模块三--土的抗剪强度与地基承载力

1、建筑施工现场建筑施工现场“八大员八大员”岗位资格考试及技能抽查要求岗位资格考试及技能抽查要求掌握土的抗剪强度相关知识，并能测定土的抗剪强度指标。熟悉地基破坏和地基承载力相关知识。教学目标教学目标知识目标知识目标了解土的极限平衡条件及确定地基承载力的各种理论公式和方法。熟悉地基破坏的基本形式和特点。掌握土的抗剪强度、破坏准则及土的抗剪强度指标测定方法。能力目标能力目标工程实践中能够运用土的极限平衡条件判别地基的受力状态。能够运用实验仪器进行土的抗剪强度试验。能够根据原位试验、室内土工试验和地基基础规范确定地基承载力。素质目标素质目标通过本章的学习，培养学生理论联系实践的工程素质。通过学习土的抗剪

2、强度理论及土的破坏准则，培养分析和解决问题的能力。通过学习土的抗剪强度试验，培养学生动手操作能力和团队协作的精神，提高学生的综合素质。模块三模块三 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力n3.1 3.1 土的抗剪强度土的抗剪强度n3.2 3.2 地基承载力地基承载力模块三模块三 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力土工结构物或地基土工结构物或地基土渗透问题渗透问题变形问题变形问题强度问题强度问题渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性3.1 3.1 土的抗剪强度土的抗剪强度 地基基础设计必须满足的基本条件地基基础设计必须满足的基本条件n 建筑物的建造使地基中原有的

3、应力状态发生变化，所建筑物的建造使地基中原有的应力状态发生变化，所以地基基础的设计必须满足：以地基基础的设计必须满足：n a.a.作用于地基的荷载不超过地基的承载能力（地基土作用于地基的荷载不超过地基的承载能力（地基土的强度问题）；的强度问题）；n b.b.控制基础沉降使之不超过允许值（地基土的变形问控制基础沉降使之不超过允许值（地基土的变形问题）。题）。n c.c.防止挡土墙、边坡及地基基础失稳破坏而具备足够防止挡土墙、边坡及地基基础失稳破坏而具备足够的安全储备。（整体失稳）的安全储备。（整体失稳） 土的抗剪强度土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限

4、抵抗能力。工程中的稳定性问题、土压力问力的极限抵抗能力。工程中的稳定性问题、土压力问题、承载力问题等都与土的抗剪强度有关。题、承载力问题等都与土的抗剪强度有关。 建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗这种剪应力的能力，并随剪应力的变形，土具有抵抗这种剪应力的能力，并随剪应力的增加而增大，当这种剪阻力达到某一极限值时，土就增加而增大，当这种剪阻力达到某一极限值时，土就要发生剪切破坏，这个极限值就是土的抗剪强度。如要发生剪切破坏，这个极限值就是土的抗剪强度。如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该果土体内某一部分的剪应力达到土的

5、抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破部分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。 在外荷载的作用下，土体中任一截面将同在外荷载的作用下，土体中任一截面将同时产生法向应力和剪应力，其中时产生法向应力和剪应力，其中法向应力作用法向应力作用将使土体发生压密将使土体发生压密，而，而剪应力作用可使土体发剪应力作用可使土体发生剪切变形生剪切变形。 当土中一点某一截面上由外力所产生的剪当土中一点某一截面上由外力所产生的剪

6、应力达到土的抗剪强度时，它将沿着剪应力作应力达到土的抗剪强度时，它将沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。 土的破坏主要是由于剪切所引起的土的破坏主要是由于剪切所引起的，剪切，剪切破坏是土体破坏的主要特点。破坏是土体破坏的主要特点。工程中的强度问题概述工程中的强度问题概述土的抗剪强度：土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力土体抵抗剪切破坏的极限能力 n一、莫尔一、莫尔- -库仑定律库仑定律17761776年，库仑根据年，库仑根据砂土砂土剪切试验剪切试验 f = tan 砂土砂土后来，根据后来，根据粘性土粘性土剪切试验剪切试验 f =c+

