第5章土的抗剪强度与地基承载力.ppt

1、1土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力第第5 5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5 5、1 1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论5 5、2 2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验5 5、3 3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标5 5、4 4 地基承载力地基承载力2土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力要求要求理解：库仑（定律）公式、莫尔应力圆、莫尔库伦强度准则、理解：库仑（定律）公式、莫尔应力圆、莫尔库伦强度准则、土体的剪破角；土体抗剪强度指标及试验方法；地基的变土

2、体的剪破角；土体抗剪强度指标及试验方法；地基的变形规律（整剪）、地基破坏的三种模式、几种荷载荷载形规律（整剪）、地基破坏的三种模式、几种荷载荷载（临塑、极限、临界）、地基极限承载力。（临塑、极限、临界）、地基极限承载力。掌握：计算土的剪应力（斜截面上）、判断土体所处的状态及掌握：计算土的剪应力（斜截面上）、判断土体所处的状态及是否会沿某界面产生是否会沿某界面产生破坏。破坏。了解：几种荷载及地基极限承载力的计算方法了解：几种荷载及地基极限承载力的计算方法。第第5 5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力3土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪

3、强度与地基承载力第第5 5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力广西村民自建房地基坍塌广西村民自建房地基坍塌 致致3死死4伤伤2015年年7月月7日上午日上午10时许，广西某村民在自建房屋时，发生时许，广西某村民在自建房屋时，发生地基垮塌地基垮塌事事故，故，3名村民在事故中遇难，名村民在事故中遇难，4名村民受伤。名村民受伤。4土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力第第5 5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力第第5

4、 5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力北京德内大街坍塌事故北京德内大街坍塌事故:人大代表人大代表“偷挖偷挖”18米地下室米地下室道路出现长道路出现长15米、宽米、宽5米、深米、深10米的大坑；米的大坑；排水管线断裂；排水管线断裂；约约54平方米平方米的的4间民居倒塌。间民居倒塌。北京市西城区北京市西城区德内大街德内大街9393号院为号院为江苏省徐州市江苏省徐州市人大代表人大代表的某企业老板的某企业老板私有私有房产，占地约房产，占地约190190平方米，原是一座平方米，原是一座U U型四合院。该院业主在地下开挖了型四合院。该院业主在地下开挖了深深18米、面积米、面积130平方

5、米的平方米的“地下室地下室”足足相当于足足相当于五层五层楼的高度。楼的高度。6土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力什么是土的抗剪强度？什么是土的抗剪强度？土体抵抗剪切破坏的极限能力土体抵抗剪切破坏的极限能力 第第5 5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度或地基承载力不足土的抗剪强度或地基承载力不足 土体抗压承载力？土体抗压承载力？7土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论1 1、库仑公式、库仑公式17761776

6、年，库仑根据年，库仑根据砂土砂土剪切试验，将土的抗剪强度表达为滑动面上法向应剪切试验，将土的抗剪强度表达为滑动面上法向应力的函数。力的函数。PSTA8土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论根据根据砂土砂土剪切试验剪切试验 f=tan 砂土砂土后来，根据后来，根据粘性土粘性土剪切试验剪切试验 :土的内摩擦角土的内摩擦角 f f=c+tan 粘土粘土c fc:土的粘聚力土的粘聚力:土的内摩擦角土的内摩擦角9土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5

7、.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论2 2、土体抗剪强度影响因素、土体抗剪强度影响因素土体抗剪强度影响因素：土体抗剪强度影响因素：摩擦力：内摩擦角摩擦力：内摩擦角 粘聚力：粘聚力：c c摩擦力的两个来源摩擦力的两个来源 1.1.滑动滑动摩擦：摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦 土粒表面的粗造度土粒表面的粗造度2.2.咬合咬合摩擦：摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力土粒间互相嵌入所产生的咬合力 密实度、级配密实度、级配粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成10土力学与基础工程土力学与基础

8、工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论3 3、土中一点的应力状态、土中一点的应力状态土体内一点处土体内一点处不同方位不同方位的截面上应力的集合（剪应力的截面上应力的集合（剪应力 和法向应力和法向应力）3 3 1 1 3 1 dldlcos dlsin 楔体静楔体静力平衡力平衡水平：水平：竖直：竖直：11土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 3 1 dldlcos dlsin 求解上述方程，得到斜面求解上述方程，得到斜面上的

