第四章土的抗剪強(qiáng)度PPT課件

1、第1節(jié) 概述 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度是土體抵抗是土體抵抗剪切剪切破壞的破壞的極限能力極限能力。 土的抗剪強(qiáng)度對(duì)地基承載力、擋土墻土的抗剪強(qiáng)度對(duì)地基承載力、擋土墻土壓力和土坡穩(wěn)定等問(wèn)題產(chǎn)生直接影響。土壓力和土坡穩(wěn)定等問(wèn)題產(chǎn)生直接影響。第1頁(yè)/共63頁(yè) 土的抗剪強(qiáng)度一般可分為兩部分：一部土的抗剪強(qiáng)度一般可分為兩部分：一部分與顆粒間的法向應(yīng)力有關(guān)，通常呈正比例分與顆粒間的法向應(yīng)力有關(guān)，通常呈正比例關(guān)系，其本質(zhì)是關(guān)系，其本質(zhì)是摩擦力摩擦力；另一部分是與法向；另一部分是與法向應(yīng)力無(wú)關(guān)的土粒之間的粘結(jié)力，通常稱為應(yīng)力無(wú)關(guān)的土粒之間的粘結(jié)力，通常稱為粘粘聚力聚力。第2頁(yè)/共63頁(yè) 各類建筑工程設(shè)計(jì)中，為了

2、建筑物的安全可各類建筑工程設(shè)計(jì)中，為了建筑物的安全可靠，要求建筑地基必須同時(shí)滿足下列兩個(gè)技術(shù)條靠，要求建筑地基必須同時(shí)滿足下列兩個(gè)技術(shù)條件：件： 地基變形條件地基變形條件 包括地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部?jī)A包括地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部?jī)A斜，都不超過(guò)國(guó)家斜，都不超過(guò)國(guó)家規(guī)范規(guī)范規(guī)定的地基變形允許規(guī)定的地基變形允許值；值； 地基強(qiáng)度條件地基強(qiáng)度條件 在建筑物的上部荷載作用下，確保地基的穩(wěn)在建筑物的上部荷載作用下，確保地基的穩(wěn)定性，不發(fā)生地基剪切或滑動(dòng)破壞。這兩個(gè)技術(shù)定性，不發(fā)生地基剪切或滑動(dòng)破壞。這兩個(gè)技術(shù)條件中，第一個(gè)地基變形條件已在第條件中，第一個(gè)地基變形條件已在第3 3章中闡述，

3、章中闡述，本章著重研究地基強(qiáng)度問(wèn)題。本章著重研究地基強(qiáng)度問(wèn)題。 因此因此, ,土的強(qiáng)度問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是土的抗剪強(qiáng)土的強(qiáng)度問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是土的抗剪強(qiáng)度問(wèn)題度問(wèn)題. .返回第3頁(yè)/共63頁(yè)第第2 2節(jié)節(jié) 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度一、抗剪強(qiáng)度（一）庫(kù)侖理論tgcf cf 第4頁(yè)/共63頁(yè)17761776年，庫(kù)侖總結(jié)出土的抗剪強(qiáng)度規(guī)律：年，庫(kù)侖總結(jié)出土的抗剪強(qiáng)度規(guī)律：砂砂 土土: :粘性土粘性土: : f ftgtg f ftgtgc c 式中式中 公式為著名的公式為著名的庫(kù)侖定庫(kù)侖定律律，如圖，如圖4.84.8所示。庫(kù)侖所示。庫(kù)侖定律是摩爾強(qiáng)度理論的特定律是摩爾強(qiáng)度理論的特例。此時(shí)摩爾破壞包線例。此時(shí)摩

4、爾破壞包線f ftgtgc c為一為一直線。直線。以庫(kù)侖定律表示摩爾以庫(kù)侖定律表示摩爾破壞包線的理論稱破壞包線的理論稱摩爾摩爾庫(kù)侖破壞理論庫(kù)侖破壞理論。第5頁(yè)/共63頁(yè)c和和 稱為稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。C：內(nèi)：內(nèi)聚聚力；力； ：內(nèi)摩擦角，由試驗(yàn)測(cè)定。內(nèi)摩擦角，由試驗(yàn)測(cè)定。影響因素影響因素土的抗剪強(qiáng)度的土的抗剪強(qiáng)度的內(nèi)在因素內(nèi)在因素外在因素：試驗(yàn)時(shí)的排水條件等因素外在因素：試驗(yàn)時(shí)的排水條件等因素顆粒間的有效法向應(yīng)力顆粒間的有效法向應(yīng)力土的孔隙比土的孔隙比（二）抗剪強(qiáng)度的構(gòu)成因素（二）抗剪強(qiáng)度的構(gòu)成因素第6頁(yè)/共63頁(yè)（三）、1 1、無(wú)粘性土、無(wú)粘性土無(wú)粘性土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的來(lái)源，傳統(tǒng)的觀念

