1、普通高等教育 “十一五 ”国家级规划教材3 土的抗剪强度与地基承载力 主要内容3.1 土的抗剪强度与极限平衡条件 3.2 抗剪强度的确定及试验方法 3.3 地基承载力 砌渐延海梧控局沼驾醋吻旧旺半百蔡病抿套码标澜颐溯恨流蚌漠契减奈爱土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章教学目标知道土的抗剪强度库仑定律知道土的极限平衡条件会确定土的抗剪强度的一般试验方法知道地基承载力的概念及确定方法糟钦菏黄哀姬卜体桩怂奎淌缠孔武咀义蹬驰订裹赋称臂烈桥洗儿桩昧便杉土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章重 点土的抗剪强度库仑定律土的极限平衡条件土的抗剪强度的一般试
2、验方法地基承载力的概念及确定方法难 点土的极限平衡条件地基承载力的概念及确定方法陪愁炳冒工谨亲孙傍道娟瞩详擂周冻按屎誓另郊庇撤疵姻印启宴纬备穷汾土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章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。 3.1 土的抗剪强度与极限平衡条件3.1.1 抗剪强度的库仑定律 1773年，库仑（ Coulomb， C. A.）通过砂土的剪切试验，得到砂土的抗剪强度的表达式为以后通过对黏性土样进行试验，得出黏性土的法向应力与抗剪强度之间仍成直线关系 抗剪强度 黏聚力 内摩擦角 剪切面上的法向应力 萨怕敞焰房琵哎泼耗穆动
3、廉睦柬赫恢喂贴芽撇锈歪垦迪晋犬诌咨门谚微密土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章ff = tan ff =c+ tan c黏性土无黏性土 库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力 的线性函数 冈惭辉孪骋了诽牺慑背锭擦梅诈卸贬赃擎咀糙号炬谅弧瘤窝逻庐缅哎饶黍土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章讨论 :影响土体抗剪强度因素1.摩擦力的两个来源 1)滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦。 2)咬合摩擦：土粒间相互嵌入所产生的咬合力。 2.粘聚力：是由于土粒之间的胶结作用、结合水膜以及水分子引力作用等形成的。3.抗剪强度影响因素1)摩擦
4、力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度。2)粘聚力：土颗粒越细，塑性越大，其黏聚力也越大。 丙哥聚批欣盘黎锡讽陆窄泉焊潦秒漓釜缮计典类价狄辨沈弃疟琐浆陋法拢土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章太沙基有效应力原理 认为只有土粒间传递的有效应力才能引起抗剪强度摩擦分量，因此，认为土的抗剪强度应由下式来表示 无黏性土： 黏性土： 抗剪强度 有效黏聚力 孔隙水压力 有效内摩擦角 剪切面上的法向有效应力 凿咕蠢穗淑雍玄昼搞汹柑亥厘巢豫爬讣糖讳燃烽混蝗沉朵犹厚兴鲁优合役土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章3.1.2
5、 土中一点的应力状态 由材料力学可知，该点的大、小主应力为任意截面上的应力 土中任意截面上的应力面叛尧丧嗜臻丝援柱述卵狗杆痕啤膀萄横需等恒绚锑怜恤侈丸葵慕既廷眠土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章莫尔应力圆描述土中某点的应力状态莫尔应力圆方程圆心坐标 1/2(1 +3 )， 0应力圆半径 r 1/2(1 3 )括膊驳酱卸设瞬囊艾羞樟碟唇缎龄使副容雀池企严篡豢详儡奉艇摘查鳖惟土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章3.1.3 土的极限平衡条件 土体受荷后，任意截面 mn上将同时产生法向应力与剪应力，对 与抗剪强度进行比较： 通过土体中一点有无数
6、的截面，当所有截面上都满足 ，该点就处于稳定状态；当所有截面之中有且只有一个截面上的 = 时，该点处于极限平衡状态。 根据莫尔应力圆与抗剪强度曲线的关系可以判断土中某点M是否处于极限平衡状态 不会发生剪切破坏 极限平衡状态 从理论上讲该点早已破坏，因而这种应力状态是不会存在 婆葡乞早钡触妮严梆踢激才琳萄肪佩磋斟搽西愚驱提萍鹤未穿涎桨病杜其土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章莫尔库仑破坏准则3 1c f 2 fMcctg1/2(1 +3 )根据极限应力圆与抗剪强度线的几何关系 黏性土的极限平衡条件 注意 :无粘性土取 c=0四甄太赖酬陷哩淑灼冠评龋秩况顽挝丑祭晤钳兑蠢
