土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力

第5章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力5、1土的抗剪強(qiáng)度理論5、2土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)5、3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)5、4地基承載力要求理解：庫侖（定律）公式、莫爾應(yīng)力圓、莫爾庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則、土體的剪破角；土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及試驗(yàn)方法；地基的變形規(guī)律（整剪）、地基破壞的三種模式、幾種荷載荷載（臨塑、極限、臨界）、地基極限承載力。掌握：計(jì)算土的剪應(yīng)力（斜截面上）、判斷土體所處的狀態(tài)及是否會(huì)沿某界面產(chǎn)生破壞。了解：幾種荷載及地基極限承載力的計(jì)算方法。

第5章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力第5章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力廣西村民自建房地基坍塌致3死4傷2015年7月7日上午10時(shí)許，廣西某村民在自建房屋時(shí)，發(fā)生地基垮塌事故，3名村民在事故中遇難，4名村民受傷。第5章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力第5章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力北京德內(nèi)大街坍塌事故:人大代表“偷挖”18米地下室道路出現(xiàn)長15米、寬5米、深10米的大坑；排水管線斷裂；約54平方米的4間民居倒塌。北京市西城區(qū)德內(nèi)大街93號(hào)院為江蘇省徐州市人大代表的某企業(yè)老板私有房產(chǎn)，占地約190平方米，原是一座U型四合院。該院業(yè)主在地下開挖了深18米、面積130平方米的“地下室”足足相當(dāng)于五層樓的高度。什么是土的抗剪強(qiáng)度？——土體抵抗剪切破壞的極限能力

第5章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力土的抗剪強(qiáng)度或地基承載力不足

土體抗壓承載力？5.1土的抗剪強(qiáng)度理論1、庫侖公式1776年，庫侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)，將土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)為滑動(dòng)面上法向應(yīng)力的函數(shù)。PSTA5.1土的抗剪強(qiáng)度理論根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)f=tan砂土后來，根據(jù)粘性土剪切試驗(yàn):土的內(nèi)摩擦角ff=c+tan粘土cfc:土的粘聚力:土的內(nèi)摩擦角5.1土的抗剪強(qiáng)度理論2、土體抗剪強(qiáng)度影響因素土體抗剪強(qiáng)度影響因素：摩擦力：內(nèi)摩擦角粘聚力：c摩擦力的兩個(gè)來源1.滑動(dòng)摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦—土粒表面的粗造度2.咬合摩擦：土粒間互相嵌入所產(chǎn)生的咬合力—密實(shí)度、級(jí)配粘聚力：由土粒之間的膠結(jié)作用和電分子引力等因素形成5.1土的抗剪強(qiáng)度理論3、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)土體內(nèi)一點(diǎn)處不同方位的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力

和法向應(yīng)力）

331131dldlcosdlsin楔體靜力平衡水平：豎直：5.1土的的抗抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度理理論論31dldlcosdlsin求解解上上述述方方程程，，得得到到斜斜面面上上的的應(yīng)應(yīng)力力莫爾爾應(yīng)應(yīng)力力圓圓方方程程，，圓圓心心？？半半徑徑？？進(jìn)一一步步整整理理，，可可得得什么么曲曲線線？？5.1土的的抗抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度理理論論4、土土的的極極限限平平衡衡條條件件應(yīng)力力圓圓與與強(qiáng)強(qiáng)度度線線相離離：：庫侖侖強(qiáng)強(qiáng)度度線線應(yīng)力力圓圓與與強(qiáng)強(qiáng)度度線線相切切：：應(yīng)力力圓圓與與強(qiáng)強(qiáng)度度線線相割割：：極限限應(yīng)應(yīng)力力圓圓τ<τf彈性性平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)τ=τf極限限平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)τ>τf破壞壞狀狀態(tài)態(tài)此情情況況不不存存在在f=c+tan繪制制莫莫爾爾應(yīng)應(yīng)力力圓圓5.1土的的抗抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度理理論論莫爾爾－－庫庫侖侖破破壞壞準(zhǔn)準(zhǔn)則則：莫爾爾應(yīng)應(yīng)力力圓圓與與庫庫侖侖強(qiáng)強(qiáng)度度線線相相切切的的應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)作作為為土土的的破破壞壞準(zhǔn)準(zhǔn)則則(目前前判判別別土土體體所所處處狀狀態(tài)態(tài)的的最最常常用用準(zhǔn)準(zhǔn)則則)力學(xué)學(xué)平平衡衡方方程程？？

