《土力学与地基基础》第6章 土的抗剪强度与地基承载力.ppt

土力学与地基基础,李其林,号码：18320286227 邮箱：,第 6 章 土的抗剪强度与地基承载力,6.1 抗剪强度的库仑定律 6.2 土的抗剪强度指标 6.3 土的极限平衡理论 6.4 地基的临塑荷载和临界荷载 6.5 地基的极限荷载,本章主要内容,注意：红色字部分为关键内容,建筑物地基和土工建筑物的破坏，绝大多数是属于 剪切破坏，即沿着某一滑裂面产生破坏课本第95页）,,,,,隆起,滑裂面,滑裂面,滑裂面,,边坡滑坡,,因此，剪切破坏是土体破坏的主要形式土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力土的重要力学 性质指标,滑裂面,,,,,,,,,,,,,,,,坑壁支护,,滑裂面,,基坑坑壁滑动破坏,（课本第95页）,,前面我们从太沙基的土有效应力原理已经知道：土体承受的上覆荷载主要由土颗粒的有效应力承担 而有效应力是由土颗粒之间的黏结作用和相互之间的咬合作用组成第一节 抗剪强度的库仑定律,黏结作用产生的力称为土的黏聚力（内聚力）， 咬合作用产生的咬合与摩擦称为土的内摩擦角课本第95-96页）,土体内某一点的应力状态如下： 1竖向应力（最大主应力） 3侧向应力（最小主应力） 剪切面上为 法向应力、正应力 剪应力、切应力,,,,,,,,,,,,,,,,,,,滑动面,土中一点的应力状态：,（课本第104页）,,,库仑定律：,在一定载荷范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。

其中 被称为土的抗剪强度指标 为剪切破裂面与大主应力的作用面成夹角， 其值等于,库仑经过试验，得出以下关系式：,砂土：,黏性土：,（课本第95-96页）,,,库仑定律：,砂土：,黏性土：,（课本第95-96页）,,,,,,c=0,f,,,,,,,,c,,f,,,,库仑定律的总应力表达式：,库仑定律的有效应力表达式 C称为土的有效黏聚力 称为土的有效内摩擦角,饱和土有效应力：,法向应力采用有效应力时，库仑定律改为,（课本第96页）,,,,,,,,,,,,,,,,滑动面,土的抗剪强度与摩擦力的关系：,（课本没有）,黏聚力,正压力,正应力,内摩擦角,摩擦系数 = 内摩擦角的正切值,土中某点剪应力 达到该点的抗剪强度 ，称该点处于极限平衡状态，即将要破坏但还未破坏的状态此函数曲线，称为摩尔破坏包线 此函数也可用直线（库仑定律 ）代替，故称为莫尔库仑强度理论课本第103页）,第三节 土的极限平衡理论,,,,,,,法向应力,f剪应力,1、安全（稳定平衡状态）,2、临界状态（极限平衡状态）,3、剪切破坏,摩尔-库仑强度判断土单元的状态：,（课本第103页）,抗剪强度 包线,,,,c,,,土体内某一点的应力状态如下： 1竖向应力（最大主应力） 3侧向应力（最小主应力） 剪切面上为 法向应力、正应力 剪应力、切应力,,,,,,,,,,,,,,,,,,,滑动面,土中一点的应力状态：,（课本第104页）,,,库仑定律：,在一定载荷范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。

