土的抗剪强度与地基承载力讲义.ppt

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1、第三章土的抗剪强度与地基承载力第一节土的极限平衡理论第二节地基的临塑荷载和临界荷载第三节地基的极限承载力第四节地基承载力的确定土的强度：通常是指的土的抗剪强度，而不是土的抗压强度或抗拉强度。土的抗剪强度τf（shearstrength）指土体抵抗剪切破坏的极限能力。土的剪切破坏:当土中某点τ=τf时，土沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点发生剪切破坏。荷载增加，剪切破坏范围扩大，在土体内形成连续滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。点——线——面地基液化引起的建筑物破坏云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡－开挖(b

2、)(c)(a)路堤土的抗剪强度决定了下面工程的稳定(a)土坡滑动、(b)挡土墙滑动、(c)地基失稳第一节土的极限平衡理论一、库伦公式二、摩尔-库伦破坏理论三、土的极限平衡理论一、库伦公式（1776）砂土试验粘性土试验τf——土的抗剪强度，kPa；σ——剪切滑动面上的法向总应力，kPa；c——土的粘聚力，kPa；φ——土的内摩擦角，（º）。能否说明粘性土的抗剪强度值比砂土大呢？抗剪强度与法向压应力的关系(a)无粘性土(b)粘性土(a)τfσφτf=σtanφ(b)τfσφτf=c+σtanφc土的抗剪强度指标—c

3、、φ总应力强度指标抗剪强度有效应力法（土体内剪应力仅能由土的骨架承担）砂土粘性土σ′——为剪切破坏面上的法向有效应力c′——有效粘聚力，kPaφ′——有效内摩擦角，（º）。土的抗剪强度指标—c'、φ'称为有效应力强度指标二、摩尔-库伦破坏理论摩尔-库伦破坏理论（摩尔-库伦强度理论）当某点的任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时，该点就发生破坏，破坏面上的抗剪强度τf是该法向应力σ的函数。στfφτf=c+σtanφcτf=f(σ)摩尔包线如果摩尔包线用库仑公式用表示，这一强度理论称为摩尔-库伦强度理论。Mohr

4、-Coulomb强度理论三、土的极限平衡理论极限平衡状态：土体中某点发生剪切破坏时应力状态。极限平衡条件：土体中某点处于极限平衡状态时，应力所满足的条件。由Mohr-Coulomb强度理论确定。回顾材料力学中一点应力内容任一平面上的应力σ、τ与主应力的关系推导：土中任一点应力一点处任意平面上的应力表示解方程组得：与σ1作用面成α的平面上的应力应力σ、τ为（3-6）很重要**σC随着应力状态的改变，Mohr圆与Mohr包线的几何关系如何？摩尔圆与摩尔包线（抗剪强度）之间的关系ⅠⅡⅢ⑴圆Ⅰ：τ<τf，土体不发生剪切

5、破坏。⑵圆Ⅱ：A点处τ=τf，即该点处于极限平衡状态。土体在该点发生破坏⑶圆Ⅲ：τ>τf，实际不会发生。极限平衡条件的推导土体中一点达到极限平衡状态极限平衡条件的推导φσABCτfR(σ1-σ3)/2σ1(σ1+σ3)/2σ3c·cotφ2ααDc三角函数变换关系因而类似有粘性土的极限平衡条件无粘性土的极限平衡条件破裂面的位置与大主应力作用面的夹角3145°＋/2破裂面根据应力状态的大、小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ3计算σ1f比较σ1与σ1fσ1<σ1f安全状态σ1=σ1f极限平衡状态σ1>σ1f

6、不可能状态Oc1f311土发生破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）3=常数：判断破坏可能性由σ1计算σ3f比较σ3与σ3fσ3>σ3f安全状态σ3=σ3f极限平衡状态σ3<σ3f不可能状态Oc13f331=常数：土发生破坏判断方法土的强度参数c和φ的确定方法；分析加载方式、排水条件下土的抗剪强度的影响；补充实验内容土的抗剪强度试验方法室内试验方法原位试验方法土的抗剪强度试验方法室内试验方法（教材p244）一、直接剪切试验二、三轴剪切试验三、无侧限抗压强度试验一、直接剪切试验

7、（一）试验目的测定土的抗剪强度确定土的强度指标内摩擦角φ和粘聚力c试验仪器直剪仪应变控制式直剪仪示意图①手轮②螺杆③下盒④上盒⑤传压板⑥透水石⑦开缝⑧测微计⑨弹性量力环直剪仪示意PTATP试样内的变形分布实验原理通过控制剪切速率来近似模拟排水条件（二）试验方法与适用范围1、试验方法：(1)慢剪（固结慢剪）施加正应力-充分固结；慢慢施加剪应力，加载速度≤0.02mm/分钟（以保证无超静孔压）。(2)固结快剪施加正应力-充分固结在3-5分钟内完成剪切破坏(3)快剪施加正应力后立即剪切3-5分钟内完成剪切破坏2、适用

8、范围：细粒土的抗剪强度指标颗粒粒径小于2mm的砂土（三）操作步聚（以固结快剪试验为例）：直接剪切试验的多媒体演示操作步聚（固结快剪试验）：⑴对准剪切容器上下盒，插入固定销；在下盒内放置：一块透水石→一张滤纸→土样→在试样上面放一张滤纸→一块透水石⑵放置传压传力板→加压框架；⑶施加不同的垂直压力，试样固结；⑷试样固结稳定后，拔去固定销；⑸测记量力环上百分表初读数，转动手轮，记录首轮转数及