庫倫強(qiáng)度線

5.1土的的抗抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度理理論論31c

f2

fAcctg1/2(1+3)無粘粘性性土土：：c=0由幾幾何何關(guān)關(guān)系系可可得得：：整理理得得：：破壞壞面面在在哪哪？？莫爾爾－－庫庫侖侖破破壞壞準(zhǔn)準(zhǔn)則則應(yīng)用用判判斷斷的的力學(xué)學(xué)方方程程5.1土的的抗抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度理理論論土體體處處于于極極限限平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)，，破破壞壞面面與與大大主主應(yīng)應(yīng)力力作作用用面面的的夾夾角角為為f

f2

f31cAcctg1/2(1+3)可見見：：剪剪破破面面并并不不產(chǎn)產(chǎn)生生于于最最大大剪剪應(yīng)應(yīng)力力面面，，而而與與最最大大剪剪應(yīng)應(yīng)力力面面成成/2的夾夾角角，，為什什么么？？max因?yàn)闉樵谠谀悄莻€(gè)個(gè)點(diǎn)點(diǎn)雖雖然然剪剪應(yīng)應(yīng)力力最最大大，，但但是是仍仍然然小于于抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度，，所所以以不不會(huì)會(huì)發(fā)發(fā)生生破破壞壞——不同剪切面上上允許的τf不一樣。5.1土的抗剪強(qiáng)度度理論【例】地基中某一單單元土體上的的大主應(yīng)力為為430kPa，小主應(yīng)力為200kPa。通過試驗(yàn)測得得土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)c=15kPa，=20o。試問①該單元元土體處于何何種狀態(tài)？②②單元土體最最大剪應(yīng)力出出現(xiàn)在哪個(gè)面面上，是否會(huì)會(huì)沿剪應(yīng)力最最大的面發(fā)生生剪切破壞？？土的狀態(tài)：彈彈性平衡、極極限平衡、破破壞狀態(tài)？是否沿某個(gè)面面發(fā)生剪切破破壞？——莫爾－庫侖準(zhǔn)準(zhǔn)則：直接計(jì)算莫爾圓法剪破面上庫侖定律5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)計(jì)算出σ1f或σ3f判斷破壞可能能性由σ3計(jì)算σ1f比較σ1與σ1fσ1<σ1f?σ1=σ1f極限平衡狀態(tài)態(tài)σ1>σ1f?Oc1f311由σ1計(jì)算σ3f比較σ3與σ3fσ3>σ3f什么狀態(tài)？彈性平衡狀態(tài)態(tài)莫爾圓法：彈性平衡狀態(tài)態(tài)破壞狀態(tài)5.1土的抗剪強(qiáng)度度理論【例】地基中某一單單元土體上的的大主應(yīng)力為為430kPa，小主應(yīng)力為200kPa。通過試驗(yàn)測得得土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)c=15kPa，=20o。試問①該單元元土體處于何何種狀態(tài)？②②單元土體最最大剪應(yīng)力出出現(xiàn)在哪個(gè)面面上，是否會(huì)會(huì)沿剪應(yīng)力最最大的面發(fā)生生剪破？【解答】已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa，=20o計(jì)算結(jié)果表明明：1f大于該單元土土體實(shí)際大主主應(yīng)力1，實(shí)際應(yīng)力圓圓半徑小于極極限應(yīng)力圓半半徑，所以，，該單元土體體處于彈性平平衡狀態(tài)。5.1土的抗剪強(qiáng)度度理論

