土力學(xué)課件土的抗剪強度與地基承載力文庫

土的抗剪強度與地基承載力歡迎來到土力學(xué)課程的重要章節(jié)。我們將深入探討土的抗剪強度和地基承載力這兩個關(guān)鍵概念，它們對工程設(shè)計和施工至關(guān)重要。課程目標(biāo)理解基本概念掌握土的抗剪強度和地基承載力的定義及其重要性。學(xué)習(xí)測試方法了解各種土的抗剪強度測試方法及其適用條件。掌握計算技能學(xué)會計算地基承載力和評估土壤沉降問題。應(yīng)用實踐通過實例學(xué)習(xí)如何在工程實踐中應(yīng)用這些知識。土的抗剪強度定義概念解釋土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的能力。它是土力學(xué)中的核心概念，直接影響地基穩(wěn)定性。重要性準(zhǔn)確評估土的抗剪強度對于設(shè)計安全、經(jīng)濟的地基結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。它決定了土體的承載能力和穩(wěn)定性。土的抗剪強度影響因素土壤類型粘性土和砂性土的抗剪強度特性差異顯著。含水量含水量的變化會顯著影響土的抗剪強度。壓力狀態(tài)有效應(yīng)力的大小直接影響土的抗剪強度。密實度土體的密實程度對其抗剪強度有重要影響。土的抗剪強度測試方法直接剪切試驗通過施加垂直力和水平剪力，直接測量土樣的剪切強度。適用于快速排水條件。三軸壓縮試驗?zāi)M土體在三維應(yīng)力狀態(tài)下的受力情況，可進行不同排水條件的測試。單軸壓縮試驗主要用于測定飽和粘性土的不排水抗剪強度，操作簡單快速。土的抗剪強度參數(shù)1粘聚力c表示土顆粒間的粘結(jié)力，單位為kPa。2內(nèi)摩擦角φ反映土顆粒間的摩擦特性，單位為度。3不排水強度su表示飽和粘性土在不排水條件下的抗剪強度。莫爾-庫倫破壞準(zhǔn)則1剪應(yīng)力τ2正應(yīng)力σ3粘聚力c4內(nèi)摩擦角φ5τ=c+σtanφ莫爾-庫倫破壞準(zhǔn)則是描述土體抗剪強度的基本理論，廣泛應(yīng)用于地基承載力計算。有效應(yīng)力原理定義有效應(yīng)力是控制土體強度和變形的主要因素，等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力。公式σ'=σ-u，其中σ'為有效應(yīng)力，σ為總應(yīng)力，u為孔隙水壓力。非排水剪切強度定義飽和粘性土在短期荷載作用下，不發(fā)生排水的剪切強度。特點與總應(yīng)力有關(guān)，與有效應(yīng)力無關(guān)。應(yīng)用常用于評估粘性土地基的短期穩(wěn)定性。測定方法主要通過三軸UU試驗或十字板剪切試驗測定。排水剪切強度長期穩(wěn)定性反映土體在長期荷載作用下的抗剪強度。有效應(yīng)力控制與土體的有效應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)。測定方法通過三軸CD試驗或直接剪切試驗測定。工程應(yīng)用用于評估土坡長期穩(wěn)定性和地基長期承載力。土的極限剪切強度1峰值強度土體達(dá)到最大剪應(yīng)力時的強度。2殘余強度土體大變形后的穩(wěn)定剪切強度。3臨界狀態(tài)強度土體剪切過程中體積不再變化時的強度。理解不同強度狀態(tài)對評估土體穩(wěn)定性和工程設(shè)計至關(guān)重要。粘聚力和內(nèi)摩擦角粘聚力c表示土顆粒間的粘結(jié)力，單位為kPa。粘性土的粘聚力較大，砂性土幾乎沒有粘聚力。內(nèi)摩擦角φ反映土顆粒間的摩擦特性，單位為度。砂性土的內(nèi)摩擦角較大，粘性土較小。地基基底承載力理論平衡理論基于土體塑性平衡狀態(tài)分析地基承載力。極限平衡法假設(shè)土體達(dá)到極限狀態(tài)時計算承載力。滑動楔形理論考慮基礎(chǔ)下滑動面形狀計算承載力。地基基底承載力計算1確定土層參數(shù)通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗確定土的強度參數(shù)。2選擇計算方法根據(jù)工程特點選擇適當(dāng)?shù)某休d力計算方法。3考慮影響因素考慮基礎(chǔ)形狀、埋深等因素的影響。4計算承載力應(yīng)用承載力公式計算地基極限承載力。地基基底承載力公式特恩扎吉公式qu=cNc+qNq+0.5γBNγ參數(shù)說明c為粘聚力，q為基底上覆土重力，γ為土的重度，B為基礎(chǔ)寬度，Nc、Nq、Nγ為承載力系數(shù)。