5、為內(nèi)摩擦力。除內(nèi)無(wú)粘性土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的來(lái)源，傳統(tǒng)的觀念為內(nèi)摩擦力。除內(nèi)摩擦力外還存在一種新的力摩擦力外還存在一種新的力-咬合力。咬合力。內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力是指土粒表面之間的摩擦力。內(nèi)摩擦力是指土粒表面之間的摩擦力。內(nèi)摩擦力由作用于剪切面的法向壓力內(nèi)摩擦力由作用于剪切面的法向壓力與土的內(nèi)摩擦系數(shù)與土的內(nèi)摩擦系數(shù)tgtg組成，內(nèi)摩擦力的數(shù)值為這兩項(xiàng)的乘積組成，內(nèi)摩擦力的數(shù)值為這兩項(xiàng)的乘積tgtg咬合力咬合力天然休止角天然休止角密實(shí)卵石的穩(wěn)定坡角密實(shí)卵石的穩(wěn)定坡角2 2、粘性土、粘性土粘性土的抗剪強(qiáng)度包括內(nèi)磨擦力與粘聚力兩部分。粘性土的抗剪強(qiáng)度包括內(nèi)磨擦力與粘聚力兩部分。內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力粘聚力

6、粘聚力電分子吸引力電分子吸引力 土中天然膠結(jié)物質(zhì)土中天然膠結(jié)物質(zhì)第7頁(yè)/共63頁(yè)（四）、土的抗剪強(qiáng)度非標(biāo)準(zhǔn)定值，受很多因素的影響，不同地區(qū)、不土的抗剪強(qiáng)度非標(biāo)準(zhǔn)定值，受很多因素的影響，不同地區(qū)、不同成因、不同類型土的抗剪強(qiáng)度往往有很大的差別，即使同一種土同成因、不同類型土的抗剪強(qiáng)度往往有很大的差別，即使同一種土，在不同的密度、含水量、剪切速率、儀器型式等不同的條件下，在不同的密度、含水量、剪切速率、儀器型式等不同的條件下，其抗剪強(qiáng)度的數(shù)值也不相等。其抗剪強(qiáng)度的數(shù)值也不相等。根據(jù)庫(kù)侖定律中公式（根據(jù)庫(kù)侖定律中公式（4.64.6）可知：土的抗剪強(qiáng)度與法向壓力）可知：土的抗剪強(qiáng)度與法向壓力、土的內(nèi)摩

7、擦角、土的內(nèi)摩擦角和土的粘聚力和土的粘聚力c c三者有關(guān)。因此，影響抗剪強(qiáng)三者有關(guān)。因此，影響抗剪強(qiáng)度的因素可歸納為兩類度的因素可歸納為兩類：1 1、土的物理化學(xué)性質(zhì)的影響、土的物理化學(xué)性質(zhì)的影響土粒的礦物成分土粒的礦物成分砂土中石英礦物含量多，砂土中石英礦物含量多，大；云母礦物含量多，則大；云母礦物含量多，則小。粘小。粘性土的礦物成分不同，土粒表面結(jié)合水和電分子力不同，其粘聚力性土的礦物成分不同，土粒表面結(jié)合水和電分子力不同，其粘聚力c c也不同。土中含有各種膠結(jié)物質(zhì)，可使也不同。土中含有各種膠結(jié)物質(zhì)，可使c c增大。增大。土的顆粒形狀與級(jí)配土的顆粒形狀與級(jí)配土的顆粒越粗，表面越粗糙，土的顆

