土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力

第四章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力4.1土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡理論4.2抗剪強(qiáng)度的測(cè)定方法4.3土的剪切特性4.4地基的臨界荷載和臨塑荷載4.5地基的極限荷載何謂剪力何謂平面應(yīng)力狀態(tài)土的破壞時(shí)哪些形式4.1土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡理論

土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。工程中的地基承載力，擋土墻土壓力、土坡穩(wěn)定等問(wèn)題都與土的抗剪強(qiáng)度直接相關(guān)。建筑物地基在外荷載作用下將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，土具有抵抗這種剪應(yīng)力的能力，并隨剪應(yīng)力的增加而增大，當(dāng)這種剪阻力達(dá)到某一極限值時(shí),土就要發(fā)生剪切破壞,這個(gè)極限值就是土的抗剪強(qiáng)度。如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，在該部分就開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞，隨著荷載的增加，剪切破壞的范圍逐漸擴(kuò)大，最終在土體中形成連續(xù)的滑動(dòng)面，地基發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。一、庫(kù)倫定律

1776年C．A．庫(kù)倫(Coulomb)根據(jù)砂土的試驗(yàn)，將土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)為滑動(dòng)面上法向總應(yīng)力的函數(shù)，即

以后又提出了適合粘性土的更普遍的形式

由庫(kù)倫公式可以看出，無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其本質(zhì)是由于顆粒之間的滑動(dòng)摩擦以及”凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的摩阻力，其大小決定于顆粒表面的粗糙度、密實(shí)度、土顆粒的大小以及顆粒級(jí)配等因素。粘性土的抗剪強(qiáng)度由兩部分組成：一部分是摩擦力，另一部分是土粒之間的粘結(jié)力，它是由于粘性土顆粒之間的膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。長(zhǎng)期的試驗(yàn)研究指出，土的抗剪強(qiáng)度不僅與土的性質(zhì)有關(guān)，還與試驗(yàn)時(shí)的排水條件、剪切速率、應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力歷史等許多因素有關(guān)，其中最重要的是試驗(yàn)時(shí)的排水條件，根據(jù)K．太沙基(Terzaghi)的有效應(yīng)力概念，土體內(nèi)的剪應(yīng)力僅能由土的骨架承擔(dān)，因此，土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)表示為剪切破壞面上法向有效應(yīng)力的函數(shù)，庫(kù)倫公式應(yīng)修改為

二、土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

1910年莫爾(Mohr)提出材料的破壞是剪切破壞，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，并提出在破壞面上的剪應(yīng)力f，是該面上法向應(yīng)力，的函數(shù)，即

土的莫爾包線(xiàn)通?？梢越频赜弥本€(xiàn)代替，如圖3—2虛線(xiàn)所示，該直線(xiàn)方程就是庫(kù)倫公式表示的方程。由庫(kù)倫公式表示莫爾包線(xiàn)的強(qiáng)度理論稱(chēng)為莫爾—庫(kù)倫強(qiáng)度理論。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，該點(diǎn)即處于極限平衡狀態(tài)，根據(jù)莫爾—庫(kù)倫理論，可得到土體中—點(diǎn)的剪切破壞條件，即土的極限平衡條件．

下面僅研究平面問(wèn)題，在土體中取一單元微體[圖3—3(a)]，取微棱柱體abc為隔離體[圖3—3(b)]，將各力分別在水平和垂直方向投影，根據(jù)靜力平衡條件可得：聯(lián)立求解以上方程得mn平面上的應(yīng)力為：

由材料力學(xué)可知，以上與之間的關(guān)系也可以用莫爾應(yīng)力圓表示[圖3—3(c)]，這樣，莫爾圓就可以表示土體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓圓周上各點(diǎn)的座標(biāo)就表示該點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。

表示土體中一點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力和應(yīng)力圓上點(diǎn)的坐標(biāo)值之間的幾種對(duì)應(yīng)關(guān)系：

點(diǎn)面對(duì)應(yīng)——應(yīng)力圓上某一點(diǎn)的坐標(biāo)值對(duì)應(yīng)著土體中某一點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力值

轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)——應(yīng)力圓半徑選擇是，半徑端點(diǎn)的坐標(biāo)值隨之改變，對(duì)應(yīng)地，土體上房項(xiàng)目的法線(xiàn)一沿著相同的方向旋轉(zhuǎn)，才能保證土體中方向面上的應(yīng)力與應(yīng)力圓上半徑端點(diǎn)的坐標(biāo)值相對(duì)應(yīng)。

2倍角對(duì)應(yīng)——應(yīng)力圓上半徑轉(zhuǎn)過(guò)的角度，等于土體中方向面法線(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度的2倍?！纠?】見(jiàn)P109習(xí)題4.2【例2】已知地基中某一點(diǎn)的最大主應(yīng)力為，最小主應(yīng)力，求最大剪應(yīng)力及其作用面方向，并計(jì)算與最大主應(yīng)面成夾角的斜面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力三、土的極限平衡條件為了建立土的極限平衡條件，可將抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)與莫爾應(yīng)力圓畫(huà)在同一張座標(biāo)圖上(圖3—4)。它們之間的關(guān)系有以下三種情況：(1)整個(gè)莫爾圓位于抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)的下方(圓1)，說(shuō)明該點(diǎn)在任何平面上的剪應(yīng)力都小于土所能發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度()，因此不會(huì)發(fā)生剪切破壞,(2)抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)是莫爾圓的一條割線(xiàn)(圓Ⅲ)，說(shuō)明該點(diǎn)某些平面上的剪應(yīng)力已超過(guò)了土的抗剪強(qiáng)度()，實(shí)際上這種情況是不可能存在的；(3)莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)相切(圓Ⅱ)，切點(diǎn)為A，說(shuō)明在A(yíng)點(diǎn)所代表的平面上，剪應(yīng)力正好等于抗剪強(qiáng)度()，該點(diǎn)就處于極限平衡狀態(tài)。圓Ⅱ稱(chēng)為極限應(yīng)力圓。根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)之間的幾何關(guān)系，可建立以下極限平衡條件。設(shè)在土體中取一單元微體，如圖3—5(a)所示，mn為破裂面，它與大主應(yīng)力的作用面成角。該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的莫爾圓如圖3—5(b)所示。將抗剪強(qiáng)度線(xiàn)延長(zhǎng)與σ軸相交于R點(diǎn)，由三角形ARD可知：4.3抗剪強(qiáng)度的測(cè)定方法

抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有多種，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的有直接剪切試驗(yàn)，三軸壓縮試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試的有十字板剪切試驗(yàn)，大型直接剪切試驗(yàn)等。本節(jié)著重介紹幾種常用的試驗(yàn)方法。一、直接剪切試驗(yàn)直接剪切儀分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，試驗(yàn)時(shí)，由杠桿系統(tǒng)通過(guò)加壓活塞和透水石對(duì)試件施加某一垂直壓力σ，然后等速轉(zhuǎn)動(dòng)手輪對(duì)下盒施加水平推力，使試樣在上下盒的水平接觸面上產(chǎn)生剪切變形，直至破壞，剪應(yīng)力的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)的變形值計(jì)算確定。在剪切過(guò)程中，隨著上下盒相對(duì)剪切變形的發(fā)展，土樣中的抗剪強(qiáng)度逐漸發(fā)揮出來(lái)，直到剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土樣剪切破壞，所以土樣的抗剪強(qiáng)度可用剪切破壞時(shí)的剪應(yīng)力來(lái)量度。

對(duì)同一種土至少取4個(gè)試樣，分別在不同垂直壓力下剪切破壞，一般可取垂直壓力為100、200、300、400kPa，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成如圖3—7(b)所示的抗剪強(qiáng)度和垂直壓力σ之間關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于粘性土基本上成直線(xiàn)關(guān)系，該直線(xiàn)與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角，在縱軸上的截距為粘聚力c，直線(xiàn)方程可用庫(kù)倫公式(3—2)表示，對(duì)于無(wú)粘性土，之間關(guān)系則是通過(guò)原點(diǎn)的一條直線(xiàn)。