c1實(shí)際應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與與主應(yīng)力作用用面成45o由圖可知，最最大剪應(yīng)力面面上τmax<τf，故不會(huì)沿剪應(yīng)應(yīng)力最大的面面發(fā)生破壞τmax——會(huì)產(chǎn)生剪切破破壞嗎？庫倫強(qiáng)度線35.1土的抗剪強(qiáng)度度理論土體剪破面與與大主應(yīng)力作用用面的夾角為為f庫侖定律由于τ<τf，所以，該單元元土體處于彈彈性平衡狀態(tài)態(tài)直接計(jì)算：最大剪應(yīng)力與與主應(yīng)力作用面成45o——會(huì)產(chǎn)生剪切破破壞嗎？庫侖定律P93式5-6最大剪應(yīng)力面面上τ<τf，故不會(huì)沿剪應(yīng)應(yīng)力最大的面面發(fā)生破壞5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)1、室內(nèi)試驗(yàn)2、野外試驗(yàn)直剪試驗(yàn)、三三軸試驗(yàn)等制樣（重塑土土）或現(xiàn)場取取樣缺點(diǎn)：擾動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)力條條件清楚，易易重復(fù)十字板扭剪試試驗(yàn)、旁壓試試驗(yàn)等原位試驗(yàn)缺點(diǎn)：應(yīng)力條條件不易掌握握優(yōu)點(diǎn)：原狀土土的原位強(qiáng)度度5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)1、直接剪切試試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：直直剪儀（應(yīng)力力控制式，應(yīng)應(yīng)變控制式））P95圖5-55.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)（1）、固結(jié)慢剪剪：施加正應(yīng)力-充分固結(jié)慢慢施加剪應(yīng)應(yīng)力-小于0.02mm/分，以保證無無超靜孔壓（2）、固結(jié)快剪剪施加正應(yīng)力-充分固結(jié)在3-5分鐘內(nèi)剪切破破壞（3）、快剪施加正應(yīng)力后后立即剪切3-5分鐘內(nèi)剪切破破壞PSTA直接剪切試驗(yàn)驗(yàn)分為：通過控制剪切切速率來近似似模擬排水條條件固結(jié)慢剪、固固結(jié)快剪、快快剪快剪、慢剪有有什么區(qū)別及及作用？獲得怎樣實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果？5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)PSTAσ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPaOc在不同的垂直直壓力下進(jìn)行剪切試試驗(yàn)，得相應(yīng)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度度τf，繪制τf-曲線，得該土土的抗剪強(qiáng)度度包絡(luò)線強(qiáng)度包絡(luò)線是是否可靠？——相對(duì)可靠，但但存在一定問問題5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)直剪試驗(yàn)優(yōu)缺缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡單單，試樣的制制備和安裝方方便，易于操操作缺點(diǎn)：①剪切破壞面面固定為上下下盒之間的水水平面不符合合實(shí)際情況，，不一定是土土樣的最薄弱弱面。②試驗(yàn)中不能能嚴(yán)格控制排排水條件，對(duì)對(duì)透水性強(qiáng)的的土尤為突出出，不能量測測土樣的孔隙隙水壓力。③上下盒的錯(cuò)錯(cuò)動(dòng)，剪切過過程中試樣剪剪切面積逐漸漸減小，剪切切面上的剪應(yīng)應(yīng)力分布不均均勻因其儀器構(gòu)造造簡單等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，再加試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)可可靠，在是目前勘察報(bào)告中最常用于獲獲取土體強(qiáng)度度指標(biāo)的室內(nèi)內(nèi)實(shí)驗(yàn)5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)2、三軸剪切試試驗(yàn)應(yīng)變控制式三三軸儀：壓力力室，加壓系系統(tǒng)，量測系系統(tǒng)組成應(yīng)力控制式三三軸儀應(yīng)變控制式三三軸儀5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)方法：首先試樣施加加圍壓1=2=3；然后通過活塞塞桿施加的是是應(yīng)力差Δ1=1-3。（1）、試樣試驗(yàn)驗(yàn)方法：

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3

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3△△5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)（2）、三軸試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果抗剪強(qiáng)度包線（庫倫強(qiáng)度線）