9、应力上的应力莫尔应力圆方程，圆心？半径？莫尔应力圆方程，圆心？半径？进一步整理，可得进一步整理，可得什么曲线？什么曲线？12土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论4 4、土的极限平衡条件、土的极限平衡条件应力圆与强度线应力圆与强度线相离：相离：库仑强度线库仑强度线应力圆与强度线应力圆与强度线相切：相切：应力圆与强度线应力圆与强度线相割：相割：极限应极限应力圆力圆f 破坏状态破坏状态 此情况此情况不存在不存在 f=c+tan 绘制莫尔应力圆绘制莫尔应力圆13土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章

10、章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论莫尔库仑破坏准则莫尔库仑破坏准则：莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则土的破坏准则(目前判别土体所处状态的最常用准则目前判别土体所处状态的最常用准则)力学平衡方程？力学平衡方程？库伦强度库伦强度线线 14土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 3 1c f2 fA cctg 1/2(1+3)无粘性土：无粘性土：c=0由几何关系可得：由几何关系可

11、得：整理得：整理得：破坏面在哪？破坏面在哪？莫尔库仑破坏准则莫尔库仑破坏准则应用判断的应用判断的力学方程力学方程15土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论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 f2 f 3 1c A cctg 1/2(1+3)可见：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成可见：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成 /2的的夹角，夹角，为什么？为什么？max因为在那个点虽然剪应力最大，但

12、是仍然因为在那个点虽然剪应力最大，但是仍然小于小于抗剪强度，所以不会发生抗剪强度，所以不会发生破坏破坏不同剪切面上允许的不同剪切面上允许的f 不一样。不一样。16土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论【例】地基中某一单元土体上的大主应力为地基中某一单元土体上的大主应力为430430kPakPa，小主应力小主应力为为200200kPakPa。通过试验测得土的抗剪强度指标通过试验测得土的抗剪强度指标c c=15 kPa=15 kPa，=20=20o o。试问试问该单元土体处于何种状态？该单元土体处于

13、何种状态？单元土体最大剪应力出现单元土体最大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生剪切破坏？在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生剪切破坏？土的状态：弹性平衡、极限平衡、破坏状态？土的状态：弹性平衡、极限平衡、破坏状态？是否沿某个面发生剪切破坏？是否沿某个面发生剪切破坏？莫尔库仑准则：莫尔库仑准则：直接计算直接计算莫尔圆法莫尔圆法剪破面上剪破面上库仑定律库仑定律17土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验根据根据应力状力状态计算出算出1f或或3f判断破坏可能性判断破坏可能性由由3计计算算

14、1f比比较1与与1f11f?Oc1f311由由1计计算算3f比比较3与与3f33f 什么状态？什么状态？弹性平衡状态弹性平衡状态莫尔莫尔圆法：圆法：弹弹性平衡状性平衡状态态破坏状破坏状态态18土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论【例】地基中某一单元土体上的大主应力为地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa，小主应力为小主应力为200kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标通过试验测得土的抗剪强度指标c=15 kPa，=20o。试问试问该单元该单元土体处于何种状态？土体处于何种状态？单元土体最大

15、剪应力出现在哪个面上，是否会单元土体最大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生剪破？沿剪应力最大的面发生剪破？【解答】解答】已知已知 1=430=430kPakPa，3=200kPa=200kPa，c=15kPa=15kPa，=20=20o o 计算结果表明：计算结果表明：1 1f f大于该单元土体实际大主应力大于该单元土体实际大主应力 1 1，实际应力圆半径，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，所以，该单元土体处于弹性平衡状态小于极限应力圆半径，所以，该单元土体处于弹性平衡状态。19土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.

16、1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 c 1实际应力圆实际应力圆最大剪应力与主应力作用面成最大剪应力与主应力作用面成4545o o由图可知，最大剪应力面上由图可知，最大剪应力面上maxf ，故不会沿剪应力最大的面发生破坏故不会沿剪应力最大的面发生破坏 max会产生剪切破坏吗？会产生剪切破坏吗？库伦强度线库伦强度线 320土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.15.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论土体剪破面与土体剪破面与大主应力作用面的夹角为大主应力作用面的夹角为 f库仑定律库仑定律 由于由于f ，所以，该单元土体处于弹性平衡状态所以

17、，该单元土体处于弹性平衡状态 直接计算：直接计算：最大剪应力与主应力最大剪应力与主应力作用面成作用面成4545o o会产生剪切破坏吗？会产生剪切破坏吗？库仑定律库仑定律 P93P93式式5-65-6最大剪应力面上最大剪应力面上f ，故不会沿剪应力最大的面发生破坏故不会沿剪应力最大的面发生破坏 21土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验1 1、室内试验、室内试验2 2、野外试验、野外试验直剪试验、三轴试验等直剪试验、三轴试验等 制样（重塑土）或现场取样制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动缺点：扰动