應(yīng)用范圍適用于條形基礎(chǔ)，需要根據(jù)實際情況進行修正。影響地基承載力的因素土體性質(zhì)土的強度參數(shù)直接影響承載力?；A(chǔ)特征基礎(chǔ)的形狀、尺寸和埋深影響承載力。地下水位地下水位高低影響有效應(yīng)力，進而影響承載力。荷載特性荷載的類型和分布方式影響承載力計算?；A(chǔ)形狀因子定義基礎(chǔ)形狀因子用于修正不同形狀基礎(chǔ)的承載力計算結(jié)果，考慮了基礎(chǔ)平面形狀對承載力的影響。分類主要包括矩形基礎(chǔ)形狀因子sc、sq、sγ，圓形基礎(chǔ)形狀因子等。形狀因子的取值與基礎(chǔ)的長寬比有關(guān)。基礎(chǔ)埋深因子概念基礎(chǔ)埋深因子反映了基礎(chǔ)埋深對承載力的影響。計算通常用dc、dq、dγ表示，與基礎(chǔ)埋深和寬度比有關(guān)。影響埋深越大，承載力通常越高，但增加幅度會逐漸減小。應(yīng)用在承載力計算中乘以相應(yīng)的承載力項進行修正。地基壓縮沉降即時沉降荷載作用后土體立即發(fā)生的彈性變形。固結(jié)沉降粘性土在荷載作用下長期排水壓縮造成的沉降。二次固結(jié)土體骨架緩慢調(diào)整引起的長期微小沉降。總沉降以上三種沉降的綜合效果。壓縮系數(shù)概念定義壓縮系數(shù)是描述土體在壓力作用下體積壓縮程度的參數(shù)，反映了土的可壓縮性。影響因素土的類型、結(jié)構(gòu)、含水量、壓力水平等都會影響壓縮系數(shù)的大小。粘性土的壓縮系數(shù)通常大于砂性土。壓縮系數(shù)計算壓縮試驗通過固結(jié)儀進行壓縮試驗，測量不同壓力下的壓縮量。e-p曲線繪制孔隙比e與壓力p的關(guān)系曲線，曲線斜率即為壓縮系數(shù)。計算公式a=Δe/Δp，其中a為壓縮系數(shù)，Δe為孔隙比變化量，Δp為壓力增量。土的不均勻沉降地層不均勻地層厚度和性質(zhì)的變化導(dǎo)致沉降差異。荷載不均勻結(jié)構(gòu)荷載分布不均導(dǎo)致沉降不一致。基礎(chǔ)形式不同類型和尺寸的基礎(chǔ)引起沉降差異。時間效應(yīng)固結(jié)速度差異造成不同位置沉降不同步。不均勻沉降控制1地基處理通過加固、置換等方法改善地基條件。2基礎(chǔ)優(yōu)化選擇合適的基礎(chǔ)類型和尺寸，均衡荷載分布。3結(jié)構(gòu)措施增加結(jié)構(gòu)剛度，設(shè)置沉降縫等減少不均勻沉降影響。4監(jiān)測控制實時監(jiān)測沉降情況，及時采取調(diào)整措施。地基基底承載力極限狀態(tài)1總體剪切破壞2局部剪切破壞3穿孔破壞了解不同破壞模式對于正確評估地基承載力至關(guān)重要?？傮w剪切破壞最為常見，但在某些特殊情況下可能發(fā)生局部剪切或穿孔破壞。地基基底承載力驗算1確定設(shè)計參數(shù)收集土層參數(shù)、基礎(chǔ)尺寸、荷載信息等。2計算極限承載力應(yīng)用承載力公式計算地基極限承載力。3確定安全系數(shù)根據(jù)工程重要性和設(shè)計規(guī)范選擇合適的安全系數(shù)。4比較驗算將計算得到的允許承載力與實際荷載進行比較。地基基底承載力計算實例問題描述某條形基礎(chǔ)，寬度B=2m，埋深D=1.5m。土的粘聚力c=15kPa，內(nèi)摩擦角φ=28°，重度γ=18kN/m3。計算極限承載力。計算步驟1.查表得到Nc=25.8，Nq=14.7，Nγ=16.72.應(yīng)用公式：qu=cNc+qNq+0.5γBNγ3.代入數(shù)值計算得到qu值地基基底承載力驗算實例已知條件某矩形基礎(chǔ)，尺寸為3m×4m，埋深2m。計算得到的極限承載力qu=800kPa。安全系數(shù)取3。驗算步驟1.計算允許承載力：[fa]=qu/3=800/3≈267kPa2.計算實際荷載：假設(shè)總荷載為6000kN3.計算實際應(yīng)力：fa=6000/(3×4)=500kPa結(jié)論fa>[fa]，地基承載力不滿足要求，需要采取措施如增大基礎(chǔ)尺寸或進行地基處理。總結(jié)關(guān)鍵概念掌握了土的抗剪強度和地基承載力的基本理論。計算方法學(xué)習(xí)了地基承載力的計算和驗算方法。影響因素理解了影響土抗剪強度和地基承載力的各種因素。實際應(yīng)用通過實例學(xué)習(xí)了如何在工程實踐中應(yīng)用這些知識。思考題1理論應(yīng)用如何在實際工程中選擇合適的土抗剪強度測試方法？2計算能力給定土體參數(shù)，如何計算地基的極限承載力？3工程實踐在遇到不均勻