為了近似模擬土體在現(xiàn)場(chǎng)受剪的排水條件，直接剪切試驗(yàn)可分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種方法。快剪試驗(yàn)是在試樣施加豎向壓力后，立即快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞，固結(jié)快剪是允許試樣在豎向壓力下充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，再快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。慢剪試驗(yàn)則是允許試樣在豎向壓力下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，以緩慢的速率施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。二、三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的—種較為完善的方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、施加周?chē)鷫毫ο到y(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)等組成，如圖3-8所示常規(guī)試驗(yàn)奇方法的主幻玉要步驟如互下：將土瓣切成圓柱盡體套在橡東膠膜內(nèi)，唱放在密封由的壓力室促中，然后懂向壓力室納內(nèi)壓入水抵，使試件買(mǎi)在各向受爛到周?chē)鷫弘H力賄，并使液銜壓在整個(gè)駕試驗(yàn)過(guò)程間中保持不路變，這時(shí)派試件內(nèi)各念向的三個(gè)向主應(yīng)力都班相等，因染此不發(fā)生研剪應(yīng)力[圖3—9游(a)陵]。然后翅再通過(guò)帆傳力桿韻對(duì)試掙件施加豎豎向壓示力，這改樣，豎蝴向主應(yīng)輪力就大蛛于水平茂向主應(yīng)罷力，當(dāng)余水平向意主應(yīng)力苦保持不徑變，而刊豎迫向主應(yīng)近力逐漸是增大時(shí)團(tuán)，試件辦終于受悠剪而破監(jiān)壞[圖3—9在(b)吵]。設(shè)剪切邊破壞時(shí)由澤傳力桿加僑在試件蕩上的豎陶向壓應(yīng)力把為攜，則試件蒜上的大主橋應(yīng)力為羞，而宅小主應(yīng)力范為目，以(似)為直徑搬可畫(huà)出巡壽一個(gè)極擋限應(yīng)力宗圓，如獵圖3—9(洲c)中的圓I，用同一叢種土樣的逢若干個(gè)試戴件(三個(gè)以上)按以上丑所述方稅法分別暈進(jìn)行試朱驗(yàn)，每舌個(gè)試件雙施加不填同的周叉圍壓力面，可俘分別得襲出剪切回破壞時(shí)眼的大主燃應(yīng)力撤，壁將這些儀結(jié)果繪啞成一組孝極限應(yīng)垂力圓，避如圖3—9(遺c)中的圓I、Ⅱ和Ⅲ。由于這礎(chǔ)些試件中都剪切銀至破壞鐘，根據(jù)澇莫爾—庫(kù)倫理皺論，作商一組極件限應(yīng)力釋圓的公里共切線(xiàn)點(diǎn)，代即為土趕的抗剪首強(qiáng)度包拍線(xiàn)(圖3—9c摸)，通常可轉(zhuǎn)近似取為定一條直線(xiàn)該，該直線(xiàn)叔與橫座標(biāo)扇的夾角即丑土的內(nèi)摩帖擦角越，直線(xiàn)與捕縱座標(biāo)的敬截距即為懷土的粘聚扛力c如要量測(cè)棟試驗(yàn)過(guò)程籮中的孔隙愛(ài)水壓力，欲可以打開(kāi)租孔隙水壓蒙力閥，在煉試件上施臂加壓力以秀后，由于插土中孔隙茶水壓力增臘加迫使零愿位指示器謠的水銀面喘下降，為許量測(cè)孔隙沫水壓力，葛可用調(diào)壓賽筒調(diào)整零輸位指示器擇的水銀面址始終保持塵原來(lái)的位臉置，這樣悲，孔隙水按壓力表中根的讀數(shù)就撥是孔隙水犬壓力值。最如要量測(cè)垂試驗(yàn)過(guò)程方中的排水值量，可打險(xiǎn)開(kāi)排水閥從門(mén)，讓試教件中的水鴨排入量水投管中，根迎據(jù)置水管亂中水位的箭變化可算革出在試驗(yàn)務(wù)過(guò)程中試礙樣的排水記量。對(duì)應(yīng)于直患接剪切試社驗(yàn)的快剪叔，固結(jié)快紀(jì)剪和慢剪業(yè)試驗(yàn)，三滅軸壓縮試聽(tīng)驗(yàn)按剪切艇前的固結(jié)風(fēng)程度欺和剪切時(shí)榨的排水條過(guò)件，分為獨(dú)以下三種辛試驗(yàn)方法部：(1)不固結(jié)部不排水劇試驗(yàn)試樣在施叔加周?chē)鷫航懔碗S后廁施加豎向胸壓力直至姜剪切破壞浴的整個(gè)過(guò)桶程中部不例允許排水煩，試巴驗(yàn)自始至青終關(guān)閉排廣水閥門(mén)。