c

分別在不同的的周圍壓力3作用下進(jìn)行剪剪切，得到3～4個(gè)不同的破壞壞應(yīng)力圓，繪繪出各應(yīng)力圓圓的公切線即為土的抗剪剪強(qiáng)度包線—抗剪強(qiáng)度包絡(luò)絡(luò)線5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)（3）、三軸試驗(yàn)驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①試驗(yàn)中能嚴(yán)嚴(yán)格控制試樣樣排水條件，，量測孔隙水水壓力，了解解土中有效應(yīng)應(yīng)力變化情況況②試樣中的應(yīng)應(yīng)力分布比較較均勻缺點(diǎn)：①試驗(yàn)儀器復(fù)復(fù)雜，操作技技術(shù)要求高，，試樣制備較較復(fù)雜②試驗(yàn)在2=3的軸對(duì)稱條件件下進(jìn)行，與與土體實(shí)際受受力情況可能能不符5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)無側(cè)限壓縮儀儀3、無側(cè)限抗壓壓強(qiáng)度試驗(yàn)5.2土的抗剪強(qiáng)度度試驗(yàn)無側(cè)限壓縮儀儀ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無側(cè)限壓縮儀無側(cè)限抗壓強(qiáng)強(qiáng)度試驗(yàn)是三三軸剪切試驗(yàn)驗(yàn)的特例，對(duì)對(duì)試樣不施加加周圍壓力，，即3=0，，只施施加軸軸向壓壓力直直至發(fā)發(fā)生破破壞，，試樣樣在無無側(cè)限限壓力力條件件下，，剪切切破壞壞時(shí)試試樣承承受的的最大大軸向向壓力力qu，稱為無側(cè)限抗壓壓強(qiáng)度試樣獲得怎樣實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果？？5.2土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)（（3=0，1=qu），只能作出出一個(gè)極限限應(yīng)力圓，，因此對(duì)一一般粘性土土，無法作作出強(qiáng)度包包線說明：對(duì)于飽和軟軟粘土，根根據(jù)三軸不不排水剪試試驗(yàn)成果，，其強(qiáng)度包包線近似于于一水平線線，即u=0，因此無側(cè)限限抗壓強(qiáng)度度試驗(yàn)適用用于測定飽和軟粘土土的不排水水強(qiáng)度qucuu=0無側(cè)限抗壓壓強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)儀器構(gòu)造造簡單，操操作方便，，可代替三軸試試驗(yàn)測定飽和軟軟粘土的不不排水強(qiáng)度度5.2土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度試驗(yàn)適用于現(xiàn)場場測定飽和和粘性土的的不排水強(qiáng)強(qiáng)度，尤其其適用于均均勻的飽和和軟粘土4、十字板剪剪切試驗(yàn)柱體上下平平面的抗剪剪強(qiáng)度產(chǎn)生生的抗扭力力矩柱體側(cè)面剪剪應(yīng)力產(chǎn)生生的抗扭力力矩5.3土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)1、總應(yīng)力強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)與與有效應(yīng)力力強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)庫侖定律說明：施加于試樣樣上的垂直直法向應(yīng)力力為總應(yīng)力，，c、為總應(yīng)力意意義上的土土的粘聚力力和內(nèi)摩擦擦角，稱之之為總應(yīng)力力強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)根據(jù)有效應(yīng)應(yīng)力原理：：土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度并不是是由剪切面面上的法向向總應(yīng)力決決定，而是是取決于剪剪切面上的的法向有效應(yīng)應(yīng)力。什么是有效應(yīng)力原原理？c、為土的有效效粘聚力和和有效內(nèi)摩摩擦角，即即土的有效效應(yīng)力強(qiáng)度度指標(biāo)有效應(yīng)力強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)確確切地表達(dá)達(dá)出了土的的抗剪強(qiáng)度度的實(shí)質(zhì)，，是比較合合理的表達(dá)達(dá)方法5.3土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)2、黏性土在在不同排水水條件的抗抗剪強(qiáng)度指指標(biāo)（1）、固結(jié)不不排水剪（（CU）三軸試驗(yàn)：：施加周圍壓壓力3時(shí)打開排水水閥門，試試樣完全排排水固結(jié)，，孔隙水壓壓力完全消消散。然后后關(guān)閉排水水閥門，再再施加軸向向壓力增量量△，使試樣在在不排水條條件下剪切切破壞

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3△△直剪試驗(yàn)：：剪切前試樣樣在垂直荷荷載下充分分固結(jié)，剪剪切時(shí)速率率較快，使使土樣在剪剪切過程中中不排水，，這種剪切切方法為稱稱固結(jié)快剪打開排水閥關(guān)閉排水閥5.3土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)將總應(yīng)力圓圓在水平軸軸上左移uf得到相應(yīng)的的有效應(yīng)力力圓，按有有效應(yīng)力圓圓強(qiáng)度包線線可確定c、

ccuccu

飽和粘性土土在三組3下進(jìn)行固結(jié)結(jié)不排水剪剪試驗(yàn)得到到A、B、C三個(gè)不同3作用下破壞壞時(shí)的總應(yīng)應(yīng)力圓，由由總應(yīng)力圓圓強(qiáng)度包線線確定固結(jié)結(jié)不排水剪剪總應(yīng)力強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)ccu、cuABC（1）固結(jié)不排排水剪（CU）5.3土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)（2）、不固結(jié)結(jié)不排水剪剪（UU）三軸試驗(yàn)：：施加周圍壓壓力3、軸向壓力力△直至剪破的的整個(gè)過程程都關(guān)閉排排水閥門，，不允許試試樣排水固固結(jié)