其中 被称为土的抗剪强度指标 为剪切破裂面与大主应力的作用面成夹角， 其值等于,库仑经过试验，得出以下关系式：,砂土：,黏性土：,（课本第95-96页）,,,某一单元土体上的作用力如上图所示，将作用于ABC的各力分别在水平方向和竖直方向投影（合力为零），根据静力平衡条件可得：,,,A,B,C,,水平方向合力为0,竖直方向合力为0,,,（课本第103页）,,解上述联立二元一次方程式得：,法向应力：,剪应力：,（课本第103-104页）,根据静力平衡条件可得：,水平方向合力为0,竖直方向合力为0,（课本第103页）,,,,,,,,,,A,O1,在-坐标中，以(1+3 )/2，0为圆心，(1-3 )/2为半径作圆，称为摩尔应力圆则A点的坐标（a，a） 即为ABC斜面AB上的 法向应力和剪应力摩尔 应力圆,O,A,B,C,,,（课本第104页）,,,,,,,c,,,,,,A,O,O1,把库仑定律强度线和摩尔应力圆绘制于同一坐标系中，则该库仑定律强度线为摩尔应力圆的切线B,,,,摩尔 应力圆,库仑定律 强度线,（课本第104页）,,,,,,,法向应力,f剪应力,1、安全（稳定平衡状态）,2、临界状态（极限平衡状态）,3、剪切破坏,摩尔-库仑强度判断土单元的状态：,（已学内容）,抗剪强度 包线,,,,c,,,,,,,f 时，稳定平衡状态，整个摩尔圆位于抗剪强度线的下方，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。

重点：,f 时，剪切破坏状态，抗剪强度线是摩尔圆的一条割线，该点的任意平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，实际上这种情况是不可能存在的，因为土已破坏课本第104-105页）,f剪应力,法向应力,=f 时，极限平衡状态，摩尔圆与抗剪强度线相切于A点，表明通过A点的任意平面上的剪应力都等于抗剪强度，该点就处于极限平衡状态，即将破坏但还没破坏的临界状态c,,,,,,A,O,O1,下图是土体处于极限平衡条件（即破坏临界状态）的关系图B,,由图直角ABO1可知：,,,,（课本第105页）,整理下面公式：,得出以下三式：,此三式均可用于判断土体是否处于极限平衡状态,,土体处于极限平衡条件（即破坏临界状态）：,（课本第105页）,最大主应力：,最小主应力：,摩擦角的正弦值：,法向应力：,剪应力：,（课本第103-104页）,,,A,B,C,,,,由图直角ABO1外角与内角的 关系可知：,即： 由此可见： 剪切破裂面与大主应力作用面成的夹角为：,,,,,,,c,,,,,,A,O,O1,B,,,,土的极限平衡条件：,,,（课本第105页）,,,此三式均可用于判断土体是否处于极限平衡状态,土体处于极限平衡条件（即破坏临界状态）：,最大主应力：,最小主应力：,摩擦角的正弦值：,剪切破裂面与大主应力作用面成的夹角为：,（课本第105页）,实际应用基坑开挖会不会发生失稳倒塌,1、当计算A点时： 1=？、3=？,,,,,,,,,,,,,,,,黏土 c、、,A,2、当计算B点时： 1=？、3=？,,1=h1、3=k01=k0h1,h1,h2,1=h2、3=0,k0 为静止土压力系数， 可查课本55页,3、开挖多深不会失稳？即C点的深度为多大？,当3=0时，认为此处为剪切滑动面的最底端，此时,,C,h,（课本第105页）,B,根据上述三式，分别计算出极限平衡所能承受的1f与当时所施加的1来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当1<1f，土体处于稳定平衡状态；,（2）当1=1f，土体处于极限平衡状态；,（3）当11f，土体处于剪切破坏状态。

土的极限平衡条件的应用：,（课本没有）,,,,,根据上述三式，分别计算出极限平衡所能承受的3f与当时所施加的3来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：,土的极限平衡条件的应用：,（课本没有）,（1）当33f，土体处于稳定平衡状态；,（2）当3=3f，土体处于极限平衡状态；,（3）当3<3f，土体处于剪切破坏状态滑动面,土的抗剪强度与摩擦力的关系：,（已学内容）,黏聚力,正压力,正应力,内摩擦角,摩擦系数 = 内摩擦角的正切值,根据上述三式，计算出达到极限平衡所需要的m与当前土体的 来作比较，即可判断出土体是处于何种状态：,土的极限平衡条件的应用：,（课本没有）,摩擦系数 = 摩擦角的正切值,（1）当m < ，土体处于稳定平衡状态；,（2）当m =，土体处于极限平衡状态；,（3）当m ，土体处于剪切破坏状态滑动面,,总结，分别比较m、1f、3f与、1、3，即可判断出土体是处于何种状态：,（1）当m3f，土体处于稳定平衡状态,（2）当m=、1=1f、3=3f，土体处于极限平衡状态,（3）当m、11f、3<3f，土体处于剪切破坏状态,土的极限平衡条件的应用：,（课本没有）,剪切试验： 测定土抗剪强度指标（ ）的试验。