(2)固結(jié)不排攀水試驗(yàn)試樣在施巨加周?chē)鷫豪媪r(shí)打開(kāi)令排水閥門(mén)匙，允許排賺水固結(jié)，沖待固結(jié)穩(wěn)衛(wèi)定后關(guān)閉偷排水閥門(mén)激，再瓜施加豎向難壓力，使房誠(chéng)試樣在不蟲(chóng)排水的條答件下剪切運(yùn)破壞。(3)固結(jié)排水凱試驗(yàn)試樣在施罵加周?chē)鷫撼戳r(shí)允許田排水固結(jié)事，待固結(jié)拋穩(wěn)定后，航再在排水鉛條件下施庸加豎向壓蓬力至試燒件剪切破奧壞。三、無(wú)側(cè)匆限抗壓強(qiáng)滑度試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)客結(jié)果，只攪能作一個(gè)披極限應(yīng)支力圓(獄)，因此對(duì)依于一般粘盤(pán)性土就難償以作出破聯(lián)壞包線(xiàn)。迫而對(duì)于飽究和粘性土霉，根據(jù)在乏三軸不固精結(jié)不排水劃試驗(yàn)的結(jié)兩果，其破繭壞包線(xiàn)近粉于一條水械平線(xiàn)即這樣，如屋僅為了測(cè)煩定飽和粘棒性土的不佩排水抗剪煉強(qiáng)度，就炸可以利用掏構(gòu)造比較涉簡(jiǎn)單的無(wú)杜側(cè)限壓力墳儀代替三喊軸儀。此哪時(shí)，取己，則由擾無(wú)側(cè)限抗壘壓強(qiáng)度試慶驗(yàn)所得的戚極限應(yīng)力友圓的水平栽切線(xiàn)就是荒破壞包線(xiàn)無(wú)側(cè)限娘抗壓強(qiáng)扶度試驗(yàn)四、十言字板剪暑切試驗(yàn)室內(nèi)的中抗剪強(qiáng)腳度測(cè)試龜要求取階得原狀晚土樣，莖但由于文試樣在校采取、愧運(yùn)送、精保存和躍制備等撞方不可蔬避免地昌受到擾帶動(dòng)，含吵水量也雁很難保木持，特躲別是對(duì)公于高靈甜敏度的賽軟粘土搖，室內(nèi)努試驗(yàn)結(jié)丈果的精店度就受繁到影響賢。因此辯，發(fā)展追就地測(cè)鋪定土的設(shè)性質(zhì)的胳儀器具款有重要禾意義。隸它不需婚取原狀黨土樣，絕試驗(yàn)時(shí)國(guó)的排水范條件，易受力狀毒態(tài)與土蒜所處的批天然狀族態(tài)比較若接近，樓對(duì)于很凝難取樣幣的土(例如軟粘索土)也可以進(jìn)鋸行測(cè)試。在抗剪劑強(qiáng)度的屢原位測(cè)釀試方法前中。目屆前國(guó)內(nèi)乳廣泛應(yīng)室用的是購(gòu)十字板彩剪切試填驗(yàn)。設(shè)剪切拴破壞時(shí)按所施加追的扭矩閉為M，則它應(yīng)搭該與剪切妨破壞圓柱技面(包括側(cè)悶面和上沾下面)上土的抗泄剪強(qiáng)度所載產(chǎn)生的抵欄抗力矩相陷等，即：十字板綿剪切試僚驗(yàn)實(shí)用上為霉了簡(jiǎn)化計(jì)付算，添目前在常飯規(guī)的十字陜板試驗(yàn)中瓶仍假設(shè)云，將這埋一假設(shè)代商入上式中累，得由于十字馳板在現(xiàn)場(chǎng)琴測(cè)定的土獲的抗剪強(qiáng)淡度，屬于堵不排水剪枕切的試驗(yàn)閑條件，因踐此其結(jié)果盯應(yīng)與無(wú)側(cè)竭限抗壓強(qiáng)牢度試驗(yàn)結(jié)質(zhì)果接近，賺即4.3土的剪切氧特性4.3明.1飽和粘性腔土的抗剪固強(qiáng)度一、不負(fù)固結(jié)不傘排水抗贏(yíng)剪強(qiáng)度如前所蛾述，不射固結(jié)不零排水試輸驗(yàn)是在例施加周凱圍壓力瓦和軸向法壓力直大至剪切兄破壞的奶整個(gè)試糖驗(yàn)過(guò)程紗中部不玻允許排屠水。鄭如拾果有一非組飽和魚(yú)粘性土霧試件，湯都先在檔某一·周?chē)鷫簽┝ο鹿躺缃Y(jié)至穩(wěn)甚定，試原件中的很初始孔秀隙水壓祝力為零掠，然后礦分別在鐮不排水浴條件下銷(xiāo)施加周萄圍壓力墻和軸向星壓力至萍剪切破閱壞，試賞驗(yàn)結(jié)果瀉如圖3—1覆4所示。雖然三赤個(gè)試件每的周?chē)髩毫σ圆煌?，但破孝壞時(shí)的薯主應(yīng)力特差相等贏(yíng)，在圖視上表現(xiàn)銹出三個(gè)且總應(yīng)力罵圓直徑煩相同，鴿因而破巷壞包線(xiàn)飯是一條三水平線(xiàn)賄，即三個(gè)試嘩件只能儀得到同鑒一個(gè)有些效應(yīng)力紐奉圓，并砍且有效塘應(yīng)力圓研的直徑亂與三個(gè)毀總應(yīng)力艦圓直徑歇相等，塵即這是由跟于在不害排水條柳件下，債試樣在僵試驗(yàn)過(guò)幅程中含敲水量不警變，體簡(jiǎn)積不變壘，飽和婆粘性土我的孔隙爸壓力系堆數(shù)B=1，改變林周?chē)鷫壕狭υ隽刻酥荒芤龔椘鹂紫度鏊畨毫τ[的變化,并不會(huì)改立變?cè)嚇又锌嫉挠行?yīng)像力，各試洲件在剪切課前的有效轎應(yīng)力相等徑，因此抗食剪強(qiáng)度不偏變。這種試驅(qū)驗(yàn)一般滅只用于棗測(cè)定飽丙和土的欲不排水宏強(qiáng)度。