土的抗剪强度与地基承载力1

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1、第4章土的抗剪强度与地基承载力4.1土的抗剪强度与极限平衡原理4.2土的剪切试验方法4.3不同排水条件时的剪切试验成果4.4地基破坏型式和地基承载力土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力工程实例－地基承载力问题工程实例－地基承载力问题1911年动工1913年完工谷仓自重20000吨1913年10月17日发现1小时内竖向沉降达30.5厘米，结构物向西倾斜，并在24小时内倾倒，谷仓西端下沉7.32米，东端上抬1.52米。原因：地基承载力不够，超载引发强度破坏而产生滑动。加拿大特朗斯康谷仓工程实例－地基承载力问题工程实例－地基承载力问

2、题近代世界上最严重的建筑物破坏之一1940年水泥仓库装载水泥，使粘性土超载，引起地基土剪切破坏而滑动。倾斜45度，地基土被挤出达5.18米，23米外的办公楼也发生倾斜。美国纽约某水泥仓库4.1土的抗剪强度与极限平衡原理4.1.1库仑定律1776年，库仑根据砂土剪切试验得出f=tan砂土后来，根据粘性土剪切试验得出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ff库伦公式抗剪强度指标c:土的粘聚力:土的内摩擦角(无粘性土：c=0)土的抗剪强度一般可分为两部分：一部分与颗粒间的法

3、向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是摩擦力；另一部分是与法向应力无关的土粒之间的粘结力，通常称为粘聚力。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.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影响因素土的抗剪强度内在因素外在因素：试验时的排水条件等因素颗粒间的有效法向应力土的孔隙比密度（e,

4、粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分：对于：砂土>粘性土；高岭石>伊里石>蒙特石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件相同时：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角影响土的摩擦强度的主要因素：表达方法土的抗剪强度总应力法：总应力强度指标有效应力法：有效应力强度指标莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力f的关系。莫尔包线f=c+tan4.1.2莫尔-库伦强度理论Oz+zx-xzx213rR+-1三、摩尔-库仑强度理论2.

5、应力莫尔圆大主应力：小主应力:圆心：半径：σz按顺时针方向旋转ασx按顺时针方向旋转α莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力与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斜面上的应力4.1.3土中一点的应力状态O131/2(1+3)2A(,)土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述31莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。应力圆与强度线相离：强度线应力圆与强度线

6、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4.1.4土的极限平衡条件莫尔－库仑破坏准则31cf2fAcctg1/2(1+3)无粘性土：c=0粘性土：ABDOτστ＝τf极限平衡条件莫尔－库仑破坏准则极限应力圆破坏应力圆剪切破坏面粘性土的极限平衡条件σ1=σ3tg2(45+φ/2)＋2ctg(45+φ/2)σ3=σ1tg2(45－φ/2)－2ctg(45－φ/2)无粘性土的极限平衡条件σ1=σ3tg2(45+φ/2)σ3=σ1tg2(45－φ/2)土体处于极限平衡

7、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面，而与最大剪应力面成/2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax所控制。maxOc1f3231f45°＋/2破裂面26.滑裂面的位置与大主应力面夹角：α=45+/2三、摩尔-库仑强度理论土的极限平衡条件五、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

8、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