8、粒越粗，表面越粗糙，大。土的級(jí)配良好，大。土的級(jí)配良好，大；土大；土粒均勻，粒均勻，小。小。第8頁(yè)/共63頁(yè)土的原始密度土的原始密度土的原始密度越大，土粒之間接觸點(diǎn)多且緊密，則土粒之土的原始密度越大，土粒之間接觸點(diǎn)多且緊密，則土粒之間的表面摩擦力和粗粒土之咬合力越大，即間的表面摩擦力和粗粒土之咬合力越大，即越大。同時(shí)，土越大。同時(shí)，土的原始密度大，土的孔隙小，接觸緊密，粘聚力的原始密度大，土的孔隙小，接觸緊密，粘聚力c c也必然大。也必然大。土的含水量土的含水量當(dāng)土的含水量增加時(shí)，水分在土粒表面形成潤(rùn)滑劑，使內(nèi)當(dāng)土的含水量增加時(shí)，水分在土粒表面形成潤(rùn)滑劑，使內(nèi)摩擦角摩擦角減小。對(duì)粘性土來(lái)說(shuō)，含

9、水量增加，將使薄膜水變厚減小。對(duì)粘性土來(lái)說(shuō)，含水量增加，將使薄膜水變厚，甚至增加自由水，則填料之間的電分子力減弱，使粘聚力降，甚至增加自由水，則填料之間的電分子力減弱，使粘聚力降低。聯(lián)系實(shí)際，凡是山坡滑動(dòng)，通常都在雨后，雨水入滲使山低。聯(lián)系實(shí)際，凡是山坡滑動(dòng)，通常都在雨后，雨水入滲使山坡土中含水量增加，降低土的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致山坡失穩(wěn)滑動(dòng)。坡土中含水量增加，降低土的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致山坡失穩(wěn)滑動(dòng)。土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)粘性土具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如粘性土的結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)，則其粘聚粘性土具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如粘性土的結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)，則其粘聚力力c c降低。降低。第9頁(yè)/共63頁(yè)2 2、固結(jié)排水剪（慢剪）固結(jié)排水剪（慢剪）測(cè)得的抗

10、剪強(qiáng)度測(cè)得的抗剪強(qiáng)度c cd d、d d值最大值最大。不固結(jié)不排水剪（快剪）不固結(jié)不排水剪（快剪）測(cè)得的抗剪強(qiáng)度測(cè)得的抗剪強(qiáng)度c c、值最小值最小。固結(jié)不排水剪（固結(jié)快剪固結(jié)不排水剪（固結(jié)快剪 ）測(cè)得的抗剪強(qiáng)度測(cè)得的抗剪強(qiáng)度c ccucu、cucu值居中值居中。由此可見(jiàn)，試樣中是否存在孔隙水壓力，對(duì)抗剪強(qiáng)度有由此可見(jiàn)，試樣中是否存在孔隙水壓力，對(duì)抗剪強(qiáng)度有重要影響。如前所述，這三種不同的試驗(yàn)方法，各適用于不重要影響。如前所述，這三種不同的試驗(yàn)方法，各適用于不同的土層分布、土質(zhì)、排水條件和施工的速度同的土層分布、土質(zhì)、排水條件和施工的速度。第10頁(yè)/共63頁(yè)二、莫爾二、莫爾- -庫(kù)倫強(qiáng)度理論庫(kù)倫

11、強(qiáng)度理論現(xiàn)將作用在平面現(xiàn)將作用在平面mnmn上的剪應(yīng)力上的剪應(yīng)力與地基土的抗剪強(qiáng)度與地基土的抗剪強(qiáng)度f(wàn) f進(jìn)進(jìn)行比較：行比較：當(dāng)當(dāng)f f，平面，平面mnmn為穩(wěn)定狀態(tài)；為穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)當(dāng)f f，平面，平面mnmn發(fā)生剪切破壞；發(fā)生剪切破壞；當(dāng)當(dāng)f f，平面，平面mnmn極限平衡狀態(tài)。極限平衡狀態(tài)。莫爾提出：材料的破壞為剪切破莫爾提出：材料的破壞為剪切破壞，當(dāng)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料壞，當(dāng)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強(qiáng)度時(shí)該點(diǎn)就發(fā)生破壞的抗剪強(qiáng)度時(shí)該點(diǎn)就發(fā)生破壞，破壞，破壞面上的剪切強(qiáng)度面上的剪切強(qiáng)度 f f是該面上法向應(yīng)力是該面上法向應(yīng)力 的函數(shù)，的函數(shù)，用庫(kù)倫公式表示莫爾包線的用庫(kù)倫公式