二、固筑結(jié)不排闊水抗剪納強(qiáng)度飽和粘金性土的指固結(jié)不伍排水抗域剪強(qiáng)度剛在一定昆程度上穩(wěn)受應(yīng)力半歷史的滔影響，捐因此，尿在研究驗(yàn)粘性土償?shù)墓探Y(jié)嘩不排水港強(qiáng)度時(shí)錘，閘要區(qū)別牙試樣是享正常固秋結(jié)還是曠超固結(jié).我們將祝上一章恥提到的忙正常固軟結(jié)土層等和超固惡結(jié)土層煙的概念糠應(yīng)用到礦三軸固漲結(jié)不排丙水試驗(yàn)劃中，如懂果試樣觀(guān)所受到跪的周?chē)鷮探Y(jié)壓奴力大于它桿曾受到潤(rùn)的最大鄰固結(jié)壓煎力烘，屬于常正常固摔結(jié)試樣況，如果慶則屬于央超固結(jié)涂試樣。孤試驗(yàn)結(jié)尺果證明顛，這兩諒種不同斜固結(jié)狀丹態(tài)的試搖樣，其好抗剪強(qiáng)葛度性狀偶是不同尼的。飽和粘性姿土固結(jié)不窗排水試驗(yàn)吉時(shí)，如圖3—1競(jìng)5所示，對(duì)燈正常固結(jié)敬試樣剪切故時(shí)體積有響減少的趨佩勢(shì)(剪縮)，但幟由于不允海許排水，習(xí)故產(chǎn)生正算的孔隙水殲壓力，由輝試驗(yàn)得出待孔隙壓力毛系數(shù)都大皆于零，而爬超固結(jié)試悔樣在剪切錦時(shí)體積有裙增加的趨慨勢(shì)(剪脹)，強(qiáng)超固文試樣在剪帳切過(guò)程中揪，開(kāi)始產(chǎn)智生正的孔都隙水壓力尚，以后今轉(zhuǎn)為負(fù)痰值。圖3—16表示正曉常固結(jié)搖飽和粘澡性土固蒼結(jié)不排沿水試驗(yàn)敗結(jié)果，器因?yàn)檎凉?jì)常固結(jié)未試樣在阿剪切破設(shè)壞時(shí)產(chǎn)伏生正的狀孔隙水針壓力，塔故鄙有效應(yīng)奪力圓紫在總應(yīng)矮力圓的登左方．超固結(jié)約土的固史結(jié)不排象水總應(yīng)顧力破壞索包線(xiàn)如豪圖3—1盛7(a荷)所示，固答結(jié)不排水陷剪的總應(yīng)賭力破壞包岸線(xiàn)可表達(dá)保為：如以有效搬應(yīng)力表示押，有效應(yīng)風(fēng)力圓和有鈔效應(yīng)力破匙壞包線(xiàn)如欺圖中虛線(xiàn)芽所示，由幼于超固結(jié)鈔土在剪切養(yǎng)破壞時(shí)，燥產(chǎn)生負(fù)的掠孔隙水壓民力，有效熄應(yīng)力圓在單總應(yīng)力圓鍵的右方(圖中圓A)，翼正常固之結(jié)試樣衰產(chǎn)生正冷的孔隙致水壓力位，故有曠效應(yīng)力纖圓在總削應(yīng)力圓稱(chēng)的左方(圖中圓B)有效應(yīng)獵力強(qiáng)度盡包線(xiàn)可悉表達(dá)為車(chē)：三、固劇結(jié)排水絲式抗剪強(qiáng)竟度固結(jié)排獵水試驗(yàn)乓在整個(gè)慣試驗(yàn)過(guò)白程中，五孔隙水妨壓力始旗終為零汁，總應(yīng)板力最后遲全部轉(zhuǎn)天化為有奪效應(yīng)力蛋，所以軍總應(yīng)力毯圓就是獲有效應(yīng)膽力圓，走總應(yīng)力綁破壞包巴線(xiàn)就是業(yè)有效應(yīng)繁力破壞球包線(xiàn)。公圖3—18為固結(jié)梢排水試躺驗(yàn)的應(yīng)梁力—應(yīng)變關(guān)拘系和體雙積變化根，在剪胳切過(guò)程梯中，正鏟常固結(jié)瘋粘土發(fā)媽生剪縮浪，惑而超固亭結(jié)土則釘是先壓悲縮，繼樹(shù)而主要毒呈現(xiàn)剪幻玉脹的特那性。圖3-1污9為固結(jié)排悶水試驗(yàn)結(jié)怒果,正常固結(jié)跑土的破壞障包線(xiàn)通過(guò)麻原點(diǎn),如圖3—19華(a)所示。圖3—20表示同一起種粘性土所分別在三坡種不同排準(zhǔn)水條例：鼻下的試驗(yàn)腐結(jié)果，由肌圖可見(jiàn)，摘如果以總怎應(yīng)力表示孫，將得出剃完全不同嫩的試驗(yàn)結(jié)斬果，而以杠有效應(yīng)力濱表示，則形不論采用糧那種試驗(yàn)榆方法，都文得到近乎炎同一條有紡效應(yīng)力破朵壞包線(xiàn)(如圖中泄虛線(xiàn)所刻示)，由此膚可見(jiàn)，教抗剪強(qiáng)祥度與有阿效應(yīng)力宿有唯一·的對(duì)應(yīng)關(guān)位系。四、抗剪異強(qiáng)度指標(biāo)蔥的選擇如前所述籃，粘性上宵的強(qiáng)度性鑰狀是很復(fù)釋雜的，它著不僅隨剪評(píng)切條件不宿同而異，找而且還受樓許多因素(例如：土瓜的各向異尼性、應(yīng)力朽歷史、蠕玩變等)的影響正。此外嫩對(duì)于同篩一種土屆，強(qiáng)度島指標(biāo)與跪試驗(yàn)方煉法以及鍛試驗(yàn)條俯件都有抽關(guān)。4.3.啦2無(wú)粘性鎮(zhèn)土的抗談剪強(qiáng)度圖3—25表示不同占初始孔隙遵比的同一嫂種砂土在銀相同周?chē)硥毫?，，鐮下受剪時(shí)仇的應(yīng)力·應(yīng)變關(guān)限系和徑體積變慚化。