第4章 土的抗剪强度与地基承载力

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1、土力学与地基基础GroundandFoundation教师:张丹电话.:13752986209Email:rockmechanicszd@126.com一般材料的破坏：抗拉FF第4章土的抗剪强度与地基承载力一般材料的破坏：抗压2BA一般材料的破坏：抗剪一般材料的破坏：抗扭MM一般材料的破坏：抗拉、抗剪、抗扭、抗弯、抗压…。但土体一般只考虑抗剪破坏？土的单轴、三轴压缩破坏图4.1概述土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的能力。土的抗剪强度是土的重要力学性质：1）决定地基的承载力2）挡土墙的土压力计算3）边坡的稳定性分析土的剪切破坏过程

2、：土体受到荷载作用后，土中各点将产生应力。若某点的剪应力达到其抗剪强度，在剪切面两侧的土体将产生相对位移而产生滑动破坏。剪切面也称为滑动面或破坏面。随着荷载继续增加，土体中的剪应力达到抗剪强度的区域（塑性区）越来越大，最后各滑动面连成整体，土体将发生整体剪切破坏而丧失稳定性。1、库仑公式1776年Coulomb根据砂土剪切试验：图4-9剪切试验结果——土的粘聚力——剪切面上的法向应力——土的内摩擦角2、土的极限平衡条件Mohr-Coulomn强度理论Mohr-Coulomn强度理论该平面与最大主平面夹角为a的平面上的正应力与剪

3、应力为：显然，不同方向的面的应力状态不同。强度也不同，那么怎样来确定土体的破坏面呢？Mohr-Coulomn强度理论就是将土的抗剪强度线画在Mohr应力圆图上，如P80图4-5。这样土的应力状态可以分为三类：怎样判断土体整体应力状态是否安全？土的能力极限平衡状态1）应力圆位于强度线里面，该点是安全的，没有破坏。2）应力圆与强度线相切，该点处于极限平衡状态。根据P81图4-6，可以求得破坏时主应力关系：破坏面与第一主平面的夹角：在极限平衡状态下：对无粘性土（砂土），C=0：破坏面与第一主平面的夹角：3）应力圆与强度线相割，表

4、明土体在进入该应力状态之前早已破坏，也就是说，该应力状态是不存在的。已知：土样的求：判断该土样是否达到极限平衡状态。方法？解1：由13f，比较3和3f解2：由31f，比较1和1f解：由1,3m，比较和m4.2土的抗剪强度指标的测定4.2.1直接剪切试验1、直剪原理图，P82图4-9。测量结果如P83图4-10。图4-9直剪试验2、抗剪强度的测定方法抗剪强度的确定：曲线出现峰值；不出现峰值时，采用剪切位移4mm时的剪应力。抗剪强度线确定如P83图4-10(b)。剪切位移3、分类(1)快剪(0.8m

5、m/min)(2)固结快剪(0.8mm/min)(3)慢剪(0.8mm/min)优点：仪器便宜，操作简单。缺点：1）剪切破坏面人为确定，非抗剪强度弱面。2）无法严格控制排水条件。4、特点4.2.2三轴剪切试验4.2.2.1三轴试验原理主要有主机、稳压调压系统以及量测系统三部分组成。围压不变，轴压变化，P85图4-13。试样围压力3阀门阀门马达横梁量力环百分表量水管孔压量测试样水压力c轴向力F方法：固结：试样施加围压力1=2=3剪切：施加应力差Δ1=1-3应力特点：试样是轴对称应力状态垂直应力z一般是大主应

6、力1侧向应力总是相等x=y，且为中、小主应力2=3333333△△抗剪强度包线c三轴试验(a)主应力差与轴向应变关系曲线(b)莫尔圆与包络线三轴剪切试验试验结果：4.2.2.2粘性土的三种剪切实验（1）不固结不排水剪（快剪）：在不排水状态下，施加围压(土体无法固结），且在不排水情况下快速施加轴向应力，直到土体剪坏。直接剪切试验时放不透水薄片。强度指标不固结不排水剪试验结果，如P86的图4-15所示。该试验指标适用于：土层厚度H大、渗透系数小、施工快速的工程以及快速破坏的天然土坡的验算。（2）固结

7、不排水剪（固结快剪）：让试样在施加围压时排水固结，当土体固结完成（24小时）后，关闭排水阀门，在不排水情况下施加轴向应力，直到土体剪坏。固结不排水剪试验结果，下图所示。强度指标该试验模拟：地基在自重或正常荷载下已达到充分固结，而后遇突然荷载的情况。（e.g.施工期间能够排水固结，但竣工后施加大量活载（如料仓），或有突然活载（如风力）等情况。）有效应力圆、有效应力包线总应力圆、总应力包线（3）固结排水剪（慢剪）：施加围压后，整个试验过程中始终打开排水阀，土体固结完成后，在排水情况下慢速施加轴向应力，直到土体剪坏。强度指标固结排水

8、剪试验结果，如下图所示。该试验指标适用于：土层厚度H小、渗透系数大、施工速度慢的工程。对于先加竖向荷载，长期后加水平荷载的挡土墙、水闸等地基，也可考虑采用固结排水剪得到的指标。三种不同的工程背景（1)地基土的渗透性差或排水条件很差，而施工速度很快（相对于土的渗透性）。（2)建