土力学与地基基础（第三版）第5章

第5章土的抗剪强度与地基承载力确定

土的抗剪强度是指土抵抗剪切破坏的能力其大小决定于土的组成，土的状态和土的结构5.1土的抗剪强度-库仑公式滑动面滑前边坡原地面土坡滑动地基失稳土的强度问题实质上是土的抗剪强度一、抗剪强度的库仑定律

（一）直剪试验原理APFts222111ffPPts

沙土粘性土1、库伦公式基本形式（总应力抗剪强度公式）

称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关——土的内摩擦角——土的粘聚力，对于无粘性土，

——破坏面上的法向应力

——剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度

二、抗剪强度的构成因素：1无粘性土：来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）。包括：a.一部分由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力；

b.另一部分是粗颗粒之间互相镶嵌，联锁作用产生的咬合力。2粘性土：除内摩擦力外，还有粘聚力。粘聚力主要来源于：土颗粒之间的电分子吸引力和土中胶结物质（eg.硅、铁物质和碳酸盐等）对土粒的胶结作用。三、抗剪强度的影响因素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、试验条件土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，用τf表示。当土体中某点的剪力

τ＜τf

土体处于弹性平衡状态

τ＝τf

土体处于极限平衡状态

τ＞τf

土体发生剪切破坏5.2土的强度理论—极限平衡条件一、土体中任一点的应力状态假定土层为均匀、连续的半空间材料，研究地面以下任一深度处M点的应力状态。

下面仅研究平面问题，在土体中取一微单元体，作用在该单元体上的两个主应力为，则作用在与大主应力作用面成角的平面上的正应力和剪应力可根据静力平衡条件求得：如下图。以上可用莫尔圆表示，

如果给定了土的抗剪强度参数和c以及土中某点的应力状态，则可将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张坐标图上。它们之间的关系有三种情况：（1）莫尔圆位于抗剪强度包线下方（圆1），说明该点在任何平面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏；（2）圆3实际上不存在；（3）圆2，说明在A点所代表的平面上剪应力正好等于抗剪强度，该点处于极限平衡状态。c二、土的极限平衡条件的建立土处于极限平衡状态下时根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，可建立以下极限平衡条件：化简后得：粘性土：对无粘性土：破裂面破裂角：5.3抗剪强度指标的确定方法1、三轴剪切试验；2、无测限抗压强度试验；3、十字板剪切实验；4、直剪试验三轴压缩实验中三种方法：不固结不排水、固结不排水和固结排水。三轴剪切仪直接剪切试验应变控制式直剪仪不同排水条件时的剪切试验方法一、直剪试验（一）、实验仪器及原理（二）、直剪实验方法及其强度指标1、直接快剪：不透水薄膜（孔隙水不排出），在施加法向应力后应力即剪切，在3~5min内将土样剪破适用：地基排水条件不好的建筑地基2、固结快剪：法向应力作用下，土样充分固结，快速施加剪应力，3~5min内剪坏适用：检验水库水位骤降时土坝边坡稳定安全系数或使用期建筑物地基的稳定问题3、直接慢剪：适用：透水性较好，施工速度较慢的建筑物地基的稳定性优点：仪器构造简单，土样制备操作方法简单缺点：（1）人为规定了受剪面（2）剪切过程中，土样中剪应力分布不均匀（3）试样中的固结排水是靠加荷速度快慢来控制实际无法严格控制排水条件（4）不能测量孔隙水压力二、三轴剪切试验（一）、三轴仪及试验原理（二）、三轴剪切试验方法1、不固结－不排水剪（不排水剪UU实验）

：排水阀门始终关闭适用：地基排水条件不好，加荷速度快的施工期地基稳定或土工构筑物稳定情况分析U大，σ

小/2、固结不排水剪（CU试验）：在σ3作用下、打开阀门——土样充分固结后，关闭，U=0，施加竖向应力后，土样中产生孔隙水应力--------------φcu、Ccu适用：正常固结土在工程竣工或在使用阶段受到的大量的、快速的动荷载或新荷载的作用如：地震、路基正常使用等3、固结排水剪：——排水阀门始终打开U=0施加σ即为有效应力σ/------------------φd、Cd适用：地基排水条件好，加荷速度慢的情况地基变形的三个阶段：（一）载荷P和沉降S曲线：1、压密阶段（直线段）；荷载较小，荷载与变形呈直线

2、剪切阶段（曲线段）；荷载↑，基础边缘土开始出现剪切破坏。

3、破坏阶段（竖线段）：荷载↑，剪切破坏区扩展成片,形成完整的滑动面。

5.4地基变形按载荷试验成果确定地基承载力特征值ps0abcPcrPu1、临塑荷载Pcr

地基土开始出现剪切破坏时地基所承受的基底压力。2、极限荷载（地基极限承载力）Pu

地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时所承受的基底压力。

3、塑性荷载Pcz

在塑性变形阶段的荷载（二）地基剪切破坏的形式：1、整体剪切破坏：特征：地基中有完整的滑动面，滑动面延伸到地表，地表有隆起。2、局部剪切破坏

：

特征：地基中有剪切面，但剪切面仅延伸到一定位置即中断，没有延伸到地表面。基础两侧土没有挤出现象，地表只有微量的回升，3、

冲剪破坏

：特征：地基中没有滑动面，地表没有隆起。5.5地基容许承载力的确定一、理论公式确定地基容许承载力1、临塑荷载PcrPcr

当Zmax=o（即塑性区开展深度为0时，此时地基所能承受的基底附加压力即为临塑荷载。式中：