3

3

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3△△直剪試驗(yàn)：：通過試驗(yàn)加加荷的快慢慢來實(shí)現(xiàn)是是否排水。。使試樣在在3～5min之內(nèi)剪破，，稱之為快剪關(guān)閉排水閥5.3土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)有效應(yīng)力圓圓總應(yīng)力圓u=0B

C

cu

ufA

3A

1A飽和粘性土土在三組3下的不排水水剪試驗(yàn)得得到A、B、C三個(gè)不同同3作用下破破壞時(shí)的的總應(yīng)力力圓試驗(yàn)表明明：三個(gè)試樣樣的周圍圍壓力3不同，但但破壞時(shí)時(shí)的主應(yīng)應(yīng)力差相相等，三三個(gè)極限限應(yīng)力圓圓的直徑徑相等，，因而強(qiáng)強(qiáng)度包線線是一條條水平線線三個(gè)試樣樣只能得得到一個(gè)有效效應(yīng)力圓圓（2）、不固固結(jié)不排排水剪（（UU）5.3土的抗剪剪強(qiáng)度指指標(biāo)（3）、固結(jié)結(jié)排水剪剪（CD）三軸試驗(yàn)驗(yàn)：試樣在周周圍壓力力3作用下排排水固結(jié)結(jié)，再緩緩慢施加加軸向壓壓力增量量△，直至剪剪破，整整個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)過程中中打開排排水閥門門，始終終保持試試樣的孔孔隙水壓壓力為零零