第二节 土的抗剪强度指标,（课本第96-100页）,直剪仪,直接剪切试验：,（课本第97页）,剪切力计量仪表,剪切盒,法向力 加压,,,,垂直压力p,,直接剪切试验：,（课本第97页）,水平推力,应力环水平力T,,,,,,,,,,,,,水平推力,,应力环水平力T,直接剪切试验：,（课本第97页）,垂直压力P,,,,,,,,,,,,,水平推力,,应力环水平力T,直接剪切试验：,（课本第97页）,垂直压力P,,,,,,,,,,,,,水平推力,,应力环水平力T,直接剪切试验：,（课本第97页）,垂直压力P,,,,,,,,,,,,,水平推力,,应力环水平力T,直接剪切试验：,（课本第97页）,垂直压力P,,,,,,,,,,,,,水平推力,,应力环水平力T,垂直压力P,直接剪切试验：,（课本第97页）,,,,,,,,,,,,,水平推力,,应力环水平力T,直接剪切试验：,（课本第97页）,垂直压力P,,,,,,,,,,A,,,应力环水平力T,垂直压力P,直接剪切试验：,（课本第97页）,土样面积,,,,,,,,,,,正应力：,剪应力：,A,,,应力环水平力T,垂直压力P,直接剪切试验：,（课本第97页）,库仑定律：,施加正压力P，量测剪切力T，然后计算,,,,,至少做三组试样 来画直线,正应力：,剪应力：,最后画点，连直线，求出抗剪强度指标,直接剪切试验：,（课本第97页）,直剪试验方法分类：,（课本第98页）,缺点： 剪切面是限定的，且不是土样最薄弱面 剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象 受剪面积逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算 试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力,直剪试验的优缺点：,（课本第98页）,优点： 设备简单，价格便宜，操作方便，易于掌握，故仍为 一般工程所采用。

三轴压缩（剪切）试验：,压力室,加压设备,电脑采集,（课本第99页）,试验装置：,压力室； 围压系统； 轴压系统； 孔隙水压力量测系统； 排水系统,主要组成：,,（课本第99页）,水来提供围压,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3,1,三轴压缩（剪切）试验：,（课本第99页）,水来提供围压,1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三轴压缩（剪切）试验：,（课本第99页）,,,3,水来提供围压,1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三轴压缩（剪切）试验：,（课本第99页）,,,3,水来提供围压,,,,,,3,1,,,,,,,,,总应力表示法,有效应力表示法,三组试样,三轴压缩（剪切）试验：,（课本第99页）,水来提供围压,三轴剪切试验方法分类：,（课本第99页）,缺点： 试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂； 试验在2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况不太相符三轴剪切试验的优缺点：,（课本第99页）,优点： 试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了解土中有效应力变化情况； 试样中的应力分布比较均匀，剪切面在试样的最薄弱处，结果比直剪试验可靠。

无侧限压缩仪,（课本第100页）,,无侧限抗压强度试验，与岩石单轴抗压强度试验类似，是三轴压缩试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏 试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度无侧限抗压试验：,（课本第99-100页）,根据试验结果只能作出一个极限应力圆（3=0，1=qu） 因此对一般黏性土，无法作出强度包络线qu,cu,u=0,无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便， 可代替三轴试验测定饱和软黏土的不排水强度课本第100页）,灵敏度：（课本第39页）,黏性土的原状土无侧限抗压强度与同一土样经重塑后（完全扰动但含水率不变）的无侧限抗压强度的比值：,根据灵敏度可将 饱和黏性土分为：,低灵敏度土 1< St2,中灵敏度土 2。