土的抗剪与地基承载力

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1、本章的学习内容第二节　土的抗剪强度与极限平衡理论第三节　土的抗剪强度试验第四节　地基的临界荷载和临塑荷载第五节　地基的极限承载力本章的学习要求1、掌握抗剪强度公式，熟悉抗剪强度的影响因素；2、掌握摩尔库仑抗剪强度理论和极限平衡理论；3、掌握抗剪强度指标的测定方法；4、掌握地基的临界荷载和临塑荷载；第5章土的抗剪强度与地基承载力第一节概述土体抵抗剪切破坏的极限能力即为土的抗剪强度。抗剪强度机理：当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点便发生了剪切破坏。实际工程中的地基承载力、挡土墙的土压力以及土坡稳定都受土的抗剪强度所控制。因此，研究土的抗

2、剪强度及其变化规律对于工程设计、施工、管理等都具有非常重要的意义。本章主要介绍土的抗剪强度与极限平衡条件、土的抗剪强度试验方法、不同排水条件时剪切试验成果、地基临塑荷载及极限承载力等。土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。工程实践中与土的抗剪强度有关工程主要有以下3类：土的强度问题工程背景（1）是土作为材料构成的土工构筑物的稳定问题；如土坝、路堤等填方边坡及天然土坡的稳定问题。（2）是土作为工程构筑物的环境的问题，即土压力问题；如挡土墙、地下结构等的周围土体。（3）是土作为建筑物地基的承载力问题。3.土工构筑物的稳定性问题1.土工构筑物的稳定性问题土坝、路堤等填方边坡以

3、及天然土坡等，在超载、渗流乃至暴雨作用下引起土体强度破坏后将产生整体失稳边坡滑坡等事故。2.构筑物环境的安全性问题即土压力问题挡土墙、基坑等工程中，墙后土体强度破坏将造成过大的侧向土压力，导致墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故。3.建筑物地基承载力问题基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形甚至倾覆。建筑物地基承载力问题(图4)1994年4月30日崩塌体积400万方，10万方进入乌江死4人，伤5人，失踪12人；击沉多艘船只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米，无法通航。乌江武隆鸡冠岭山体崩塌滑坡堰塞湖—易贡湖湖水每天上涨50cm

4、！天然坝坝高290m滑坡堰塞湖库容15亿方2000年西藏易贡巨型滑坡第二节　土的抗剪强度与极限平衡理论一、抗剪强度的库伦定律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)长期的试验研究指出，土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验时的排水条件、剪切速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其中最重要的是试验时的排水条件，根据K．太沙基(Terzaghi)的有效应力概念，土体内的剪应力仅能由土

5、的骨架承担，因此，土的抗剪强度应表示为剪切破坏面上法向有效应力的函数，库伦公式应修改为：二、极限平衡条件1910年莫尔(Mohr)提出材料的破坏是剪切破坏，当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏，该点即处于极限平衡状态，根据莫尔—库伦理论，可得到土体中—点的剪切破坏条件，即土的极限平衡条件．下面仅研究平面问题，将各力分别在水平和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得：331131斜面上的应力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

6、坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。联立求解以上方程平面上的应力为：（1）莫尔应力圆Ox213t31s3stss1sO’由材料力学知识，已知大小主应力，可以求得与大主应力作用平面成角的平面上的法向应力和剪应力。土单元应力状态的轨迹是一个圆。圆心离圆点距离圆半径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（2）应力圆与强度线的关系（3）莫尔－库仑破坏准则(极限平衡状态)31cf2fAcctg1/2(1+3)无粘性土：c=0粘性土：粘性土的极限平衡条件σ1=σ

7、3tg2(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