3

3

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3

3

3△△直剪試驗(yàn)驗(yàn)：試樣在垂垂直壓力力下固結(jié)結(jié)穩(wěn)定，，再以緩緩慢的速速率施加加水平剪剪力，直直至剪破破，整個(gè)個(gè)試驗(yàn)過過程中盡盡量使土土樣排水水，試驗(yàn)驗(yàn)方法稱稱為慢剪打開排水閥5.3土的抗剪剪強(qiáng)度指指標(biāo)（3）、固結(jié)結(jié)排水剪剪（CD）在整個(gè)排排水剪試試驗(yàn)過程程中，uf＝0，總應(yīng)力全全部轉(zhuǎn)化化為有效效應(yīng)力，，所以總總應(yīng)力圓圓即是有有效應(yīng)力力圓，總總應(yīng)力強(qiáng)強(qiáng)度線即即是有效應(yīng)力力強(qiáng)度線。。強(qiáng)度指指標(biāo)為cd、dcdd總結(jié):對(duì)于同一一種土，，在不同同的排水水條件下下進(jìn)行試試驗(yàn)，總總應(yīng)力強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)完全不不同；有有效應(yīng)力力強(qiáng)度指指標(biāo)不隨隨試驗(yàn)方方法的改改變而不不同，有有效抗剪剪強(qiáng)度與與有效應(yīng)應(yīng)力有唯唯一的對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系系5.3土的抗剪剪強(qiáng)度指指標(biāo)3、抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)的選用用土的抗剪剪強(qiáng)度指指標(biāo)隨試試驗(yàn)方法法、排水水條件的的不同而而異，對(duì)對(duì)于具體體工程問問題，應(yīng)應(yīng)該盡可可能根據(jù)據(jù)現(xiàn)場條條件決定定采用實(shí)實(shí)驗(yàn)室的的試驗(yàn)方方法，以以獲得合合適的抗抗剪強(qiáng)度度指標(biāo)——通常采用用直剪試試驗(yàn)試驗(yàn)方法適用條件不排水剪或快剪地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較快排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物加荷速率較慢固結(jié)不排水剪或固結(jié)快剪建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件等介于上述兩種情況之間5.3土的抗剪剪強(qiáng)度指指標(biāo)【例】對(duì)某種飽飽和粘性性土做固固結(jié)不排排水試驗(yàn)驗(yàn)，三個(gè)個(gè)試樣破破壞時(shí)的的大、小小主應(yīng)力力和孔隙隙水壓力力列于表表中，試試用作圖圖法確定定土的強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)ccu、cu和c、周圍壓力3/kPa1/kPauf/kPa601001501432203132340675.3土的抗剪剪強(qiáng)度指指標(biāo)【解答】按比例繪繪出三個(gè)個(gè)總應(yīng)力力極限應(yīng)應(yīng)力圓，，如圖所所示，再繪出總總應(yīng)力強(qiáng)強(qiáng)度包線線按由1′=1-uf，3′=3-uf，將總應(yīng)力力圓在水水平軸上上左移相相應(yīng)的uf即得3個(gè)個(gè)有效應(yīng)應(yīng)力極限限莫爾圓圓，如圖圖中虛線線圓，再再繪出有有效應(yīng)力力強(qiáng)度包包線cccu根據(jù)強(qiáng)度度包線得得到：ccu=10kPa，cu=18oc=6kPa，、=27ocu(kPa)100(kPa)1003002004005.4地基承載載力1、概述述下臥層持力層（（受力層層）地基基礎(chǔ)FG什么是地地基？持持力層？？5.4地基承載載力上圖中，，建筑物物荷載通通過基礎(chǔ)礎(chǔ)作用于于地基，，對(duì)地基基提出兩兩個(gè)方面面的要求求。（2）、變形形要求—?jiǎng)偠冉ㄖ锘A(chǔ)在荷荷載作用用下產(chǎn)生生最大沉沉降量或或沉降差差，應(yīng)該該在該建建筑物所所允許的的范圍內(nèi)內(nèi)地基承載力？？—地基單位面積積所能承受荷荷載的能力，，kPa（1）、穩(wěn)定要求求—強(qiáng)度建筑物的基底底壓力，應(yīng)該該在地基所允允許的承載能能力之內(nèi)地基變形有什什么規(guī)律呢？？——地基變形的三三個(gè)階段5.4地基承載力地基變形的三三個(gè)階段：線線性、彈塑性性、破壞0sppcrpuabcp＜pcrpcr＜p＜pup≥pua、線性變形階段塑性變形區(qū)oa段，荷載小，，主要產(chǎn)生壓壓縮變形，荷荷載與沉降關(guān)關(guān)系接近于直直線，土中τ＜τf,地基處于彈彈性平衡狀態(tài)態(tài)b、彈塑性變形階段ab段，荷載增加加，荷載與沉降關(guān)關(guān)系呈曲線，，地基中局部部產(chǎn)生剪切破破壞，出現(xiàn)塑塑性變形區(qū)c、破壞階段bc段，塑性區(qū)擴(kuò)擴(kuò)大，發(fā)展成成連續(xù)滑動(dòng)面面，荷載增加加，沉降急劇劇變化地基的破壞形形式？臨塑荷載極限荷載5.4地基承載力2、淺基礎(chǔ)地基基的破壞模式式由于基礎(chǔ)下持持力層抗剪強(qiáng)強(qiáng)度不足，土土體產(chǎn)生剪切切破壞導(dǎo)致基基礎(chǔ)發(fā)生剪切切破壞：整體剪切破壞壞、沖剪破壞壞和局部破壞壞。（1）、整體剪切切破壞a.p-s曲線上有兩個(gè)個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折折點(diǎn)（a、b），可區(qū)分地地基變形的三三個(gè)階段b.P較小時(shí)，地基基變形處于彈彈性階段（0a），基礎(chǔ)下形形成一個(gè)三角角壓密區(qū)c.P增大，壓密區(qū)區(qū)向兩側(cè)擠壓壓，土中先從從基礎(chǔ)邊緣產(chǎn)產(chǎn)生塑性區(qū)，，然后擴(kuò)散形形成塑性區(qū)1.此時(shí)土體內(nèi)部部出現(xiàn)剪切破破壞，進(jìn)入塑塑性階段（ab），變形加速速d.P達(dá)到極限荷載載后，土體中中形成連續(xù)的的滑動(dòng)面并延延伸到地面，，土從基礎(chǔ)兩兩側(cè)隆起；基基礎(chǔ)急劇下沉沉，并可能向向一側(cè)傾斜，，整個(gè)地基失失穩(wěn)破壞（bc）。塑性區(qū)1塑性區(qū)1通常發(fā)生在密密砂或硬粘土土等堅(jiān)實(shí)地基破壞特征？？5.4地基承載力力（2）、沖剪破破壞a.p-s曲線沒有明明顯的轉(zhuǎn)折折點(diǎn)，無臨臨塑荷載和和極限荷載載b.地基沿基礎(chǔ)礎(chǔ)邊緣發(fā)生生垂直剪切切破壞，不不出現(xiàn)明顯顯連續(xù)滑動(dòng)動(dòng)面c.荷載達(dá)到極極限荷載后后，基礎(chǔ)兩兩側(cè)地面不不隆起，而而是下陷——地基沿基礎(chǔ)礎(chǔ)邊緣垂直直剪切破壞壞，好像基基礎(chǔ)切入地地基中什么是沖剪剪破壞？故常發(fā)生在在基礎(chǔ)剛度度很大且地地基十分軟軟弱的情況況。（松砂砂和軟粘土土中）破壞特征？？5.4地基承載力力（3）、局部剪剪切破壞a.p-s曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)點(diǎn)不明顯，，一開始就就呈非線性性b.地基破壞從從基礎(chǔ)邊緣緣開始，塑塑性變形區(qū)區(qū)不延伸到到地面，滑滑動(dòng)面未延延伸到地表表，限制在在地基內(nèi)部部某一區(qū)域域內(nèi)c.基礎(chǔ)兩側(cè)地地面微微隆隆起，無明明顯裂縫—介于整體剪剪切破壞與與沖剪破壞壞之間的一一種地基破破壞形式常發(fā)生在中中等密實(shí)的的砂土中。。破壞特征？？PS132d.基礎(chǔ)一般不不會(huì)發(fā)生倒倒塌或者傾傾斜破壞5.4地基承載力力3、地基臨塑塑荷載和臨臨界荷載臨塑荷載（（pcr）：對(duì)整體體剪切破壞壞的地基，，p-s曲線上的a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷荷載；土即即將進(jìn)入塑塑性狀態(tài)的的荷載。pcr怎么求？以條形基礎(chǔ)受均布荷載載作用的情情況為例，介紹紹如何求解解pcrq=0d2zMBp地基中任意意一點(diǎn)M的主應(yīng)力由由以下三部部分疊加而成成：基礎(chǔ)底面的附加應(yīng)力力P0基礎(chǔ)底面下下Z處的自重應(yīng)應(yīng)力rZ旁載r0d5.4地基承載力力q=0dβ0zM自重應(yīng)力1=0d+z3=k0(0d+z)，k0側(cè)壓力系數(shù)數(shù)設(shè)k0=1.0合力=附加應(yīng)力據(jù)P50，式2-33可得：Bp—由自重應(yīng)力力在M點(diǎn)各方向引引起的應(yīng)力力相等（1）5.4地基承載力力31c