12、表示莫爾包線的強(qiáng)度理論稱為莫爾強(qiáng)度理論稱為莫爾- -庫(kù)倫強(qiáng)度理論。庫(kù)倫強(qiáng)度理論。ctgf當(dāng)土體中任意一點(diǎn)在某一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)當(dāng)土體中任意一點(diǎn)在某一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，就發(fā)生剪切破壞度時(shí)，就發(fā)生剪切破壞。第11頁(yè)/共63頁(yè)（一）、微元體頂面和底面作用力，均為微元體頂面和底面作用力，均為 1 1ZZ式中式中 1 1-作用在微元體上的豎向法向應(yīng)力，即土的自重應(yīng)力，作用在微元體上的豎向法向應(yīng)力，即土的自重應(yīng)力，kpakpa。微元體側(cè)面作用力為：微元體側(cè)面作用力為： 2 23 3ZZ式中式中 2 2、3 3-作用在微元體側(cè)面的水平向法向應(yīng)力，作用在微元體側(cè)面的水平向法向應(yīng)力，

13、kpakpa； -土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，小于土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，小于1 1，可查表，可查表3.13.1。因?yàn)橥馏w并無(wú)外荷作用，只有土的自重作用，故在微元體各個(gè)面上沒(méi)有剪因?yàn)橥馏w并無(wú)外荷作用，只有土的自重作用，故在微元體各個(gè)面上沒(méi)有剪應(yīng)變，也就沒(méi)有剪應(yīng)力，凡是沒(méi)有剪應(yīng)力的面稱為主應(yīng)面。作用在主應(yīng)面上的力應(yīng)變，也就沒(méi)有剪應(yīng)力，凡是沒(méi)有剪應(yīng)力的面稱為主應(yīng)面。作用在主應(yīng)面上的力稱為主應(yīng)力，因此圖稱為主應(yīng)力，因此圖4.44.4中的中的1 1為最大主應(yīng)力，為最大主應(yīng)力，3 3為最小主應(yīng)力。同時(shí)為最小主應(yīng)力。同時(shí)2 23 3。第12頁(yè)/共63頁(yè)任意斜面上的應(yīng)力任意斜面上的應(yīng)力在微元體上取任一截面在微元體上取任

14、一截面mnmn，與大主應(yīng)力，與大主應(yīng)力面即水平面成面即水平面成角，斜面角，斜面mnmn上作用法向應(yīng)力上作用法向應(yīng)力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力，如圖所示。現(xiàn)在求，如圖所示?，F(xiàn)在求、與與1 1、3 3之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。取取dy=1dy=1，按平面問(wèn)題計(jì)算。設(shè)直角坐標(biāo)，按平面問(wèn)題計(jì)算。設(shè)直角坐標(biāo)：以：以m m點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O O，oxox向右為正，向右為正，ozoz向下向下為正。根據(jù)靜力平衡條件與豎向合力為零。為正。根據(jù)靜力平衡條件與豎向合力為零。水平方向水平方向 垂直方向垂直方向 0sincossin: 03dldldlx0cossincos: 01dldldly解聯(lián)立方程解聯(lián)立方程(a)(

15、a)、(b)(b)可求得任意截面可求得任意截面mnmn上的法向應(yīng)力上的法向應(yīng)力與剪應(yīng)與剪應(yīng)力力：第13頁(yè)/共63頁(yè)式中式中 與大主應(yīng)面成與大主應(yīng)面成角的截面角的截面mnmn上的法向應(yīng)力，上的法向應(yīng)力，kPakPa； 同一截面上的剪應(yīng)力，同一截面上的剪應(yīng)力，kPakPa。2cos2231312sin231第14頁(yè)/共63頁(yè)用摩爾應(yīng)力圓表示斜面上的應(yīng)力用摩爾應(yīng)力圓表示斜面上的應(yīng)力23122312121顯見(jiàn)，在顯見(jiàn)，在坐標(biāo)系中，上式表示圓心為坐標(biāo)系中，上式表示圓心為(1 1+2 2)/2,0)/2,0，半徑為半徑為(1 1-3 3)/2)/2的圓的方程。的圓的方程。從圓心逆時(shí)針轉(zhuǎn)從圓心逆時(shí)針轉(zhuǎn)22角

