赴07—20窃02已将所不有的承让载力表刺取消，桥可以在箩本地区氧得到验容证的条笼件下，悔作为一警种推荐牲性的经港验方法胶使用。（二）宵经验方凯法确定戒地基承堪载力四、地降基承载灰力特征讨值的修氏正当基础财宽度大交于3m或埋圾置深知度大奏于0.5壶m时，从钥载荷试催验或其扎它原位狠测试、辫经验值误等方法违确定的镰地基承乳载力特橡征值，望尚应按半下式修归正：式中fa—修正房诚后的相地基越承载条力特置征值休（kP恢a）；fak—地基承鹅载力特熟征值（kPa）；γ—基础剧底面松以下晓土的译重度盗，地戚下水币位以堪下取有效损重度（kN／m3）；γm—基底鞋以上悬土的妹加权裂平均跑重度释，地股下水皮位以下取有刺效重度体（kN／m3）；b—基底切宽度(m)，小于3m时按3m取值，通大于6m按6m取值绞；ηb、ηd—基础宽毙度和埋贸深的地到基承载跑力修正澡系数，按方基底下酱土的类字别取值梁；d—基础埋抗置深度炕（m）,一般自桨室外地智面标高贤算起。来在填器方整伍平地独区，蚂可自仰填土筹地面筒标高汤算起，但告填土在厅上部结绿构施工幕后完成安时，应倘从天然晃地面弯标高诱算起处。对尖于地或下室