由纖圖可見(jiàn)籌，密實(shí)淘的緊砂伸初始孔稿隙比較臣小，其行應(yīng)力·應(yīng)變關(guān)系夜有明顯的鴉峰值，超普過(guò)峰值后旱，隨應(yīng)變沒(méi)的增加應(yīng)派力逐步降助低，呈應(yīng)溉變軟化型斯，其體積汽變化是開(kāi)舟始稍有減車(chē)小，繼而躲增加(剪脹)，這是跳由于較烈密實(shí)的儉砂土顆癥粒之間租排列比糕較緊密吼，剪切餅時(shí)砂粒妨之間產(chǎn)經(jīng)生相對(duì)怖滾動(dòng)，升土顆粒唯之間的翁位置重互新排列豈的結(jié)果基。松砂簡(jiǎn)的強(qiáng)度廟隨軸向賠應(yīng)變的蹄增加而奏增大，饒應(yīng)力應(yīng)賴(lài)變關(guān)系熟呈應(yīng)變勒硬化型但，對(duì)同蓬一種土走，緊砂詢(xún)和松砂栗的強(qiáng)度棵最終趨積向同一咽值，葵松砂疊受剪其套體積減獨(dú)少(剪縮)，在高堅(jiān)周?chē)鷫何涣ο拢x不論砂帳土的松霜緊如何寇，受剪貞時(shí)都將膠剪縮。由不同初湯始孔隙比脾的試樣在盆同一壓力評(píng)下進(jìn)行剪黨切試驗(yàn)，或可以得出禿初始孔隙君比與體積蹄變化之間尋的關(guān)系，無(wú)如圖3·2邪6所示，相景應(yīng)于體積僚變化為零餓的初始孔松隙比稱(chēng)為輸臨界孔隙剪比，在三俱軸試驗(yàn)中仙，臨界孔睜隙比是與挪側(cè)壓力有匠關(guān)的。如果飽木和砂土順的初始劃孔隙比屬大于臨析界孔隙鈴比，在駐剪應(yīng)力塌作用下攏由于剪倉(cāng)縮必然蛇使孔底隙水壓爭(zhēng)力增高暗，而有視效應(yīng)力拿降低，象致使砂籌土的抗勵(lì)剪羯度刺降低．朵當(dāng)飽和碰松砂受納到動(dòng)荷糊載作用(例如地位震)，由于孔踢隙水來(lái)不亦及排出，捉孔隙水壓莖力不斷增莫加，就有凈可能使有揚(yáng)效應(yīng)力降互低到零，紗因而使砂菜土象流體授那樣安全伶失去抗剪脹強(qiáng)度，這我種現(xiàn)象稱(chēng)化為砂土的從液化，因檔此，臨界鵲孔隙比對(duì)次研究砂土申的液化也槳具有重要儉意義。無(wú)粘性土怠的抗剪強(qiáng)稻度決定于柳有效法向傻應(yīng)力和內(nèi)臨摩擦角。濟(jì)密實(shí)砂土偏的內(nèi)摩擦環(huán)角與初始擔(dān)孔隙比傳、土粒表舊面的粗糙罵度以及顆離粒級(jí)配等漲因素有關(guān)惰。初始孔尿隙比小、罪土粒表面子粗糙，級(jí)均配良好的真砂土，其雕內(nèi)摩攘角月較大。載荷試來(lái)驗(yàn)試驗(yàn)裝置試驗(yàn)步驟周：1.在建筑濃施工現(xiàn)寧場(chǎng)，選娘擇有代蘭表性的諒部位進(jìn)足行試驗(yàn)2.開(kāi)挖試坑儲(chǔ)，深度為敏基礎(chǔ)埋深d，試坑寬肆度B≥2b，b為載荷舊試驗(yàn)壓遇板的寬嘉度或直血徑，承辦壓板面遍積不小俊于0.25，對(duì)于淚軟土不露應(yīng)小于0.5。應(yīng)注意伏保持土走的天然找濕度和段原狀結(jié)酒構(gòu)，宜溜在擬壓紫區(qū)表面贊用不超孕過(guò)20m探m厚的粗、練中沙找平3.選擇試狡驗(yàn)裝置彩，4.加荷標(biāo)轉(zhuǎn)準(zhǔn)①第一扁級(jí)荷載箏加點(diǎn)，相當(dāng)足于開(kāi)挖敬卸除的饞土的自未重應(yīng)力引。②第二孔級(jí)荷載齡以后，張每級(jí)荷眠載：松茂軟土為10~公25K棍Pa，堅(jiān)實(shí)土付為50K飲Pa。③加荷趟等級(jí)不牲應(yīng)小于8級(jí)，最應(yīng)大夾在糕兩不應(yīng)殼小于地鐘基承載哲力設(shè)計(jì)咸值的2倍，即5.測(cè)記壓板民沉降量。每級(jí)加溫載以后餅，按間萄隔10、10、10、15、15、30、30、30、30m洞in一次測(cè)記藝讀數(shù)。6.沉降穩(wěn)定磁標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)連續(xù)將兩次測(cè)悼記壓板池沉降量7.停止加荷瀉標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)出現(xiàn)貞下列情求況之一非時(shí)，可邪終止加墨載。①沉降s急劇增懼大，p-s曲線(xiàn)上訪(fǎng)有可言?huà)伵卸O城限承載走力的陡妻降段，計(jì)且沉降拍量超過(guò)0.0圾4d，d為承壓板樣直徑②在某一寶級(jí)荷載下澤，24h內(nèi)的沉代降速率桿不能達(dá)雄到穩(wěn)定③本級(jí)混沉降量哄大于前籃一級(jí)的5倍④當(dāng)持乳力層十燥分堅(jiān)硬鉛，沉降楚量小時(shí)蔽，滿(mǎn)足8.繪制p-s曲線(xiàn)4.4地基的往臨界荷理載和臨低塑荷載一、地基技承載力概似念建筑物糾荷載通同過(guò)基礎(chǔ)餓作用于焦地基，堵對(duì)地基廊提出兩溝個(gè)方面罷的要求1.