第4 土的抗剪强度与地基承载力

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1、第四章土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度1.库仑定律2.土的极限平衡条件剪切试验方法(直剪，三轴，无侧限，十字板）不同排水条件下剪切试验成果*主要内容工程中的强度问题概述土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力§4.1土的抗剪强度与极限平衡条件一、库仑定律剪切试验播放1776年，库仑根据砂土剪切试验f=tan砂土后来，根据粘性土剪切试验f=c+tan粘土c库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力的线性函数c:土的粘聚力:土的内摩擦角ff二、土体抗剪强度影响因素摩擦力的两个来源1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦2

2、.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成抗剪强度影响因素摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构三、土中一点的应力状态土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应力和法向应力）331131dldlcosdlsin楔体静力平衡31dldlcosdlsin斜面上的应力莫尔应力圆方程O131/2(1+3)2A(,)圆心坐标[1/2(1+3)，0]应力圆半径r＝1/

3、2(1－3)土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述四、土的极限平衡条件应力圆与强度线相离：强度线应力圆与强度线相切：应力圆与强度线相割：极限应力圆τ<τf弹性平衡状态τ=τf极限平衡状态τ>τf破坏状态莫尔－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土的破坏准则(目前判别土体所处状态的最常用准则)强度线莫尔－库仑破坏准则31cf2fAcctg1/2(1+3)无粘性土：c=0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)说明：剪破面并不产生于最大剪应力

4、面，而与最大剪应力面成/2的夹角，可知，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax所控制max五、例题分析【例】地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa，小主应力为200kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=15kPa，=20o。试问①该单元土体处于何种状态？②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？【解答】已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa，=20o1.计算法计算结果表明：1f大于该单元土体实际大主应力1，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计算结果表明：3f小

5、于该单元土体实际小主应力3，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在剪切面上库仑定律由于τ<τf，所以，该单元土体处于弹性平衡状态2.图解法c11f3f实际应力圆极限应力圆最大剪应力与主应力作用面成45o最大剪应力面上的法向应力库仑定律最大剪应力面上τ<τf，所以，不会沿剪应力最大的面发生破坏τmax§4.2土的剪切试验方法一、直接剪切试验试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）剪切试验剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力，剪应力由剪切力除以试样面积在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据

6、曲线得到该作用下，土的抗剪强度4mmab剪切位移△l(0.01mm)剪应力（kPa)12在不同的垂直压力下进行剪切试验，得相应的抗剪强度τf，绘制τf-曲线，得该土的抗剪强度包线直剪试验优缺点优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作缺点：①剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，不一定是土样的最薄弱面。②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。③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二、三轴剪切试验应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应力控制式三轴

7、仪试验步骤:333333△△2.施加周围压力3.施加竖向压力1.装样应变控制式三轴仪：压力室，量测系统抗剪强度包线分别在不同的周围压力3作用下进行剪切，得到3～4个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线抗剪强度包线c三轴试验优缺点优点：①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②试样中的应力分布比较均匀缺点：①试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂②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三、无侧限抗压强度试验ququ加压框架量表量力环升降螺杆无侧限压缩仪无

8、侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周