16、與圓周交于角與圓周交于a a點(diǎn)，點(diǎn)，a a點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，即，即為為M M點(diǎn)處與最大主應(yīng)力面成點(diǎn)處與最大主應(yīng)力面成角的斜面角的斜面mnmn上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力值上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力值。證明如下：。證明如下：2cos222cos20313131311roo2sin22sin31ra第15頁(yè)/共63頁(yè) 如果給定了土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)如果給定了土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和和 以及以及土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，則可將抗剪強(qiáng)度包線土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，則可將抗剪強(qiáng)度包線與莫爾應(yīng)力圓畫(huà)在同一張坐標(biāo)圖上，抗剪強(qiáng)與莫爾應(yīng)力圓畫(huà)在同一張坐標(biāo)圖上，抗剪強(qiáng)度包線與莫爾應(yīng)力圓的關(guān)系可能有：度包線與莫爾應(yīng)力圓的關(guān)系可能有： 1.整個(gè)莫爾

17、圓位于抗剪強(qiáng)度包線的下方。整個(gè)莫爾圓位于抗剪強(qiáng)度包線的下方。說(shuō)明該點(diǎn)在任何平面上的剪應(yīng)力都小于土的說(shuō)明該點(diǎn)在任何平面上的剪應(yīng)力都小于土的抗剪強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度，所以不會(huì)發(fā)生剪切破壞所以不會(huì)發(fā)生剪切破壞；第16頁(yè)/共63頁(yè) 2.莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線相切，切點(diǎn)為莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線相切，切點(diǎn)為A。說(shuō)明在。說(shuō)明在A點(diǎn)所代表的平面上，剪應(yīng)力正點(diǎn)所代表的平面上，剪應(yīng)力正好達(dá)到抗剪強(qiáng)度，該點(diǎn)就處于好達(dá)到抗剪強(qiáng)度，該點(diǎn)就處于極限平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)。這時(shí)的莫爾圓稱為這時(shí)的莫爾圓稱為極限應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓。 3.抗剪強(qiáng)度包線是莫爾圓的一條抗剪強(qiáng)度包線是莫爾圓的一條割線割線，實(shí)際上這種情況是不可能出現(xiàn)的，因?yàn)樵擖c(diǎn)實(shí)際

18、上這種情況是不可能出現(xiàn)的，因?yàn)樵擖c(diǎn)任何方向上的剪應(yīng)力都不可能超過(guò)土的抗剪任何方向上的剪應(yīng)力都不可能超過(guò)土的抗剪強(qiáng)度。因?yàn)閺?qiáng)度。因?yàn)橥恋目辜魪?qiáng)度是土體抵抗剪切破土的抗剪強(qiáng)度是土體抵抗剪切破壞的壞的極限能力極限能力。第17頁(yè)/共63頁(yè)莫爾圓與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系莫爾圓與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系 0Ac 第18頁(yè)/共63頁(yè)（二）、1 1、無(wú)粘性土的極限平衡條件、無(wú)粘性土的極限平衡條件由圖由圖4.94.9可見(jiàn)，任意平面可見(jiàn)，任意平面mnmn作用的總應(yīng)力作用的總應(yīng)力0 0與法向應(yīng)力與法向應(yīng)力之間之間的夾角的夾角稱為稱為傾斜角傾斜角。根據(jù)力三角形中，根據(jù)力三角形中，tgtg/,/,可得：可得：tg tg （a a

19、）由庫(kù)侖定律公式（由庫(kù)侖定律公式（4.54.5）f ftgtg （b b）當(dāng)當(dāng)= =f f時(shí)，即式（時(shí)，即式（a a）= =式（式（b b），可得），可得，此時(shí)，平面，此時(shí)，平面mnmn處于處于極限平衡極限平衡狀態(tài)。狀態(tài)。第19頁(yè)/共63頁(yè)土中某點(diǎn)的應(yīng)力是否達(dá)到破壞，土中某點(diǎn)的應(yīng)力是否達(dá)到破壞，通常用摩爾圓與庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度曲線的通常用摩爾圓與庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度曲線的關(guān)系來(lái)說(shuō)明。從圖可直接看出土中某關(guān)系來(lái)說(shuō)明。從圖可直接看出土中某點(diǎn)各方向代表的平面是否達(dá)到極限平點(diǎn)各方向代表的平面是否達(dá)到極限平衡狀態(tài)衡狀態(tài)。圓在抗剪強(qiáng)度曲線的下方，兩者分離。過(guò)圓在抗剪強(qiáng)度曲線的下方，兩者分離。過(guò)O O點(diǎn)作圓的切線，點(diǎn)作圓

