土力学课件土的抗剪强度与地基承载力文库

土的抗剪强度与地基承载力欢迎来到土力学课程的重要章节。我们将深入探讨土的抗剪强度和地基承载力这两个关键概念，它们对工程设计和施工至关重要。课程目标理解基本概念掌握土的抗剪强度和地基承载力的定义及其重要性。学习测试方法了解各种土的抗剪强度测试方法及其适用条件。掌握计算技能学会计算地基承载力和评估土壤沉降问题。应用实践通过实例学习如何在工程实践中应用这些知识。土的抗剪强度定义概念解释土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的能力。它是土力学中的核心概念，直接影响地基稳定性。重要性准确评估土的抗剪强度对于设计安全、经济的地基结构至关重要。它决定了土体的承载能力和稳定性。土的抗剪强度影响因素土壤类型粘性土和砂性土的抗剪强度特性差异显著。含水量含水量的变化会显著影响土的抗剪强度。压力状态有效应力的大小直接影响土的抗剪强度。密实度土体的密实程度对其抗剪强度有重要影响。土的抗剪强度测试方法直接剪切试验通过施加垂直力和水平剪力，直接测量土样的剪切强度。适用于快速排水条件。三轴压缩试验模拟土体在三维应力状态下的受力情况，可进行不同排水条件的测试。单轴压缩试验主要用于测定饱和粘性土的不排水抗剪强度，操作简单快速。土的抗剪强度参数1粘聚力c表示土颗粒间的粘结力，单位为kPa。2内摩擦角φ反映土颗粒间的摩擦特性，单位为度。3不排水强度su表示饱和粘性土在不排水条件下的抗剪强度。莫尔-库伦破坏准则1剪应力τ2正应力σ3粘聚力c4内摩擦角φ5τ=c+σtanφ莫尔-库伦破坏准则是描述土体抗剪强度的基本理论，广泛应用于地基承载力计算。有效应力原理定义有效应力是控制土体强度和变形的主要因素，等于总应力减去孔隙水压力。公式σ'=σ-u，其中σ'为有效应力，σ为总应力，u为孔隙水压力。非排水剪切强度定义饱和粘性土在短期荷载作用下，不发生排水的剪切强度。特点与总应力有关，与有效应力无关。应用常用于评估粘性土地基的短期稳定性。测定方法主要通过三轴UU试验或十字板剪切试验测定。排水剪切强度长期稳定性反映土体在长期荷载作用下的抗剪强度。有效应力控制与土体的有效应力状态密切相关。测定方法通过三轴CD试验或直接剪切试验测定。工程应用用于评估土坡长期稳定性和地基长期承载力。土的极限剪切强度1峰值强度土体达到最大剪应力时的强度。2残余强度土体大变形后的稳定剪切强度。3临界状态强度土体剪切过程中体积不再变化时的强度。理解不同强度状态对评估土体稳定性和工程设计至关重要。粘聚力和内摩擦角粘聚力c表示土颗粒间的粘结力，单位为kPa。粘性土的粘聚力较大，砂性土几乎没有粘聚力。内摩擦角φ反映土颗粒间的摩擦特性，单位为度。砂性土的内摩擦角较大，粘性土较小。地基基底承载力理论平衡理论基于土体塑性平衡状态分析地基承载力。极限平衡法假设土体达到极限状态时计算承载力。滑动楔形理论考虑基础下滑动面形状计算承载力。地基基底承载力计算1确定土层参数通过现场和室内试验确定土的强度参数。2选择计算方法根据工程特点选择适当的承载力计算方法。3考虑影响因素考虑基础形状、埋深等因素的影响。4计算承载力应用承载力公式计算地基极限承载力。地基基底承载力公式特恩扎吉公式qu=cNc+qNq+0.5γBNγ参数说明c为粘聚力，q为基底上覆土重力，γ为土的重度，B为基础宽度，Nc、Nq、Nγ为承载力系数。应用范围适用于条形基础，需要根据实际情况进行修正。影响地基承载力的因素土体性质土的强度参数直接影响承载力。