18、 优点：应力条件清楚，易重复优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验原位试验 缺点：应力条件不易掌握缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度优点：原状土的原位强度 22土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验1 1、直接剪切试验、直接剪切试验试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）P95P95图图5-55-523土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载

19、力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验24土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验25土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验（1）、固结慢剪：）、固结慢剪：施加正应力施加正应力-充分固结充分固结慢慢施加剪应力慢慢施加剪应力-小于小于0.02mm/分，分，以保证无超静孔压以保证无超静孔压（2）、固结快剪）、固结快剪施加正应力施加正应力-充分固结充分固结在在3-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏（

20、3）、快剪）、快剪施加正应力后施加正应力后立即剪切立即剪切3-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏 PSTA直接剪切试验分为：直接剪切试验分为：通过控制剪切速率来近似模拟排水条件通过控制剪切速率来近似模拟排水条件固结慢剪、固结快剪、快剪固结慢剪、固结快剪、快剪快剪、慢剪有什么区别及作用？快剪、慢剪有什么区别及作用？获得怎样实验结果？获得怎样实验结果？26土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验PSTA=100KPaS=200KPa=300KPaOc在不同的垂直压力在不同的垂直压力 下进行剪切试验，下进行

21、剪切试验，得相应的抗剪强度得相应的抗剪强度f，绘制绘制f-曲曲线，得该土的抗剪强度包络线线，得该土的抗剪强度包络线强度包络线是否可靠？强度包络线是否可靠？相对可靠，但存在一定问题相对可靠，但存在一定问题27土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验直剪试验优缺点：直剪试验优缺点：v优点：优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作 v缺点：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，不一定是土剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情

22、况，不一定是土样的最薄弱面。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。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力分布不均匀因其仪器构造简单等优点，再加试验结果相对可靠，因其仪器构造简单等优点，再加试验结果相对可靠，在是目前在是目前勘察报告勘察报告中最常用于获取土体强度指标的室内实验中最常用于获取土体强度指标的室内实验28土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与

23、地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验2 2、三轴剪切试验、三轴剪切试验v应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成v应力控制式三轴仪应力控制式三轴仪应变控制式三应变控制式三轴仪轴仪29土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验方法：方法：首先试样施加围压首先试样施加围压 1=2=3；然后通过活塞杆施加的是应力差然后通过活塞杆施加的是应力差 1=1-3。（1 1）、试样试验）、试样试验方法：方法：3 3

24、3 3 3 3 30土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验（2 2）、三轴试验结果）、三轴试验结果抗剪强度包线（库伦强度线）c 分别在不同的周围压力分别在不同的周围压力 3作用下进行剪切，得到作用下进行剪切，得到34 个不同的破坏应个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的力圆，绘出各应力圆的公切线公切线即为土的抗剪强度包线即为土的抗剪强度包线 抗剪强度包络线抗剪强度包络线31土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗

25、剪强度试验（3 3）、三轴试验）、三轴试验优缺点优缺点v优点：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力变化情况试样中的应力分布比较均匀试样中的应力分布比较均匀 v缺点：缺点：试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂 试验在试验在 2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符 32土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试

26、验土的抗剪强度试验无侧限压无侧限压缩仪缩仪3 3、无侧限抗压强度试验、无侧限抗压强度试验33土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验无侧限压缩仪无侧限压缩仪ququ加压加压框架框架量表量表量力环量力环升降升降螺杆螺杆无侧限压缩仪无侧限压缩仪无侧限抗压强无侧限抗压强度试验是三轴度试验是三轴剪切试验的特剪切试验的特例，对试样不例，对试样不施加周围压力，施加周围压力，即即 3 3=0=0，只施，只施加轴向压力直加轴向压力直至发生破坏，至发生破坏，试样在无侧限试样在无侧限压力条件下，压力条件下，剪切破坏时

27、试剪切破坏时试样承受的最大样承受的最大轴向压力轴向压力q qu u，称为称为无侧限抗无侧限抗压强度压强度 试试样样获得怎样实验结果？34土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验根据试验（根据试验（3 3=0=0，1 1=qu u），只能作出一个极限应力圆，因此对一般，只能作出一个极限应力圆，因此对一般粘性土，无法作出强度包线粘性土，无法作出强度包线 说明：说明：对于饱和软粘土，根据三轴不排对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即平线，