20、的切線，maxmax1p1p，則據(jù)，則據(jù)1 1與與3 3作的應(yīng)力圓必作的應(yīng)力圓必與強(qiáng)度包線相割與強(qiáng)度包線相割，該點(diǎn)已破壞；若，該點(diǎn)已破壞；若1 11p1p該點(diǎn)該點(diǎn)穩(wěn)定。現(xiàn)穩(wěn)定?，F(xiàn)1 1=100kPa=100kPa1p1p=90kPa,=90kPa,故可判斷該點(diǎn)已破壞。故可判斷該點(diǎn)已破壞。把把1 1、C C代入代入公式公式，得：，得：3p3p= = 1 1tgtg2 2(45(45-/2)=100-/2)=100tgtg2 23030=33.33kPa=33.33kPa這表明：在這表明：在1 1=100kPa=100kPa的條件下，該點(diǎn)如處于極限平衡，則的條件下，該點(diǎn)如處于極限平衡，則3 3=

21、=33.33kPa33.33kPa。1 1不變時(shí)，不變時(shí)，3p3p愈小愈易破壞愈小愈易破壞，因，因(1 1-3 3) )增加。增加。若實(shí)際值若實(shí)際值3 33 p3 p, ,該點(diǎn)穩(wěn)定?，F(xiàn)該點(diǎn)穩(wěn)定。現(xiàn)3 3=30kPa=30kPa p p，則該點(diǎn)穩(wěn)定，則該點(diǎn)穩(wěn)定。由由(4.3)(4.3)、(4.4)(4.4)可計(jì)算出破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力：可計(jì)算出破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力：= (= (1 1+3 3)/2+()/2+(1 1-3 3)/2cos2)/2cos2 = (100+30)/2+(100-30)/2cos2(45 = (100+30)/2+(100-30)/2cos2(45+30+30/

22、2)=47.5kPa/2)=47.5kPa=(=(1 1-3 3)/2sin2)/2sin2 = (100-30)/2sin2(45 = (100-30)/2sin2(45+30+30/2)=30.31kPa/2)=30.31kPa破壞面上土的抗剪強(qiáng)度為：破壞面上土的抗剪強(qiáng)度為：f f=c+tg=47.5tg30=c+tg=47.5tg30=27.42kPa=27.42kPa 固結(jié)不排水固結(jié)不排水 不固結(jié)不排水不固結(jié)不排水c cd d、d dc ccucu、cucu c c、第41頁(yè)/共63頁(yè)三、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)三、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)可以看作圍壓無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)可以看作

23、圍壓 3=0的三軸不排水剪切試驗(yàn)，試件剪切破壞時(shí)試的三軸不排水剪切試驗(yàn)，試件剪切破壞時(shí)試樣所能承受的最大軸向壓力樣所能承受的最大軸向壓力qu稱為稱為無(wú)側(cè)限抗無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，只能作一個(gè)極限應(yīng)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，只能作一個(gè)極限應(yīng)力圓（力圓（ 1= qu 、 3=0），對(duì)于一般粘性土），對(duì)于一般粘性土就無(wú)法作出破壞包線。就無(wú)法作出破壞包線。第42頁(yè)/共63頁(yè) 而對(duì)于飽和粘性土，根據(jù)三軸不固結(jié)不而對(duì)于飽和粘性土，根據(jù)三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)的結(jié)果，其破壞包線接近于一條排水試驗(yàn)的結(jié)果，其破壞包線接近于一條水水平線平線，即，即 u=0。如僅需測(cè)定飽和粘性土的不。如僅需測(cè)定飽和粘性土的不排水抗剪

24、強(qiáng)度，就可以利用比較簡(jiǎn)單的無(wú)側(cè)排水抗剪強(qiáng)度，就可以利用比較簡(jiǎn)單的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)代替三軸試驗(yàn)。限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)代替三軸試驗(yàn)。第43頁(yè)/共63頁(yè) 0cu0 u 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)qu第44頁(yè)/共63頁(yè)2uufqc 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所得的極限應(yīng)力圓無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所得的極限應(yīng)力圓的的水平切線水平切線就是破壞包線。就是破壞包線。第45頁(yè)/共63頁(yè)四、1 1、適用土質(zhì)條件、適用土質(zhì)條件軟弱粘性軟弱粘性土、取原狀土困難的條件土、取原狀土困難的條件2 2、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備3 3、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)方法第46頁(yè)/共63頁(yè)十字板剪切破壞扭力矩，由兩部十字板剪切破壞扭力矩，由兩部分組成：分組