基础特征基础的形状、尺寸和埋深影响承载力。地下水位地下水位高低影响有效应力，进而影响承载力。荷载特性荷载的类型和分布方式影响承载力计算。基础形状因子定义基础形状因子用于修正不同形状基础的承载力计算结果，考虑了基础平面形状对承载力的影响。分类主要包括矩形基础形状因子sc、sq、sγ，圆形基础形状因子等。形状因子的取值与基础的长宽比有关。基础埋深因子概念基础埋深因子反映了基础埋深对承载力的影响。计算通常用dc、dq、dγ表示，与基础埋深和宽度比有关。影响埋深越大，承载力通常越高，但增加幅度会逐渐减小。应用在承载力计算中乘以相应的承载力项进行修正。地基压缩沉降即时沉降荷载作用后土体立即发生的弹性变形。固结沉降粘性土在荷载作用下长期排水压缩造成的沉降。二次固结土体骨架缓慢调整引起的长期微小沉降。总沉降以上三种沉降的综合效果。压缩系数概念定义压缩系数是描述土体在压力作用下体积压缩程度的参数，反映了土的可压缩性。影响因素土的类型、结构、含水量、压力水平等都会影响压缩系数的大小。粘性土的压缩系数通常大于砂性土。压缩系数计算压缩试验通过固结仪进行压缩试验，测量不同压力下的压缩量。e-p曲线绘制孔隙比e与压力p的关系曲线，曲线斜率即为压缩系数。计算公式a=Δe/Δp，其中a为压缩系数，Δe为孔隙比变化量，Δp为压力增量。土的不均匀沉降地层不均匀地层厚度和性质的变化导致沉降差异。荷载不均匀结构荷载分布不均导致沉降不一致。基础形式不同类型和尺寸的基础引起沉降差异。时间效应固结速度差异造成不同位置沉降不同步。不均匀沉降控制1地基处理通过加固、置换等方法改善地基条件。2基础优化选择合适的基础类型和尺寸，均衡荷载分布。3结构措施增加结构刚度，设置沉降缝等减少不均匀沉降影响。4监测控制实时监测沉降情况，及时采取调整措施。地基基底承载力极限状态1总体剪切破坏2局部剪切破坏3穿孔破坏了解不同破坏模式对于正确评估地基承载力至关重要。总体剪切破坏最为常见，但在某些特殊情况下可能发生局部剪切或穿孔破坏。地基基底承载力验算1确定设计参数收集土层参数、基础尺寸、荷载信息等。2计算极限承载力应用承载力公式计算地基极限承载力。3确定安全系数根据工程重要性和设计规范选择合适的安全系数。4比较验算将计算得到的允许承载力与实际荷载进行比较。地基基底承载力计算实例问题描述某条形基础，宽度B=2m，埋深D=1.5m。土的粘聚力c=15kPa，内摩擦角φ=28°，重度γ=18kN/m³。计算极限承载力。计算步骤1.查表得到Nc=25.8，Nq=14.7，Nγ=16.72.应用公式：qu=cNc+qNq+0.5γBNγ3.代入数值计算得到qu值地基基底承载力验算实例已知条件某矩形基础，尺寸为3m×4m，埋深2m。计算得到的极限承载力qu=800kPa。安全系数取3。验算步骤1.计算允许承载力：[fa]=qu/3=800/3≈267kPa2.计算实际荷载：假设总荷载为6000kN3.计算实际应力：fa=6000/(3×4)=500kPa结论fa>[fa]，地基承载力不满足要求，需要采取措施如增大基础尺寸或进行地基处理。总结关键概念掌握了土的抗剪强度和地基承载力的基本理论。计算方法学习了地基承载力的计算和验算方法。影响因素理解了影响土抗剪强度和地基承载力的各种因素。实际应用通过实例学习了如何在工程实践中应用这些知识。思考题1理论应用如何在实际工程中选择合适的土抗剪强度测试方法？2计算能力给定土体参数，如何计算地基的极限承载力？3工程实践在遇到不均匀