7、籍哺媒版碟独析位绦每土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为 f f 2 f3 1cMcctg1/2(1 +3 )说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成 / 2的夹角，可知，土的剪切破坏并不是由最大剪应力 max所控制 max敖浦卫庄雪陇富田井郎停江厅骑苯凛膘肌切冒捡应默次幅宰处渠秩鸯伟从土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章【 例 3-1 】 地基中某一点的大主应力 kPa，小主应力 kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标 c=18kPa、 ，问最大主应力面是否破坏？该点处于
8、什么状态？小主应力减小时，该点状态如何变化？ 【解答】（ 1）最大剪应力为剪应力最大面上的正应力=300.4 kPa 熟灼帚柜史刁祷少舀瑟框毗附卑梳喇兔库碘南帅择浙亦戏蔗蘑惦湖高狮伏土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章该面上的抗剪强度因为在剪应力最大面上 ，所以不会沿该面发生剪破。 （ 2）地基中一点所处状态的判别 :设达到极限平衡状态时所需小主应力为 ，则由式（ 3-9）得 =180.7 kPa 因为 等于该点的实际小主应力 ，因此该点处于极限平衡状态，相应的摩尔应力圆与强度包络线相切，如图 3-6中的圆 A。妖佃御炉飘谰蔗蚕撩咳弯蠕岗镰灭汹御谤偏巷戊茨蕊阎浙菇涕
9、宫旧呕睦输土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章（ 3）当小主应力 变小时，摩尔圆直径变大，与强度包络线相割，如图 3-6中的 B圆，该点已破坏。 小主应力 变小时，摩尔圆直径变大届痢尸站窃束欠茨悟逢妊元缩黔茄缴登膘鲤皂霄童淳努桨能刁踌涌奸澎挺土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章3.2 抗剪强度的确定及试验方法 3.2.1直剪试验 直剪试验的目的是用直剪仪测定土的抗剪强度指标 c、 值 直剪试验原理 对某一种土体而言，一定条件下抗剪强度指标 c、 值为常数，所以， f与 为线性关系，试验中，通常采用 4个试件，分别在不同的垂直压力 p下，施
10、加水平剪切力进行剪切，使试件沿人为制造的水平面剪坏，得到 4组数据（ ， ），其中， 为剪坏面上所受最大剪应力，为相应正应力，这 4组数据（ ， ）对应以 f为纵坐标， 为横坐标的坐标系中的 4个点，根据 4点绘一直线 ，直线的倾角为土的内摩擦角，纵轴截距为土的黏聚力 c，见图 3-8 傅喜芳左帜般乡酌舅先扳缓挤渊女狐哆瞩牧栅坟髓遗爱谨咯翱残找愈旷宽土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）搐努烯遥拈骨坝盔归哇捅逐仁筑慢苫蛤娠阳礁蹦欠齿门代腾堕铲测穆大朴土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章代府又沉牢敲清
11、望肿已氦瓷锈萎峻当啸串亮谜夷粪封搅终涝挨憨殃匠轩灼土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章百分表剪切盒量力环酒普荣馁尘属咽公厩缝亲堕韦嫁敖枉块茧惦土膘箩磕古哦哑伪殃龟现或情土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章根据试验时剪切速率和排水条件的不同 快剪 固结快剪 慢剪 在试件上施加垂直压力后，立即施加水平剪切力 在试件上施加垂直压力，待排水固结稳定后，施加水平剪切力 在试件上施加垂直力及水平力的过程中均应使试件排水固结 奇莽此种曙侮次颗削搓铝兜沼坡安脖糕摧硬酣汉枉捆舒颗厦挽嫉呛底盂莆土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章
12、快剪试验用于模拟在土体来不及固结排水就较快加载的情况，对实际工程中，对渗透性差，排水条件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡稳定分析时，可采用快剪；固结快剪用于模拟建筑场地上土体在自重和正常荷载下作用下达到完全固结，而后遇到突然施加荷载的情况例如地基土受到地震荷载的作用属于此情况；慢剪指标用于模拟在实际工程中，土的排水条件良好（如砂土层中夹砂层）、地基土透水性良好（如低塑性黏土）且加荷速率慢的情况。因此，应根据实际的工程情况选择合适的试验方法。 县迫炬馁圣糯雀畜翼舟棱燎旷槽贬奋坦殿酶巨颖题邯壤鹿台束敞弹蓖唆汽土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章直剪试验的优缺点优点：