25、成：4 4、成果計(jì)算、成果計(jì)算十字板旋轉(zhuǎn)破壞土柱周圍強(qiáng)度十字板旋轉(zhuǎn)破壞土柱周圍強(qiáng)度由土柱圓周由土柱圓周DD乘以土柱高乘以土柱高H H為土柱周圍面積，再乘以半徑為土柱周圍面積，再乘以半徑D/2D/2，即扭力臂，再乘以土柱側(cè)面的抗剪強(qiáng)度，即扭力臂，再乘以土柱側(cè)面的抗剪強(qiáng)度v v，可得土柱周圍強(qiáng)度，可得土柱周圍強(qiáng)度，如公式，如公式(4.22)(4.22)等號(hào)右側(cè)第一項(xiàng)所示。等號(hào)右側(cè)第一項(xiàng)所示。土柱上、下面強(qiáng)度土柱上、下面強(qiáng)度土柱圓面積土柱圓面積DD2 2/4/4乘以扭矩力臂乘以扭矩力臂D/3D/3，再乘以土柱水平抗剪強(qiáng)度，再乘以土柱水平抗剪強(qiáng)度H H，再乘以，再乘以2 2，可得土柱上、下面強(qiáng)度，如公

26、式（，可得土柱上、下面強(qiáng)度，如公式（4.224.22）等號(hào)右側(cè)）等號(hào)右側(cè)第二項(xiàng)所示。第二項(xiàng)所示。十字板剪切破壞十字板剪切破壞扭力矩扭力矩M M為：為：HVDDDDHM34222第47頁(yè)/共63頁(yè)為簡(jiǎn)化計(jì)算，可令為簡(jiǎn)化計(jì)算，可令v vH H，代入公式（，代入公式（4.224.22）可得）可得：HVDDDDHM34222322DHDM十字板現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)為十字板現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)為不排水剪切不排水剪切試驗(yàn)。因此，其結(jié)果與無(wú)側(cè)試驗(yàn)。因此，其結(jié)果與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果接近，飽和軟土限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果接近，飽和軟土u u=0=0, ,則則: :2uq返回第48頁(yè)/共63頁(yè)第四節(jié)地基的破壞形式與地基承載力第四節(jié)

27、地基的破壞形式與地基承載力地基承載力特征值地基承載力特征值在保證地基穩(wěn)定的條件下，地基在保證地基穩(wěn)定的條件下，地基土單位面積上承受的最大荷載土單位面積上承受的最大荷載( (壓力壓力) )。地基極限承載力地基極限承載力地基土體完全剪切破壞時(shí)所承受的地基土體完全剪切破壞時(shí)所承受的荷載。荷載。可由載荷試驗(yàn)或其它原位測(cè)試、公式計(jì)算、并結(jié)合工程可由載荷試驗(yàn)或其它原位測(cè)試、公式計(jì)算、并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定。第49頁(yè)/共63頁(yè)一、地基變形階段與破壞形式一、地基變形階段與破壞形式（一）、地基變形的三個(gè)階段（一）、地基變形的三個(gè)階段線性變形線性變形( (壓密壓密) )階段階段塑

28、性變形塑性變形( (局部剪切局部剪切) )階段階段完全完全( (滑動(dòng)滑動(dòng)) )破壞階段破壞階段（二）、地基破壞的三種型式（二）、地基破壞的三種型式整體剪切破壞整體剪切破壞p ps s曲線可明顯分曲線可明顯分出上述三個(gè)變形階段。當(dāng)?shù)鼗系膲毫_(dá)到出上述三個(gè)變形階段。當(dāng)?shù)鼗系膲毫_(dá)到極限后，地基內(nèi)塑性變形區(qū)發(fā)展接合而出現(xiàn)極限后，地基內(nèi)塑性變形區(qū)發(fā)展接合而出現(xiàn)連續(xù)的滑動(dòng)面，地基土發(fā)生整體剪切破壞。連續(xù)的滑動(dòng)面，地基土發(fā)生整體剪切破壞。只要荷載稍有增加，基礎(chǔ)就會(huì)急劇下沉、傾只要荷載稍有增加，基礎(chǔ)就會(huì)急劇下沉、傾斜、地面嚴(yán)重隆起，并往往使建筑物發(fā)生破斜、地面嚴(yán)重隆起，并往往使建筑物發(fā)生破壞。對(duì)于壓縮性