28、即 u u=0=0，因此无侧限抗压强度试因此无侧限抗压强度试验适用于测定验适用于测定饱和软粘土的不排水强度饱和软粘土的不排水强度qucu u=0无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度测定饱和软粘土的不排水强度 35土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.25.2 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验适用于现场测定饱和粘性土的不排适用于现场测定饱和粘性土的不排水强度，尤其适用于均匀的饱和软水强度，尤其适用于均匀的饱和软粘土粘土4 4、十字板剪切试

29、验、十字板剪切试验柱体上下平面的柱体上下平面的抗剪强度产生的抗剪强度产生的抗扭力矩抗扭力矩柱体侧面剪应力柱体侧面剪应力产生的抗扭力矩产生的抗扭力矩36土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标1 1、总应力强度指标与有效应力强度指标、总应力强度指标与有效应力强度指标库仑定律库仑定律说明：说明：施加于试样上的垂直法向应力施加于试样上的垂直法向应力 为总应力，为总应力，c c、为总应力意义上的土为总应力意义上的土的粘聚力和内摩擦角，称之为总应力强度指标的粘聚力和内摩擦角，称之为总应力强度指标 根据有效应

30、力原理：根据有效应力原理：土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上的而是取决于剪切面上的法向有效应力法向有效应力 。什么是什么是有效应力原理？有效应力原理？c 、为土的有为土的有效粘聚力和有效效粘聚力和有效内摩擦角，即土内摩擦角，即土的有效应力强度的有效应力强度指标指标 有效应力强度指标确切地表达出了有效应力强度指标确切地表达出了土的抗剪强度的实质，是比较合理土的抗剪强度的实质，是比较合理的表达方法的表达方法 37土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗

31、剪强度指标土的抗剪强度指标2 2、黏性土在不同排水条件的抗剪强度指标、黏性土在不同排水条件的抗剪强度指标（1）、固结不排水剪（）、固结不排水剪（CU）三轴试验：三轴试验：施加周围压力施加周围压力 3 3时打开排水阀门，时打开排水阀门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全消散。试样完全排水固结，孔隙水压力完全消散。然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量，使试样在不排水条件下剪切破坏，使试样在不排水条件下剪切破坏 3 3 3 3 3 3 直剪试验：直剪试验：剪切前试样在垂直荷载下充分剪切前试样在垂直荷载下充分固结，剪切时速率较快，使土样在剪切过固结，剪切时速率较快，使

32、土样在剪切过程中不排水，这种剪切方法为称程中不排水，这种剪切方法为称固结快剪固结快剪打开打开排排水阀水阀关闭关闭排排水阀水阀38土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标将总应力圆在将总应力圆在水平轴上左移水平轴上左移u uf f得到相应的得到相应的有效应力圆，有效应力圆，按有效应力圆按有效应力圆强度包线可确强度包线可确定定c 、ccuc cu 饱和粘性土在三组3下进行固结不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标ccu、cuABC（

33、1）固结不排水剪（）固结不排水剪（CU）39土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标（2）、不固结不排水剪（）、不固结不排水剪（UU）三轴试验：三轴试验：施加周围压力施加周围压力 3、轴向压力、轴向压力 直至剪破的整个过程都关闭排水阀直至剪破的整个过程都关闭排水阀门，不允许试样排水固结门，不允许试样排水固结 3 3 3 3 3 3 直剪试验：直剪试验：通过试验加荷的快慢来实现是通过试验加荷的快慢来实现是否排水。使试样在否排水。使试样在3 35 5minmin之内剪破，称之内剪破，称之为之为快剪快剪

34、关闭排关闭排水阀水阀40土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标有效应力圆总应力圆u=0B C cu ufA 3A 1A饱和粘性土饱和粘性土在三组在三组 3 3下的不排水剪试验得到下的不排水剪试验得到A A、B B、C C三个不三个不同同 3 3作用下破坏时的总应力圆作用下破坏时的总应力圆 试验表明：三个试样的周围压力3不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线 三个试样只能得到一个有效应力圆（2）、不固结不排水剪（）、不固结不排水剪（UU）41土力学与基础工

35、程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标（3）、固结排水剪（）、固结排水剪（CD）三轴试验：三轴试验：试样在周围压力试样在周围压力 3 3作用下排水作用下排水固结，再缓慢施加轴向压力增量固结，再缓慢施加轴向压力增量，直至，直至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零终保持试样的孔隙水压力为零 3 3 3 3 3 3 n直剪试验：直剪试验：试样在垂直压力下固结稳定，试样在垂直压力下固结稳定，再以缓慢的速率施加水平剪力，直至剪破，再以缓慢的速率施加水平剪力，

