土的抗剪强度与地基承载力 2

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1、第四章土的抗剪强度与地基承载力第一节土的抗剪强度与极限平衡条件第二节土的抗剪强度试验方法第三节不同排水条件下的剪切试验第四节地基的临塑荷载与临界荷载第五节地基的破坏形式第六节深基础地基的极限承载力第一节土的抗剪强度与极限平衡条件一、土的抗剪强度(一)土的抗剪强度的概念土的强度，通常是指土的抗剪强度，而不是土的抗压强度或抗拉强度。这是因为地基受荷载作用后，土中各点同时产生法向应力和剪应力，其中法向应力作用将对土体施加约束力，这是有利的因素;而剪应力作用可使土体发生剪切，这是不利的因素。若地基中某点的剪应力数值达到该点的抗剪强度，则此点的土将沿着剪应力作用方向产生相对

2、滑动，此时称该点发生强度破坏。如果随着外荷不断增大，地基中达到强度破坏的点越来越多，即地基中的塑性变形区范围不断扩大，最后形成连续的滑动面，则建筑物的地基会失去整体稳定而发生滑动破坏。土的抗剪强度是指在外力作用下，土体内部产生剪应力时，土对剪切破坏的极限抵抗能力。土的抗剪强度主要应用于地基承载力的计算和地基稳定性分析、边坡稳定性分析、挡土墙及地下结构物上的土压力计算等。下一页返回第一节土的抗剪强度与极限平衡条件砂土的抗剪强度主要取决于摩擦力。在土的湿度不大时会出现一些毛细内聚力，但其值甚小，在一般计算中不予考虑。黏性土的抗剪强度来源于内聚力与摩擦力。土的颗粒愈细，

3、塑性愈大，则内聚力所起的作用愈大。(二)抗剪强度的库仑定律土的抗剪强度与金属、混凝土等材料的抗剪强度不同，它不是定值，而是受许多因素的影响。即使同一种土，在不同条件下其抗剪强度也不相同，它与剪损前土的密度、含水量、剪切方式、剪切时排水排气等条件有关。为了研究土的抗剪强度，最简单的方法是将土样装在剪力匣中，如图4-1所示，在土样上施加一定的法向压力:，而后再在下匣上施加剪力，T，使上下匣发生相对错动，把土样在上下匣接触面处剪坏，从而测得土的抗剪强度:r。取三个以上土样，加上不同的法向压力，分别测得相应的抗剪强度，并由此绘出抗剪强度曲线，如图4-2(a)所示。上一页下

4、一页返回第一节土的抗剪强度与极限平衡条件试验证明，在法向压力变化范围不大时，抗剪强度与法向压力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律，如图4-2(b)所示。不论砂土或钻性土，抗剪强度与法向压力的关系都可用直线方程式表示。对砂土:(4-1)对黏性土(4-2)式中:--土的抗剪强度((kPa);--作用于剪切面上的法向压力(kPa);--土的内摩擦角(o);--土的黍占聚力((kPa)。(三)抗剪强度相关指标上一页下一页返回第一节土的抗剪强度与极限平衡条件1.土的抗剪强度黏性土的抗剪强度指标变化范围颇大，诸如结构破坏、法向有效压力下的固结程度、剪切方式等因素对

5、它们的影响要比对砂土大得多。黏性土内摩擦角的变化范围大致为0o~30o；黏聚力c一般为10~100kPa，有的坚硬钻土甚至更高。砂土的内摩擦角一般随其粒度变细而逐渐降低。砾砂、粗砂、中砂的值约为32o~40o，细砂、粉砂的值约为28o~36o。松散砂的角与天然休止角(也叫天然坡度角，即砂堆自然形成的最陡角度)相近，密砂的角比天然休止角大。饱和砂土比同样密度的干砂值少1o~20o。影响土的抗剪强度的因素很多，主要包括以下儿个方面:①土颗粒的矿物成分、形状及颗粒级配;②初始密度;③含水量;④土的结构扰动情况;⑤有效应力;⑥应力历史;⑦试验条件。2.土的摩擦力上一页下一

6、页返回第一节土的抗剪强度与极限平衡条件摩擦力中除包括颗粒与颗粒的表面摩擦之外，还包括颗粒间的咬合力(即联锁作用)。咬合力是指的当颗粒嵌人其他颗粒之间，在产生相对滑动时，将嵌人的颗粒拨出所需的力。显然，密砂的咬合(联锁)作用要大于松砂，如图4-3所示。3.土的黏聚力土的黏聚力包括原始黏聚力、加固黏聚力及毛细黏聚力三部分。二、土的极限平衡条件(一)黏性土劲h}土的抗剪强度曲线表达式为:。把曲线延伸并与轴交于O’点，如图4-4所示，则当达到极限平衡状态时，从图4-4的儿何关系中可以得到:(4-3)上一页下一页返回第一节土的抗剪强度与极限平衡条件通过三角函数关系的换算，上

7、式变为:(4-4)(4-5)上式就是黏性土的极限平衡条件公式。由图4-4可求出剪切破裂面的位置，即(4-6)(4-7)但在极限平衡状态时，通过土中一点可以出现不止一个，而是一对滑动面，如图4-4中a及a‘所示，这一对滑动面与最大主应力的作用面成的交角，即与最小主应力作用面成的交角，而这一对滑动面之间的夹角在作用方向上等于。上一页下一页返回第一节土的抗剪强度与极限平衡条件(二)无钻性土在图4-5中，以应力圆表示砂土内某点的应力状态。直线表示土的抗剪强度。若该点处于极限平衡状态，则抗剪强度曲线必定与应力圆相切，如图4-5中的圆2所示。作用于滑动面上的法向应力与剪应力即

8、为圆2上的