7、tan 粘土粘土c 莫尔强度理论：莫尔强度理论：土的抗土的抗剪强度是剪切面上的法向剪强度是剪切面上的法向总应力总应力 的线性函数。的线性函数。 tanfcftanc: :土的粘聚力土的粘聚力 : :土的内摩擦角土的内摩擦角 f f3.1.1 3.1.1 土的抗剪强度与极限平衡条件土的抗剪强度与极限平衡条件3.1.1.1 3.1.1.1 土的抗剪强度土的抗剪强度法国军事工程师在摩擦、电磁方面奠基性的贡献1773年发表土压力方面论文，成为经典理论。库仑（C. A. Coulomb）(1736-1806)二、土的抗剪强度的构成因素二、土的抗剪强度的构成因素n内摩阻力内摩阻力：n粘聚力粘聚力：表面摩擦

8、力粒间咬合力原始粘聚力（破坏后可部分恢复）固化粘聚力（破坏后可恢复）毛细粘聚力（忽略）NT= Ntgu uT滑动摩擦 土的强度机理土的强度机理摩擦强度粘聚强度摩擦强度粘聚强度（1 1）滑动摩擦）滑动摩擦摩擦强度摩擦强度 tgtg 由颗粒之间发生滑动时由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒大小，矿引起，与颗粒大小，矿物组成等因素有关物组成等因素有关0.02 0.06 0.2 0.6 230 20 颗粒直径颗粒直径 (mm)滑动摩擦角滑动摩擦角 u粗粉粗粉 细砂细砂 中砂中砂 粗砂粗砂（2 2）咬合摩擦咬合摩擦摩擦强度摩擦强度 tgtg CABCAB剪切面剪切面

9、是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用 当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A A必须抬起，跨必须抬起，跨越相邻颗粒越相邻颗粒B B，或在尖角处被剪断（或在尖角处被剪断（C C），），才能移动才能移动 土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量 n密度（密度（e, e, n粒径级配（粒径级配（Cu, CcCu, Cc）n颗粒的矿物成分颗粒的矿物成分 对于对于 ：砂土：砂土 粘性土；粘性土； 高岭石高岭石 伊里石伊里石 蒙特石蒙特石n粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比） 在其他条件

10、相同时：在其他条件相同时： 一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角 影响土的摩擦强度的主要因素影响土的摩擦强度的主要因素: :摩擦强度摩擦强度 tgtg p粘聚强度机理粘聚强度机理n静电引力（库仑力）静电引力（库仑力）n范德华力范德华力n颗粒间胶结颗粒间胶结n假粘聚力（毛细力等）假粘聚力（毛细力等）p粘聚强度影响因素粘聚强度影响因素n地质历史地质历史n粘土颗粒矿物成分粘土颗粒矿物成分n密度密度n离子价与离子浓度离子价与离子浓度-+粘聚强度粘聚强度一、土中一点的应力状态一、土中一点的应力状态n土体内一点处土体内一点处不同方位不同方位的截面上应力的集合

11、的截面上应力的集合（剪应（剪应力力 和法向应力和法向应力 ） 3 3 1 1 3 1 dldlcos dlsin 楔体静楔体静力平衡力平衡0cossinsin3dldldl0sincoscos1dldldl3.1.1.2 3.1.1.2 土的极限平衡理论土的极限平衡理论2cos212131312sin213123122312121 3 1 dldlcos dlsin 斜面上的应力斜面上的应力莫尔应力圆方程莫尔应力圆方程 O 1 31/2( 1 + 3 ) 2 A( , )圆心坐标圆心坐标1/2(1 +3 )，0应力圆半径应力圆半径r1/2(13 )土中某点的土中某点的应应力状态力状态可用莫可用

12、莫尔应力圆描述尔应力圆描述 二、土的极限平衡条件二、土的极限平衡条件应力圆与强度线应力圆与强度线相离：相离： 强度线强度线应力圆与强度线应力圆与强度线相切：相切：应力圆与强度线应力圆与强度线相割：相割：极限应极限应力圆力圆f 破坏状态破坏状态 莫尔库仑破坏准则莫尔库仑破坏准则n莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则土的破坏准则( (目前判别土体所处状态的最常用准则目前判别土体所处状态的最常用准则) ) 强度线强度线 莫尔库仑破坏准则莫尔库仑破坏准则 3 1c f2 fA cctg 1/2( 1 + 3 )313121cot21sinc245

13、tan2245tan231ooc245tan2245tan213ooc无粘性土：无粘性土：c=0245tan231o245tan213on土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为用面的夹角为 f f2 f 3 1c A cctg 1/2( 1 + 3 )2459021f45max说明：说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成剪应力面成 / 2的夹角，可知，土的剪切破坏并不是的夹角，可知，土的剪切破坏并不是由最大剪应力由最大剪应力max所控制所控制 max三、例题分析三、例题分析n【例】【

