土的抗剪强度和地基承载力.ppt

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1、5土的抗剪强度和地基承载力目录5.1土的抗剪强度理论5.2土的抗剪强度试验5.4地基承载力5.3土的抗剪强度指标在工程建设实践中，道路的边坡、路基、土石坝、建筑物的地基等丧失稳定性的例子是很多的，如图所示。为了保证土木工程建设中建(构)筑物的安全和稳定，就必须详细研究土的抗剪强度和土的极限平衡等问题。土坝、基槽和建筑物地基失稳示意图(a)土坝(b)基槽(c)建筑物地基5.1土的抗剪强度理论在实际工程中，与土的抗剪强度有关的工程问题主要有三类:粘土地基上某谷仓的地基破坏第一类是建筑物地基承载力问题，即基础下的

2、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。第二类是构筑物环境的安全性问题即土压力问题，如挡土墙、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。广州京光广场基坑塌方第三类是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等在超载、渗流乃至暴雨作用下引起土体强度破坏后产生整体失稳边坡滑坡等事故。香港1972PoShan滑坡1773年，法国学者库仑(C.A.Coulomb)根据一系列试验，得出土的抗剪强度曲线，提出了土体的抗剪强度表达

3、式为：5.1.1库仑公式抗剪强度与法向应力之间的关系砂土粘性土这称为库仑公式或库仑定律，c、φ库仑公式称为抗剪强度指标(参数)。将表示在τf-σ坐标中为两条直线，如图示。根据有效应力原理，土体中的剪应力只能由土的骨架承担，则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，即因此，土的抗剪强度有两种表达方式。一种是抗剪强度总应力法，相应的c、φ称为总应力强度指标；另一种则是抗剪强度有效应力法，c’、φ’称为有效应力强度指标。5.1.2莫尔应力圆1910年莫尔提出土体的破坏是剪切破坏，土体剪切破坏时，破坏面

4、上的剪应力是法向应力的函数，即土的莫尔破坏包线通常可近似地用直线代替，该直线方程就是库仑公式表达的方程，这种以库仑定律表示莫尔破坏包线的理论，称为莫尔－库仑破坏理论。该理论在土体抗剪强度分析中占有十分重要的地位。莫尔破坏包线（莫尔强度包线）土中一点的应力状态根据莫尔－库仑强度理论，可得到土体中一点的剪切破坏条件，即土的极限平衡条件。zMγ由M点取一微元体dxdydz：因土体并无外荷作用，只有土体自重作用，故在微元体上没有剪应力和剪应变。凡是没有剪应力的面称为主应面，作用在主应面上的力称为主应力。土体中任一点

5、的应力（1）最大主应力和最小主应力（2）任意斜面上的应力mn取dy=1,按平面问题计算。设直角坐标系中，以m点为坐标原点o，ox向右为正，oz向下为正。根据静力平衡条件，取水平与竖向合力为零。在微元体上取任一截面mn，与大主应面即水平面成α角，斜面mn上作用法向力σ和剪应力τ，如图示。现求σ和τ的计算公式：即在直角坐标系中，以σ为横坐标轴，以τ为纵坐标轴，按一定的比例尺，在轴上截取OB=σ1、OC=σ3，以O１为圆心，以(σ1-σ3)/2为半径，绘制出一个应力圆。O１C开始逆时针旋转2α角，在圆周上得到点A

6、。用莫尔应力圆求正应力和剪应力由材料力学可知，以上σ与τ之间的关系也可以用莫尔应力圆的图解法表示。可以证明，A点的横坐标就是斜面mn上的正应力σ，而其纵坐标就是剪应力τ。如图所示。如果莫尔应力圆位于抗剪强度包线的下方，如图Ⅰ所示，即通过该点任一方向的剪应力τ都小于土体的抗剪强度τf，则该点土不会发生剪切破坏，而处于弹性平衡状态。若莫尔应力圆恰好与抗剪强度线相切，如图Ⅱ所示，切点为A，则表明切点A所代表的平面上的剪应力τ与抗剪强度相等τf，此时，该点土体处于极限平衡状态。5.1.3土的极限平衡条件莫尔应力圆与

7、土的抗剪强度之间的关系莫尔应力圆上的每一点的横坐标和纵坐标分别表示土体中某点在相应平面上的正应力σ和剪应力τ。土体中某破裂面mn处于极限平衡状态的莫尔圆如图所示，由ΔABO1可得：土体中一点达到极限平衡状态时的莫尔圆对于无黏性土，由于c＝0，其极限平衡条件为：由几何关系，可得破裂角为αf=450+φ/2，说明破坏面与大主应力σ1作用面的夹角为：αf=450+φ/2。如图所示为应变控制式直剪仪的示意图。垂直压力由杠杆系统通过加压活塞和透水石传给土样，水平剪应力则由轮轴推动活动的下盒施加给土样。土体的抗剪强度可

8、由量力环测定，剪切变形由百分表测定。在施加每一级法向应力后，匀速增加剪切面上的剪应力，直至试件剪切破坏。将试验结果绘制成剪应力τ和剪切变形S的关系曲线，如图。一般地，将曲线的峰值作为该级法向应力下相应的抗剪强度τf5.2土的抗剪强度试验5.2.1直接剪切试验剪应力-剪变形关系曲线PSTA/kPaOcτf-σ关系曲线1002003004001.固结慢剪：施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力，剪切速率小于0.02