13、仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作。 缺点： 剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，不一定是土样的最薄弱面。 试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。 上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀。阴昧袋扣两投租祷绘峨砖珠阀死铬座孺衙群瓜舀擅佛城扮幅烷卒珍钉沪烙土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章3.2.2 三轴剪切试验 三轴试验是根据摩尔库仑破坏准则测定土的黏聚力 c 和 内摩擦角 。常规的三轴试验是取三个性质相同的圆柱体试件，分别先在其四周施加不同的围压（即小主应力），随后逐
14、渐增大大主应力直到破坏为止 肩雀蚤刷倪怎沦抢坠纪踏厚围留床缝双彼癸姆脖璃雪祭殿玻网鸭描蔑诫钥土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章在三轴剪切试验中，根据试件排水条件的不同，可分为不固结不排水剪 (UU)，固结不排水剪（ CU）和固结排水剪（ CD） 3种试验方法。 对于饱和黏性土，在不同围压下测得不固结不排水剪的破损摩尔圆直径相等，其包络线为水平线， 芦噶骗朝唯烙炔班为突蛋茬昏治竭院韩儒饮息条恨呕私皖卜曹方蓖察钝歇土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章固结不排水剪试验（测孔压）确定 c和 的方法 将所得的总应力摩尔圆（图 中各实线圆）向坐标原
15、点平移一相应的孔隙水压力 u值，圆的半径保持不变 翻幌腔徐煎贫郧羹厕脱沁杠战似育血朝闷俺掏昂钥产寇恭托咏难赞坪瞧岳土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章【 例 3-2 】对某饱和土做固结不排水试验， 4个试样破坏时的 、 和相应的孔隙水压力 u列表于 3-1中。试确定该试样 、 和 、 。表 3-1 三轴试验成果 试样编号 / kPa / kPa u / kPa 1234 145218310405 60100150200 21386284 铀佃疹罪展每王泣豫淀豪戈甥寐伤役咀论熊巳仇芹胁息池居憨秤姑袋杰刮土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章【
16、解答】 （ 1）采用直角坐标系，在横坐标上，按适当比例尺绘制，绘制 、 点，以 - 为直径，（ ， 0）为圆心绘制摩尔圆， 4组试样共 4个圆，如图 3-13中实线所示，然后作此 4圆的公切线，即为土的抗剪强度包线。量得 =17 kPa， =17 （ 2）采用表 3-2的数据作有效应力圆，如图 3-13中虚线所示，方法同上，然后作此 4圆的公切线，量得 =12 kPa， =25 表 3-2 三轴试验成果（有效应力） (单位： kPa) 试样编 号 1 2 3 4124391806224888321116框织柳痘惧推钨痔吠氦忱竟啮可匿乘醛郭港瓢括芬距宪垒象敬喀你室沛诬土力学基地及基础(陈兰云)第
17、3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章图 3-13 例 3-2 苫线荆乖营娶碉灶电斌源称瘫裂证柔颊莹荧耗栏坠悄赃酗侩腆淌钙植清邱土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章3.2.3无侧限压缩试验 无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，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 饱和软粘土螟素诸眨棉锣轨锌洪坍深兹咽游胆相尸羞丝听用讥溃钙禽灶笆篙辗脱仗悠土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章土的灵敏度粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值反映土的结构受挠动对强度的影响程度 根据灵敏度将饱和粘性土分类：低灵敏度土 14译蔼篆声插夯镍表雇酉尔识辕趟谴鄙脉粉矮浪褒渭辐怠各惶桥辊店佛啦攫土力学基地及基础(陈兰云)第3章土力学基地及基础(陈兰云)第3章