14、例】地基中某一单元土体上的大主应力为地基中某一单元土体上的大主应力为430430kPakPa，小小主应力为主应力为200200kPakPa。通过试验测得土的抗剪强度指标通过试验测得土的抗剪强度指标c c=15 =15 kPakPa， =20=20o o。试问该单元土体处于何种状态？单元试问该单元土体处于何种状态？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？面发生剪破？【解答】解答】已知已知 1=430=430kPakPa， 3=200kPa=200kPa，c=15kPa=15kPa， =20=20o o 1.1.计算法计算

15、法kPacoof8 .450245tan2245tan231计算结果表明：计算结果表明： 1f大于该单元土体实际大主应力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元土体处于弹性平衡状态 kPacoof8 .189245tan2245tan213计算结果表明：计算结果表明： 3f小于该单元土体实际小主应小于该单元土体实际小主应力力 3，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，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所以，该单元土体处于弹性平衡状态 在剪切面上在剪切面上 552

16、459021fkPaf7.2752cos21213131kPaf1 .1082sin2131库仑定律库仑定律 kPacf3 .115tan 由于由于f ，所以，该单元土体处于弹性平衡状态所以，该单元土体处于弹性平衡状态 2.2.图解法图解法 c 1 1f 3f实际应力圆实际应力圆极限应力圆极限应力圆最大剪应力与主应力作用面成最大剪应力与主应力作用面成4545o okPa11590sin2131max最大剪应力面上的法向应力最大剪应力面上的法向应力kPa31590cos21213131库仑定律库仑定律 kPacf7 .129tan最大剪应力面上最大剪应力面上f ，所以，不会沿剪应力最大的面发生破

17、所以，不会沿剪应力最大的面发生破坏坏 maxn土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标c c， 值是土的重要力学指标，值是土的重要力学指标，正确地测定和选择土的抗剪强度指标是土工试正确地测定和选择土的抗剪强度指标是土工试验与设计计算中十分重要的问题。验与设计计算中十分重要的问题。 n土的抗剪强度指标值土的抗剪强度指标值c c， 通常通过室内直剪试通常通过室内直剪试验，三轴剪切试验，无侧限抗压强度试验测定验，三轴剪切试验，无侧限抗压强度试验测定的。为反映土的实际状态，采用原位测试，如：的。为反映土的实际状态，采用原位测试，如：原位剪切试验，十字板剪切试验等。原位剪切试验，十字板剪切试验等。3.1.2 3

18、.1.2 抗剪强度指标的测定方法抗剪强度指标的测定方法3.1.1.1 3.1.1.1 土的抗剪强度土的抗剪强度n一、直接剪切试验一、直接剪切试验试验仪器：试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）直剪仪（应力控制式，应变控制式）剪切试验剪切试验剪前施加在试样顶面上剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的竖向压力为剪破面上的法向应力的法向应力 ，剪应力由剪应力由剪切力除以试样面积剪切力除以试样面积在法向应力在法向应力 作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该根据曲线得到该 作用下作用下，土的抗剪强度土的抗剪强度APATf4mm4mm a a b b 剪

19、切位移剪切位移l (0.01mm)(0.01mm) 剪应力剪应力 （kPakPa) ) 1 1 2 2 n在不同的垂直压力在不同的垂直压力 下进行剪切试验，得相应的抗剪下进行剪切试验，得相应的抗剪强度强度f，绘制绘制f - 曲线，得该土的抗剪强度包线曲线，得该土的抗剪强度包线直剪试验优缺点直剪试验优缺点n优点：优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作易于操作 n缺点：缺点：剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，不一定是土样的最薄弱面。实际情况，不一定是土样的最薄弱面。试验中不能严格控制排水条件，对

20、透水性强的试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。 上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀减小，剪切面上的剪应力分布不均匀二、三轴剪切试验二、三轴剪切试验n三轴剪切仪：受压室，周围压力控制系统，轴向加三轴剪切仪：受压室，周围压力控制系统，轴向加压系统，孔隙水压力系统和量测系统组成压系统，孔隙水压力系统和量测系统组成n应力控制式三轴仪应力控制式三轴仪n试验步骤试验步骤: : 3 3 3 3 3 3 2.2.施加周围压力施加周围压力3.3.施加竖向压