f2

fAcctg1/2(1+3)根據(jù)莫爾-庫侖準(zhǔn)則，，當(dāng)土體處處于極限平衡衡狀態(tài)時(shí)，，可知：將式（1）代入上式式，整理得得———塑性性區(qū)區(qū)邊邊界界方方程程塑性性區(qū)區(qū)最最大大深深度度zmax5.4地基基承承載載力力令zmax＝0，此此時(shí)時(shí)地地基基所所能能承承受受的的基基底底壓壓力力為為臨塑塑荷荷載載簡化化為為，，pcr=0dNq+cNc其中中，，Nq、Nc為地基基承載載力系系數(shù)0——基礎(chǔ)埋埋深范范圍內(nèi)內(nèi)土的的平均均加權(quán)權(quán)重度度5.4地基承承載力力臨界荷荷載：地基基中塑塑性區(qū)區(qū)的最最大深深度zmax分別達(dá)達(dá)到基基礎(chǔ)寬寬度的的1/4（中心心荷載載作用用下））和1/3（偏心心荷載載作用用下））時(shí)，對(duì)對(duì)應(yīng)的的基礎(chǔ)礎(chǔ)底面面壓力力——p1/4、p1/3中心荷荷載，，zmax=b/4偏心荷荷載，，zmax=b/3可簡化化為：：其中，，Nr、Nq、Nc為地基基承載載力系系數(shù)——基基底以以下土的重重度5.4地基承承載力力臨塑荷荷載、、臨界荷荷載的的統(tǒng)一表表達(dá)式式NNqNcpcr01+/ctg-

/2+)(Nq-1)ctgp1/4(Nq-1)/4p1/3(Nq-1)/3其中，，Nr、Nq、Nc為地基基承載載力系系數(shù)5.4地基承承載力力【例】】某條基基，底底寬b=1.5m，埋深d=2m，地基土土的重重度＝19kN/m3，飽和土土的重重度sat＝21kN/m3,抗剪剪強(qiáng)度度指標(biāo)標(biāo)為=20°，，c=20kPa,求(1)該該地基基承載載力p1/4,(2)若若地下下水位位上升升至地地表下下1.5m，承載力力有何何變化化(1)(2)地下下水位位上升升時(shí)，，地下下水位位以下下土的的重度度用有有效重重度說明：：當(dāng)?shù)叵孪滤晃簧仙龝r(shí)，，地基基的承承載力力將降降低5.4地基承承載力力4、地地基極極限承承載力力計(jì)算算—極限荷荷載地基極極限承承載力力：地地基土土達(dá)到到整體剪剪切破破壞時(shí)的最最小荷荷載。。（1）、普普朗特特爾極極限承承載力力理論論（2）、太太沙基基極限限承載載力理理論5.4地基承承載力力（1）、普普朗特特爾極極限承承載力力理論論1920年，普普朗特特爾根根據(jù)極極限平平衡理理論，，導(dǎo)出出達(dá)到到破壞壞時(shí)的的滑動(dòng)動(dòng)面形形狀及及極限限承載載力公公式。。PbccddⅠⅡⅡ45o＋