29、較小的土，如壞。對(duì)于壓縮性較小的土，如密實(shí)砂土和堅(jiān)密實(shí)砂土和堅(jiān)硬粘土，當(dāng)壓力硬粘土，當(dāng)壓力p p足夠大時(shí)，一般都發(fā)生這足夠大時(shí)，一般都發(fā)生這種型式的破壞種型式的破壞。也可能在承載力低、相對(duì)埋。也可能在承載力低、相對(duì)埋深小的基礎(chǔ)下出現(xiàn)。深小的基礎(chǔ)下出現(xiàn)。第50頁(yè)/共63頁(yè)刺入剪切破壞刺入剪切破壞地基不出現(xiàn)明顯的連續(xù)滑動(dòng)面，基礎(chǔ)地基不出現(xiàn)明顯的連續(xù)滑動(dòng)面，基礎(chǔ)四周的地面也不隆起，基礎(chǔ)沒(méi)有很大傾斜，其四周的地面也不隆起，基礎(chǔ)沒(méi)有很大傾斜，其p ps s曲線無(wú)明曲線無(wú)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。地基的破壞是由基礎(chǔ)下面軟弱土變形并沿基礎(chǔ)顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。地基的破壞是由基礎(chǔ)下面軟弱土變形并沿基礎(chǔ)周邊產(chǎn)生豎向剪切，導(dǎo)致基礎(chǔ)連續(xù)

30、下沉，就象基礎(chǔ)周邊產(chǎn)生豎向剪切，導(dǎo)致基礎(chǔ)連續(xù)下沉，就象基礎(chǔ)“切入切入”土中。土中。此種型式多出現(xiàn)于基礎(chǔ)此種型式多出現(xiàn)于基礎(chǔ)相對(duì)埋深較大相對(duì)埋深較大和壓縮性較大的和壓縮性較大的松砂松砂和和軟土軟土中。中。第51頁(yè)/共63頁(yè)局部剪切破壞局部剪切破壞界于整體剪切破壞與剌入剪切破壞之界于整體剪切破壞與剌入剪切破壞之間。間。破壞時(shí)地基的塑性變形區(qū)局限于基礎(chǔ)下方，滑動(dòng)面也不延破壞時(shí)地基的塑性變形區(qū)局限于基礎(chǔ)下方，滑動(dòng)面也不延伸到地面?？赡苡休p微隆起，但基礎(chǔ)不會(huì)明顯傾斜或倒塌，伸到地面?？赡苡休p微隆起，但基礎(chǔ)不會(huì)明顯傾斜或倒塌，p ps s曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)也不明顯。曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)也不明顯。第52頁(yè)/共63頁(yè)第53頁(yè)/

31、共63頁(yè)二、按地基載荷試驗(yàn)確定地基的承載力二、按地基載荷試驗(yàn)確定地基的承載力 在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)一定尺寸的載荷板對(duì)擾動(dòng)較少在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)一定尺寸的載荷板對(duì)擾動(dòng)較少的淺部地基土體直接加荷，所測(cè)得的成果的淺部地基土體直接加荷，所測(cè)得的成果一般能反映相當(dāng)于一般能反映相當(dāng)于12倍載荷板寬度的深倍載荷板寬度的深度以內(nèi)土體的平均性質(zhì)。度以內(nèi)土體的平均性質(zhì)。第54頁(yè)/共63頁(yè)按載荷試驗(yàn)成果確定按載荷試驗(yàn)成果確定地基承載力特征值地基承載力特征值荷載P沉降sPcrPu第55頁(yè)/共63頁(yè) 承載力特征值的確定：承載力特征值的確定： 1.當(dāng)當(dāng)ps曲線上有曲線上有比例界限比例界限時(shí)，取該比時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值；例界限所對(duì)

32、應(yīng)的荷載值； 2.當(dāng)極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限的荷當(dāng)極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限的荷載值的載值的2倍時(shí)，取倍時(shí)，取極限荷載值的一半極限荷載值的一半； 3.當(dāng)不能按上述二點(diǎn)確定時(shí)，如壓板當(dāng)不能按上述二點(diǎn)確定時(shí)，如壓板面積為面積為0.250.50m2，可，可s/b=0.010.015所對(duì)應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于所對(duì)應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載最大加載量的一半量的一半。第56頁(yè)/共63頁(yè) 同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3點(diǎn)點(diǎn)，各試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不得超過(guò)其平均，各試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不得超過(guò)其平均值的值的30%，取此平均值作為該土層的地基，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值承載力特征值fak。第57頁(yè)/共