21、力施加竖向压力1.1.装样装样n三轴剪切仪：三轴剪切仪：受压室，周围受压室，周围压力控制系统，压力控制系统，轴向加压系统，轴向加压系统，孔隙水压力系孔隙水压力系统和量测系统统和量测系统组成组成抗剪强度包线抗剪强度包线n分别在不同的周围压力分别在不同的周围压力 3作用下进行剪切，得到作用下进行剪切，得到3 34 4 个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线切线即为土的抗剪强度包线 抗剪强度包线抗剪强度包线 c 三轴试验优缺点三轴试验优缺点n优点：优点：试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了

22、解土中有效应力变化情况力，了解土中有效应力变化情况试样中的应力分布比较均匀试样中的应力分布比较均匀 n缺点：缺点：试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂杂 试验在试验在 2 2= = 3 3的轴对称条件下进行，与土体实际受的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符力情况可能不符 不同排水条件时的剪切试验方法及成果表达不同排水条件时的剪切试验方法及成果表达1.1.不固结不排水剪（不固结不排水剪（UUUU） n三轴试验：三轴试验：施加周围压力施加周围压力 3、轴向压力、轴向压力 直至剪直至剪破的整个过程都关闭排水破的整个过程都关闭排水阀门，不允许

23、试样排水固阀门，不允许试样排水固结结 3 3 3 3 3 3 n直剪试验：直剪试验：通过试验加荷通过试验加荷的快慢来实现是否排水。的快慢来实现是否排水。使试样在使试样在3 35 5minmin之内剪破，之内剪破，称之为快剪称之为快剪关闭排关闭排水阀水阀 3 3 3 3 3 3 总应力圆总应力圆 u u=0=0BCcu A 3A 1A饱和粘性土在三组饱和粘性土在三组 3 3下的不排水剪下的不排水剪试验得到试验得到A、B、C三个不同三个不同 3 3作用作用下破坏时的总应力圆下破坏时的总应力圆试验表明：试验表明：虽然三个试样的周围压力虽然三个试样的周围压力 3 3不同，但破不同，但破坏时的主应力差相

24、等，三个极限应力圆的直径相等，坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线因而强度包线是一条水平线三个试样只能得到三个试样只能得到一个有效应力圆一个有效应力圆 2. 2. 固结不排水剪（固结不排水剪（CUCU） n三轴试验：三轴试验：施加周围压力施加周围压力 3 3时打开排水阀门，试样完全时打开排水阀门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全排水固结，孔隙水压力完全消散。然后关闭排水阀门，消散。然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量再施加轴向压力增量 ，使，使试样在不排水条件下剪切破试样在不排水条件下剪切破坏坏 3 3 3 3 3 3 n直剪试验：直剪试验：剪切前试样在垂剪切

25、前试样在垂直荷载下充分固结，剪切时直荷载下充分固结，剪切时速率较快，使土样在剪切过速率较快，使土样在剪切过程中不排水，这种剪切方法程中不排水，这种剪切方法为称固结快剪为称固结快剪打开打开排排水阀水阀关闭关闭排排水阀水阀 3 3 3 3 3 3 ccu cucu饱和粘性土在三组饱和粘性土在三组 3 3下进行固结不排水剪下进行固结不排水剪试验得到试验得到A、B、C三个不同三个不同 3 3作用下破坏作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标固结不排水剪总应力强度指标ccu、 cuABC3. 3. 固结排水剪（固结排水剪（CDCD） n

26、三轴试验：三轴试验：试样在周围压试样在周围压力力 3 3作用下排水固结，再作用下排水固结，再缓慢施加轴向压力增量缓慢施加轴向压力增量 ，直至剪破，整个试验过程直至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零持试样的孔隙水压力为零 3 3 3 3 3 3 n直剪试验：直剪试验：试样在垂直压力试样在垂直压力下固结稳定，再以缓慢的速下固结稳定，再以缓慢的速率施加水平剪力，直至剪破，率施加水平剪力，直至剪破，整个试验过程中尽量使土样整个试验过程中尽量使土样排水，试验方法称为慢剪排水，试验方法称为慢剪打开打开排排水阀水阀在整个排水剪试验过程中，在整个排水剪试验过程

27、中， uf 0 0，总应力全部转化，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线。强度指标为强度线即是有效应力强度线。强度指标为cd、 d d cd d d 3 3 3 3 3 3 n抗剪强度指标的选用抗剪强度指标的选用 土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标 试验方法试验方