變形要求建筑物住基礎(chǔ)在植荷載作藥用下產(chǎn)掘生最大然沉降量此或沉降抬差，應(yīng)便該在該誓建筑物呀所允許嬌的范圍禽內(nèi)2.穩(wěn)定要求建筑物晨的基底仔壓力，渠應(yīng)該在刊地基所會(huì)允許的勢(shì)承載能厚力之內(nèi)地基承膏載力：地基所能掙承受荷載淺的能力二、地基鈔變形的三霸個(gè)階段0sppcrpuabcp＜pcrpcr＜p＜pup≥pua.線(xiàn)性變拔形階段塑性變形稍區(qū)連續(xù)滑肉動(dòng)面oa段，荷妻載小，琴主要產(chǎn)蘇生壓縮疊變形，趁荷載與窗沉降關(guān)朗系接近框于直線(xiàn)急，土中τ＜τf,地基處于依彈性平衡朽狀態(tài)b.彈塑性六變形階信段ab段，荷載致增加，荷嘩載與沉降水關(guān)系呈曲爛線(xiàn)，地基拔中局部產(chǎn)欣生剪切破祥壞，出現(xiàn)起塑性變形擁區(qū)c.破壞階網(wǎng)段bc段，塑性趁區(qū)擴(kuò)大，威發(fā)展成連逆續(xù)滑動(dòng)面涌，荷載增剖加，沉降涌急劇變化三、地挽基的破搶壞形式地基開(kāi)刮始出現(xiàn)侄剪切破葛壞（即融彈性變直形階段喂轉(zhuǎn)變?yōu)槊鼜椝苄月冃坞A遙段）時(shí)箭，地基只所承受順的基地平壓力稱(chēng)農(nóng)為臨塑荷載pcr地基瀕臨杜破壞（即繼彈塑性變妥形階段轉(zhuǎn)顯變?yōu)槠茐难码A段）時(shí)姓，地基所挖承受的基惑地壓力稱(chēng)廊為極限荷梯載pu1.整體剪藥切破壞a.p駁-s曲線(xiàn)上有才兩個(gè)明顯棍的轉(zhuǎn)折點(diǎn)累，可區(qū)分御地基變形醉的三個(gè)階衰段b.地基內(nèi)余產(chǎn)生塑積性變形姐區(qū)，隨摧著荷載認(rèn)增加塑而性變形惕區(qū)發(fā)展到成連續(xù)盒的滑動(dòng)浙面c.荷載達(dá)到和極限荷載寇后，基礎(chǔ)棵急劇下沉同，并可能豆向一側(cè)傾凱斜，基礎(chǔ)貧兩側(cè)地面罷明顯隆起2.局部剪切監(jiān)破壞a.詳p-s曲線(xiàn)轉(zhuǎn)折屋點(diǎn)不明顯膚，沒(méi)有明覺(jué)顯的直線(xiàn)撇段b.塑性變負(fù)形區(qū)不控延伸到地面晃，限制較在地基漂內(nèi)部某溪一區(qū)域餃內(nèi)c.荷載達(dá)到鏈極限荷載拒后，基礎(chǔ)摸兩側(cè)地面地微微隆起3.沖剪破足壞b.地基不出碼現(xiàn)明顯連仍續(xù)滑動(dòng)面c.荷載達(dá)到膝極限荷載議后，基礎(chǔ)竄兩側(cè)地面綁不隆起，叛而是下陷a.p殼-s曲線(xiàn)沒(méi)有胃明顯的轉(zhuǎn)漠折點(diǎn)三、地基處的臨塑荷奧載1．定義臨塑荷砌載是指塵基礎(chǔ)邊孩緣地基翁中剛要砍出現(xiàn)塑毅性區(qū)時(shí)孝基底單失位面積卷上所承蹤蝶擔(dān)的荷融載，它跑相當(dāng)于口地基土泊中應(yīng)力購(gòu)狀態(tài)從竄壓縮階訴段過(guò)渡驕到剪切蹈階段時(shí)壩的界限既荷載。努即荷載試驗(yàn)利第一階段膨與第二階乓段只分界霸點(diǎn)a點(diǎn)對(duì)應(yīng)者的荷載2.臨塑荷載勿的計(jì)算公疫式地基的連臨塑荷評(píng)載齡按照沈下式計(jì)輸算：(4.加1)式中——為承載力載系數(shù)，均柱為?的函數(shù)慢，見(jiàn)表5-2：從式（4.1）可看舍出，臨胞塑荷載疾由餓兩部分凱組成，如第一部風(fēng)分為地浙基土粘榴聚力c的作用宏，第二致部分為富基礎(chǔ)埋網(wǎng)深d的影響濾。隨?，c，d的增大而倡增大(4.裹2)表4-1地基臨略塑荷載布和臨界橫荷載的盒承載力無(wú)系數(shù)六數(shù)值【例】見(jiàn)課本P103四、地距基的臨破界荷載1.定義臨界荷載召是指允許匪地基產(chǎn)生范一定范圍銳塑性區(qū)所色對(duì)應(yīng)的荷幸載。工程實(shí)迷踐表明滾，即使雷地基發(fā)燥生局部棒剪切破旁壞，地勢(shì)基中塑懸性區(qū)有獸所發(fā)展克，只要呈塑性區(qū)狠范圍不蛾超出某注一限度斥，就不牌致影響傻建筑物針的安全摔和正常逼使用，虧因此用都允許地方基產(chǎn)生科塑性區(qū)個(gè)的臨塑炕荷載作為地佳基承載秘力的話(huà)藝，往往慮不能充墾分發(fā)揮孝地基的桃承載能艇力，取姑值偏于昆保守。根據(jù)工程筒經(jīng)驗(yàn)，在生中心荷載憤作用下，門(mén)控制塑性禾區(qū)最大開(kāi)險(xiǎn)展深度=b/竟4，在偏興心荷載敵下控制=b/鞠3，對(duì)一般海建筑物是陰允許的。分別是允略許地基產(chǎn)壤生=b/三4和b/3范圍塑性?xún)|區(qū)所對(duì)應(yīng)階的兩個(gè)臨銳界荷載。帆此時(shí)，地塔基變形會(huì)捐有所增加士，須驗(yàn)算因地基的變絮形值不超明過(guò)允許值沖。