/245o－

/2ⅢⅢⅠ區(qū)：主動(dòng)朗朗肯區(qū)區(qū)，1豎直向向，破破裂面面與水水平面面成45o＋/2Ⅱ區(qū)：過渡區(qū)區(qū)，邊邊界是是對(duì)數(shù)數(shù)螺線線Ⅲ區(qū)：被動(dòng)朗朗肯區(qū)區(qū)，1水平向向，破破裂面面與水水平面面成45o－/2基本假假設(shè)：：a、基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深深及基底以以下土土均為0b、外荷荷載為為無限限長的的條形形荷載載c、基底底光滑滑整體滑滑動(dòng)可可分為為三個(gè)個(gè)區(qū)5.4地基承承載力力普朗特特爾理理論的的極限限承載載力理理論解解式中Nc：為地地基承承載力力系數(shù)數(shù)不足：：基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深深及基基底以以下土土均不不為0，如何何解決決？5.4地基承承載力力2、太沙沙基極極限承承載力力理論論P(yáng)aabccddⅠⅡⅡⅢ45o－

/2ⅢⅠ區(qū)：彈性壓壓密區(qū)區(qū)；基基底是是粗糙糙的，，故與與基底底接觸觸的土土體不不會(huì)發(fā)發(fā)生剪剪切位位移，，而是是處于于彈性性壓密密狀態(tài)態(tài)且與與基礎(chǔ)礎(chǔ)一起起位移移Ⅱ區(qū)：過渡區(qū)區(qū)，邊邊界是是對(duì)數(shù)數(shù)螺線線Ⅲ區(qū)：被動(dòng)朗朗肯區(qū)區(qū)，1水平向向，破破裂面面與水水平面面成45o－/2基本假假設(shè)：：a、基礎(chǔ)礎(chǔ)底面面是粗粗糙的的b、條形形基礎(chǔ)礎(chǔ)受均均布荷荷載作作用整體滑滑動(dòng)可可分為為三個(gè)個(gè)區(qū)5.4地基承承載力力太沙基基理論論的極極限承承載力力理論論解其中，，Nr、Nq、Nc均為承承載力力系數(shù)數(shù)，是是的函數(shù)數(shù)（P116式子5-38）。0——基礎(chǔ)埋埋深范范圍內(nèi)內(nèi)土的的平均均加權(quán)權(quán)重度度——基基底以以下土的重重度5.4地基承承載力力4、地地基承承載力力的確確定方方法極限承承載力力承載力力容許承承載力力：承載力力特征征值(設(shè)計(jì)值值)通常所所說的的承載載力指指容許許承載載力5.4地基承承載力力承載力力f的確定定辦法法：①要求較較高：：f=Pcr②一般情情況下下：f=P1/4或P1/3③用極限限荷載載計(jì)算算：f=Pu/KK---安全系系數(shù)；；太沙基基：K3.0（1）、通過公公式計(jì)計(jì)算5.4地基承承載力力（2）、按《地地基基基礎(chǔ)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》》確定定當(dāng)e≤0.033b，根據(jù)土土的抗抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指指標(biāo)確確定地地基承承載力力fa——土的抗抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指指標(biāo)確確定的的地基基承載載力特特征值值Mb、Md、Mc——承載力力系數(shù)數(shù)（可可根據(jù)據(jù)k查表得得到)——地基土土的重重度，，地下下水位位以下下取浮浮重度度d——基礎(chǔ)埋埋置深深度(m)，從室外外地面面標(biāo)高高計(jì)算算m——基礎(chǔ)底底面以以上土土的加加權(quán)重重度，，地下下水位位以下下取浮浮重度度b——基礎(chǔ)地地面寬寬度，，大于于6m時(shí)，按按6m取值，，對(duì)于于砂土土小于于3m時(shí)按3m取值ck——基底下下一倍倍短邊