36、直至剪破，整个试验过程中尽量使土样排水，试验方整个试验过程中尽量使土样排水，试验方法称为法称为慢剪慢剪打开打开排排水阀水阀42土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标（3）、固结排水剪（）、固结排水剪（CD）在整个排水剪试验过程中，在整个排水剪试验过程中，u uf f 0 0，总应力全部转化总应力全部转化为有效应力，所以总应力为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应圆即是有效应力圆，总应力强度线即是力强度线即是有效应力有效应力强强度线。强度指标为度线。强度指标为c cd d、d d cd d

37、d总结总结:对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同；有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，有效抗剪强度与有效不同；有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，有效抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系应力有唯一的对应关系43土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标3 3、抗剪强度指标的选用、抗剪强度指标的选用 土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于具体工程土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异

38、，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验方法，以获得合适问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标的抗剪强度指标通常采用直剪试验通常采用直剪试验 试验方法试验方法适用条件适用条件不不排排水水剪剪或或快剪快剪地地基基土土的的透透水水性性和和排排水水条条件件不不良良，建建筑筑物物施施工速度较快工速度较快排排水水剪剪或或慢慢剪剪地地基基土土的的透透水水性性好好，排排水水条条件件较较佳佳，建建筑筑物物加荷速率较慢加荷速率较慢固固结结不不排排水水剪剪或或固固结结快快剪剪建建筑筑物物竣竣工工以以后后较较久久，荷荷载载又又突突然然增增大大，或或地基条

39、件等介于上述两种情况之间地基条件等介于上述两种情况之间44土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标【例】对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试样破坏对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试样破坏时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，试用作图法确时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，试用作图法确定土的强度指标定土的强度指标c ccucu、cucu和和c c 、周围压力周围压力 3/kPa 1/kPauf/kPa60601001001501501431432202203133132323404067

40、6745土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.35.3 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标【解答解答】按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图所示按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图所示，再绘再绘出总应力强度包线出总应力强度包线 按由按由 1 1=1 1-u uf，3 3=3 3-u uf ，将总应力圆在水平轴上左移相应将总应力圆在水平轴上左移相应的的u uf即得即得3 3个有效应力极限莫尔圆，如图中虚线圆，再绘出有效应个有效应力极限莫尔圆，如图中虚线圆，再绘出有效应力强度包线力强度包线 c ccu根据强度包线得到：根据强度包线得到：ccu=

41、10 kPa，c u=18o c=6 kPa，、=27o cucu (kPa)100(kPa)10030020040046土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.45.4 地基承载力地基承载力1、概述概述下卧层持力层（受力层）地地基基基础FG什么是地基？持力什么是地基？持力层层？47土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.45.4 地基承载力地基承载力 上图中，建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求。上图中，建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求。（2

42、 2）、变形要求）、变形要求刚度刚度建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物所建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物所允许的范围内允许的范围内 地基承载力？地基承载力？地基单位面积所能承受荷载的能力，地基单位面积所能承受荷载的能力，kPa（1 1）、稳定要求）、稳定要求强度强度建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内 地基变形有什么规律呢？地基变形有什么规律呢？地基变形的三个阶段地基变形的三个阶段48土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.4

43、5.4 地基承载力地基承载力地基变形的三个阶段：线性、弹塑性、破坏地基变形的三个阶段：线性、弹塑性、破坏 0 0sppcrpuabcppcrpcrppuppua a、线性线性变形阶段变形阶段塑性变塑性变形区形区oaoa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中降关系接近于直线，土中f f,地基处于弹地基处于弹性平衡状态性平衡状态b b、弹塑性弹塑性变形阶段变形阶段abab段，荷载增加段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区c c、破坏破坏阶段阶段

44、bcbc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化载增加，沉降急剧变化地基的破坏形式？地基的破坏形式？临临塑塑荷荷载载极极限限荷荷载载49土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.45.4 地基承载力地基承载力2、浅基、浅基础础地基的破坏模式地基的破坏模式由于基由于基础础下持力下持力层层抗剪抗剪强强度不足，土体度不足，土体产产生剪切破坏生剪切破坏导导致致基基础发础发生剪切破坏：生剪切破坏：整体剪切破坏、冲剪破坏和局部破坏整体剪切破坏、冲剪破坏和局部破坏。（1 1）、整体剪切破坏）、整体剪切破