2.臨界荷載午的計(jì)算公紙式(4.般3)(4.4抹)式中——為承載力嶄系數(shù)，均袋為?的函數(shù)(4.己5)從以上公謹(jǐn)式看出，屬兩個(gè)臨界但荷載由三恭部分組成撿，第一、株二部分反創(chuàng)映了地基燭土粘聚力肺和基礎(chǔ)埋健深對(duì)承載元力的影響酒，這兩部像分組成了何臨塑荷載歲；第三部傳分為基礎(chǔ)寬度和地注基土重度禮的影響，冰即受塑性蹦區(qū)發(fā)展深倚度的影響愿。它們都再隨內(nèi)摩擦斜角?的增大模而增大猶。各承病載力系稱(chēng)數(shù)諒、與土內(nèi)細(xì)摩擦角?關(guān)系見(jiàn)表4-1?！纠磕迟e館之設(shè)計(jì)采續(xù)用框架娃結(jié)構(gòu)獨(dú)據(jù)立基礎(chǔ)貧，基礎(chǔ)薪底面尺價(jià)寸為bxl=霧3mx2鴨m,承受偏落心荷載警，基礎(chǔ)含埋深為1m，地基分3層，表絹層為素舊填土，計(jì)算賓館參的臨界荷醫(yī)載4.5地基的極怕限荷載地基的淹極限荷沃載概念1.定義地基極同限承載暫力指地岡基剪切刺破壞發(fā)仙展即將在失穩(wěn)時(shí)賺所能承兵受的極必限荷載婦，亦稱(chēng)薦地基極貓限荷載懲。它相劈燕當(dāng)于地囑基土中付應(yīng)力狀籌態(tài)從剪痕切階段紐奉過(guò)渡到鉤隆起階蜜段時(shí)的淚界限荷廉載。即膊在P-S曲線(xiàn)b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)策的荷載熱，稱(chēng)為湯地基的極棄限荷載。2.常見(jiàn)的極浮限荷載計(jì)芽算公式①普朗特嘆公式②太沙基棕公式，它閃適用于條醒形基礎(chǔ)、錄方形基礎(chǔ)和圓形愉基礎(chǔ)情石況；③斯凱角普頓公隱式，它院適用于輛飽和軟益土地基茶，內(nèi)摩燦擦角?＝0的淺基右礎(chǔ)計(jì)算仰；④漢森弄公式，鄙它適用蘋(píng)于傾斜館荷載的占地基受仰力情況盡。圖4-1地基極限虹荷載分析一、普餡朗特公姻式假設(shè)：1地基土相為無(wú)介屠質(zhì)量2、條形基沸礎(chǔ)3、基底光繭滑無(wú)摩擦二、棟太沙基猜公式1.適用范圍太沙基歷是常用糞的極限削荷載計(jì)講算公式王，適用猛于基礎(chǔ)乓底面粗殼糙的條歡形基礎(chǔ)賺，并推肆廣至方泳形基礎(chǔ)冬和圓形誓基礎(chǔ)。2.理論假尋定a.條形基礎(chǔ)澤，均不荷帆載作用b.地基發(fā)趨生滑動(dòng)浮時(shí)，滑格動(dòng)面的脹形狀：差兩端為乒直線(xiàn)，饑中間為醉曲線(xiàn)，尚左右對(duì)灶稱(chēng)，如炭圖4-2所示c.滑動(dòng)土體傳分為三個(gè)四區(qū)I區(qū)——楔形彈嗽性壓密牽區(qū)。在神基礎(chǔ)底代面下的畏土楔體ABC，由于情假定基奔底是粗席糙的，墓具有很抖大的摩代擦力，宜因此AB面不會(huì)她發(fā)生剪閣切位移夢(mèng)，I區(qū)內(nèi)土體君處于彈性暫壓密狀態(tài)男，它與基租礎(chǔ)底面一哭起移動(dòng)。虹太沙基假?gòu)d定滑動(dòng)面AC（或BC）與水膛平面間稍的角度代是土的洞內(nèi)摩擦灰角?。Ⅱ區(qū)——過(guò)渡區(qū)瘋。假定映滑動(dòng)面筆一組是肌通過(guò)A，B點(diǎn)的輻眾射線(xiàn)，們另一組懂是對(duì)數(shù)舒螺旋曲過(guò)線(xiàn)CD，CE。太沙漆基忽略畢了土的暮重度對(duì)棋滑動(dòng)面沫形狀的王影響。史由于滑丈動(dòng)面AC與CD間的夾描角應(yīng)該甜等于(90值°+討?)，所以對(duì)毅數(shù)螺旋曲蹤蝶線(xiàn)在C點(diǎn)的切吹線(xiàn)是豎惡直的。Ⅲ區(qū)——朗金被餃動(dòng)狀態(tài)愚區(qū)?；輨?dòng)面AD及DF與水平面血成(45跡°?偏?/診2)角。圖4-2太沙基公錘式滑動(dòng)面艙形式3.計(jì)算公苦式(4.閱6)此式即為福太沙基的纏極限承載屢力公式。細(xì)式中，為承載力菠系數(shù)，它校們都是無(wú)洪量綱系數(shù)還，與土的行內(nèi)摩擦角?有關(guān)，階可以通靠過(guò)查表4-2得表4-2太沙基蹲極限荷踐載計(jì)算毫承載力悠系數(shù)圓形基礎(chǔ)牛：（注：部迎分資料爬前眼的系數(shù)取粥的是0.3）(4.赴7)方形基掏礎(chǔ)：(4.王8)4.地基承載石力計(jì)算應(yīng)用太沙紛基公式進(jìn)指行基礎(chǔ)設(shè)篇計(jì)時(shí)，地索基承載力永為：K—地基承瞇載力安瘡全系數(shù)軍，此時(shí)K≧3(4.9四)三、斯貨凱普頓層（Ske件mpt滔on）計(jì)算虎公式1.適用條爹件a.對(duì)于飽和飾軟土地基闖，內(nèi)摩擦洲角?=旦0b.一般淺齡基礎(chǔ)的喜埋深d≤2朱.5b（b為基礎(chǔ)寬牌