土力学与地基基础工程 教学课件 作者 程建伟 项目四　土的抗剪强度与地基承载力的确定.ppt

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1、土力学与地基基础工程项目四　土的抗剪强度与地基承载力的确定项目四　土的抗剪强度与地基承载力的确定一、土的抗剪强度二、抗剪强度的确定及试验方法三、地基承载力(1)土作为材料构成的土工构筑物的稳定性问题，如土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡的稳定性问题。(2)土作为工程构筑物的环境问题，如土压力问题。(3)土作为建筑物地基的承载力问题。图4-1　与土的抗剪强度有关的工程问题a)土坡稳定问题　b)挡土墙土压力问题　c)地基承载力问题项目四　土的抗剪强度与地基承载力的确定一、土的抗剪强度1.抗剪强度的库伦定律图4-2　土的抗剪强度(1)土的抗剪强度由土的内摩擦力σtanφ和黏聚力c两部分组成。

2、(2)内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数tanφ。一、土的抗剪强度(3)土的内摩擦角φ和黏聚力c两者称为土的抗剪强度指标。2.土中一点的应力状态图4-3　土中一点的应力状态一、土的抗剪强度图4-4　一点应力状态分析a)单元体上的应力　b)隔离体abc上的应力　c)摩尔应力圆一、土的抗剪强度3.土的极限平衡条件图4-5　一点的应力状态一、土的抗剪强度(1)摩尔应力圆位于抗剪强度线下方(圆1),这说明任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，此点不会发生剪切破坏。(2)摩尔应力圆与抗剪强度线相切(圆2),切点为A，这说明A点剪应力恰好等于土的抗剪强度,此点处于极限平衡

3、状态,该应力圆称为极限应力圆。(3)抗剪强度线与摩尔应力圆相割(圆3),说明某些截面上的切应力已经超过了土的抗剪强度，从理论上讲该点早已被破坏，实际上这种应力状态是不会存在的，所以圆3用虚线来表示。图4-6　土中一点极限平衡状态时的摩尔应力圆a)微元体　b)极限平衡时的摩尔应力圆二、抗剪强度的确定及试验方法1.直剪试验(1)试验原理　对某一种土体而言，一定条件下抗剪强度指标c、φ值为常数，τf与σ为线性关系，试验中，通常对同一种土取4个试件，分别在不同的垂直压力F下(垂直压力可为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa)，施加水平剪切力进行剪切，从而获得每一垂直压力下土

4、的抗剪强度τf，如图4-7所示。图4-7　直接剪切试验示意图a)直剪仪简图　b)试样受剪情况二、抗剪强度的确定及试验方法图4-8　切应力与正应力σ的关系曲线二、抗剪强度的确定及试验方法(2)直剪试验方法　根据试验时剪切速率和排水条件的不同，可分为快剪、固结快剪和慢剪3种试验方法。1)快剪试验是在试件上施加垂直压力后，立即施加水平剪切力使试件剪切破坏，一般从加载到土样剪坏只用3~5min，可认为对于渗透系数小于10-6cm/s的黏性土在这样短暂的时间内还未来得及排水固结。2)固结快剪试验是在试件上施加垂直压力后，让试件充分排水固结稳定后，再以0.8mm/min快速施加水平剪切力，使试

5、件剪切破坏。3)慢剪试验是在试件上施加垂直压力后，让试件充分排水固结，待沉降稳定后，以小于0.02mm/min的剪切速率施加水平剪切应力直至试件破坏，使试件在受剪过程中充分排水和产生体积变形，该方法适用于黏性土。二、抗剪强度的确定及试验方法图4-9　3种试验方法得到的抗剪强度曲线二、抗剪强度的确定及试验方法(3)直剪试验的优缺点1)优点　仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作。2)缺点　①剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，该平面不一定是土样的最薄弱面。2.三轴剪切试验(1)试验原理　三轴试验是根据摩尔库伦破坏准则测定土的黏聚力c和内摩擦角φ的一种试验方法。图4-

6、10　三轴试验原理图二、抗剪强度的确定及试验方法(2)试验方法　在三轴剪切试验中，根据试件排水条件的不同，可分为不固结不排水剪(UU),固结不排水剪(CU)和固结排水剪(CD)3种试验方法。1)不固结不排水剪(UU)试验是在施加围压σ3和轴向压力增量Δσ1直至试件破坏的整个过程中，均不允许试件排水固结。2)固结不排水剪(CU)试验是使试件先在周围压力σ3作用下排水固结，即让围压σ3作用下所产生的孔隙水压力消散为零，然后在不排水的条件下，施加轴向压力增量Δσ1,直至试件破坏。3)固结排水剪(CD)试验是使试件先在围压σ3作用下排水固结,然后在试件排水的条件下，施加轴向压力增量Δσ1直至

7、试件破坏。二、抗剪强度的确定及试验方法图4-11　饱和黏性土UU试验的强度包线二、抗剪强度的确定及试验方法图4-12　三轴试验确定c′、φ′二、抗剪强度的确定及试验方法(3)三轴剪切试验优缺点1)三轴压缩仪的优点　能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化，试件中的应力状态比较明确，破裂面发生在最薄弱的部位。2)三轴压缩仪的缺点　试件中的主应力σ2=σ3，而实际上土体的受力状态未必都属于轴对称情况。3.无侧限抗压试验(1)试验原理　无侧限抗