45、坏a.p-sa.p-s曲线上有两个明显的转折点（曲线上有两个明显的转折点（a a、b b），可区分地基变形的三个阶段），可区分地基变形的三个阶段b.Pb.P较小时，地基变形处于弹性阶段（较小时，地基变形处于弹性阶段（0a0a），基础下形成一个三角压密区），基础下形成一个三角压密区c.Pc.P增大，压密区向两侧挤压，土中先从基础边缘产生塑性区，然后扩散形增大，压密区向两侧挤压，土中先从基础边缘产生塑性区，然后扩散形成塑性区成塑性区1.1.此时土体内部出现剪切破坏，进入塑性阶段（此时土体内部出现剪切破坏，进入塑性阶段（abab），变形加速），变形加速d.Pd.P达到极限荷载后，土体中形成连续的滑动

46、面并延伸到地面，土从基础两达到极限荷载后，土体中形成连续的滑动面并延伸到地面，土从基础两侧隆起；基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，整个地基失稳破坏（侧隆起；基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，整个地基失稳破坏（bcbc）。）。塑性区塑性区1 1塑性区塑性区1 1通常发生在密砂或硬通常发生在密砂或硬粘土等粘土等坚实坚实地基地基破坏特征？破坏特征？50土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.45.4 地基承载力地基承载力（2 2）、冲剪破坏）、冲剪破坏a.p-sa.p-s曲线没有明显的转折点，无临塑荷载和极限荷载曲线没有明显的转折点，无临塑荷载和极

47、限荷载b.b.地基沿基础边缘发生垂直剪切破坏，不出现明显连续滑动面地基沿基础边缘发生垂直剪切破坏，不出现明显连续滑动面c.c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷地基沿基础边缘垂直剪切破坏，好像基础切入地基中地基沿基础边缘垂直剪切破坏，好像基础切入地基中什么是冲剪破坏？什么是冲剪破坏？故常发生在基础刚度很大且地基十分软弱的情况。（松砂和软粘土中）故常发生在基础刚度很大且地基十分软弱的情况。（松砂和软粘土中）破坏特征？破坏特征？51土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.45.4

48、地基承载力地基承载力（3 3）、局部剪切破坏）、局部剪切破坏a.p-sa.p-s曲线转折点不明显，一开始就呈非线性曲线转折点不明显，一开始就呈非线性b.b.地基破坏从基础边缘开始，塑性变形区不延伸到地面，滑动面未延伸地基破坏从基础边缘开始，塑性变形区不延伸到地面，滑动面未延伸到地表，限制在地基内部某一区域内到地表，限制在地基内部某一区域内c.c.基础两侧地面微微隆起，无明显裂缝基础两侧地面微微隆起，无明显裂缝介于整体剪切破坏与冲剪破坏之间的一种地基破坏形式介于整体剪切破坏与冲剪破坏之间的一种地基破坏形式常发生在中等密实的砂土中。常发生在中等密实的砂土中。破坏特征？破坏特征？PS132d.d.基

49、础一般不会发生倒塌或者倾斜破坏基础一般不会发生倒塌或者倾斜破坏52土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.45.4 地基承载力地基承载力3、地基、地基临临塑荷塑荷载载和和临临界荷界荷载载临临塑荷塑荷载载（pcr）：）：对对整体剪切破坏的地基，整体剪切破坏的地基，p-s曲曲线线上的上的a点点对应对应的荷的荷载载；土即将；土即将进进入塑性状入塑性状态态的荷的荷载载。pcr怎么求？怎么求？以以条形基础条形基础受均布荷载作用的情况受均布荷载作用的情况为例，介绍如何求解为例，介绍如何求解pcrq=0d2 zMBp地基中任意一点地基中任意一点M M的

50、主应力由以下三部的主应力由以下三部分叠加而成：分叠加而成：基础基础底面底面的附加应力的附加应力P P0 0基础底面下基础底面下Z Z处的自重应力处的自重应力rZrZ旁载旁载r r0 0d d53土力学与基础工程土力学与基础工程第第5章章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5.45.4 地基承载力地基承载力q=0d 0zM自重应力自重应力 1=0d+z 3=k0(0d+z)，k0侧压力系数侧压力系数 设设k0=1.0合力合力=附加应力附加应力据据P50P50，式，式2-332-33可得：可得：Bp由自重应力在由自重应力在M M点各方向引起的应力相等点各方向引起的应力相等（1）54土