4土的抗剪强度与地基承载力

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1、第四章　土的抗剪强与地基承载力建筑地基的破坏大多数属于剪切破坏，而且工程中的地基承载力、挡土墙的压力、以及土坡稳定等都受土的抗剪强度所控制。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实验方法，不同排水条件时剪切实验成果地基临塑荷载及极限承载力等。挡土结构物的破坏～大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾2000年西藏易贡巨型滑坡2000年西藏易贡巨型滑坡天然坝坝高290m滑坡堰塞湖库容15亿方湖水每天上涨50cm?工程中的强度问题4.1土的抗剪强度与地基承载力4.1.1库仑定律剪切试验播放1776年，库仑根

2、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f1tg主要来自两个方面：滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦作用；咬合摩擦：由粒间互相嵌入所产生的咬合力。2粘聚力c：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抗剪强度的

3、来源4.1.2土的极限平衡条件A土体某点的应力状态设作用在该单元体上的大、小主应力为1和3，在单元体内与大主应力1作用面成任一角的mn平面上有正应力和剪应力。为建立、和1、3之间的关系，取脱离体abc，楔体静力平衡331131dsdscosdssinA土体某点的应力状态根据脱离体abc的平衡条件可得：3dssin－dssin＋dscos＝01dscos－dscos－dssin＝0联立求解以上方程得mn平面上的应力为：A土体某点的应力状态

4、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＝1/2(1－3)土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述莫尔应力圆r2ατoσ3σ1σo1a也就是说：莫尔圆上某点的坐标表示该点相应某个面上的正应力和剪应力，该面与大主应力作用面的夹角，等于弧的圆心教的一半。看动画同时，可知最大剪应力为多少呢？夹角呢？莫尔应力圆微单元大小主应力与xz坐标中应力的转换式子B土的极限平衡条件为判别土体中某点的平衡状

5、态，可将抗剪强度包线与描述土体中某点的莫尔应力圆绘于同一坐标系中，按其相对的位置来判断该点所处的状态B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—库仑理论公式土的极限平衡条件即是τ＝τf时的应力关系，所以圆Ⅱ被称为极限应力圆31cf2fAcctg(1+3)/2式4-6到式4-10统称为莫尔—库仑强度理论。莫尔—库仑理论公式莫尔—库仑理论公式土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主

6、应力作用面的夹角为f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，可知，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax所控制1f3Oc至此，我们应该知道：▲库仑强度线是土体本身提供的抗剪强度▲莫尔圆是表示外力施加到土体上在土体内部产生破坏的某个面上的剪切力和正应力还是让我们来看一个例子：例题4-1莫尔—库仑理论公式五、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

7、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

8、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τmax4.2土的抗剪强度实验方法确定土的抗剪强度的试验称为剪切试验剪切试验的方法有多种，我们这里一一介绍4.2.1直接剪切试验直剪仪应变控制式直剪仪应力控制式直剪仪应变控制式直剪仪的简图见图上盒下盒PA直剪仪照片直剪仪直剪仪直剪仪直剪试验进行中直剪仪试验的结论试验方法：强度包线：直剪试验