28、法适用条件适用条件不排水剪或不排水剪或快剪快剪UU地基土的透水性和排水条件不良，建筑物地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快施工速度较快排水剪或慢排水剪或慢剪剪CD地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢物加荷速率较慢固结不排水固结不排水剪或固结快剪或固结快剪剪CU建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或地基条件等介于上述两种情况之间或地基条件等介于上述两种情况之间 例题分析例题分析n【例】【例】对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试样破坏时的大、小主应力和孔隙水

29、压力列于表中，试样破坏时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，试用作图法确定土的强度指标用作图法确定土的强度指标c ccucu、 cucu周围压力周围压力 3/ kPa 1/ kPauf / kPa6060100100150150143143220220313313232340406767【解答】解答】按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图所示按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图所示，再绘再绘出总应力强度包线出总应力强度包线 ccu根据强度包线得到：根据强度包线得到：ccu= 10 kPa， c u=18o cucu (kPa)100 (kPa)100300200400三、无侧限抗压强度试验三、无

30、侧限抗压强度试验ququ加压加压框架框架量表量表量力环量力环升降升降螺杆螺杆无侧限压缩仪无侧限压缩仪无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即施加周围压力，即 3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力轴向压力qu，称为称为无侧限抗压强度无侧限抗压强度 试试样样无侧限无侧限压缩仪压缩仪根据试验结果只能作出一个极限应力圆（根据试验结果只能作出一个极限应力圆（ 3 3=0=0， 1 1= =qu）。）。因

31、此对一般粘性土，无法作出强度包线因此对一般粘性土，无法作出强度包线 说明：说明：对于饱和软粘土，根据对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即度包线近似于一水平线，即 u u=0=0，因此无侧限抗压强度试因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的不验适用于测定饱和软粘土的不排水强度排水强度qucu u=02uufqc 无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度 四、十字板剪切试验四、十字板剪切试验适用于现场测定饱和粘性

32、土适用于现场测定饱和粘性土的不排水强度，尤其适用于的不排水强度，尤其适用于均匀的饱和软粘土均匀的饱和软粘土先钻孔至需要试验的土层深先钻孔至需要试验的土层深度以上度以上750mm处，然后将装处，然后将装有十字板的钻杆放入钻孔底有十字板的钻杆放入钻孔底部，并插入土中部，并插入土中750mm，施，施加扭矩是钻杆旋转直至土体加扭矩是钻杆旋转直至土体剪切破坏。剪切破坏。十字板剪切试验使用于软塑十字板剪切试验使用于软塑状态的黏性土。优点是不需状态的黏性土。优点是不需钻取原状土样，对土的扰动钻取原状土样，对土的扰动小。小。土的抗剪强度可按下式计算土的抗剪强度可按下式计算Dh、hDhD31R2K2c式中式中

33、土发生剪切破坏时的总作用力，土发生剪切破坏时的总作用力， 轴杆及设备的机械阻力轴杆及设备的机械阻力 十字板常数十字板常数， R转盘的半径转盘的半径（mm）cPcfcK式中式中 分别为十字板的高度和直径分别为十字板的高度和直径（mm）)(cccffPK地基承载力概念地基承载力概念 建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求两个方面的要求1.1.变形要求变形要求建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物所允许的范围内降差，应该在该建筑物所允许的范围内 2.2.稳定要求稳定要求建筑物的基底压

34、力，应该在地基所允许的承载建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内能力之内 地基承载力：地基承载力：地基所能承受荷载的能力地基所能承受荷载的能力地基承载力特征值：地基承载力特征值：在保证地基稳定条件下，地在保证地基稳定条件下，地基单位面积上所能承受的最大应力。基单位面积上所能承受的最大应力。3.2 3.2 地基承载力地基承载力3.2.1 3.2.1 地基的常见破坏形式地基的常见破坏形式一、地基破坏形态一、地基破坏形态1 1、竖直荷载下地基破坏的形式、竖直荷载下地基破坏的形式 1)1) 整体破坏整体破坏 密实砂土，坚硬粘土，浅埋密实砂土，坚硬粘土，浅埋 2)2) 局部剪切破坏局部剪切破坏

35、 土质较软土质较软 3)3) 冲剪破坏冲剪破坏 软粘土，深埋软粘土，深埋 1) 1) 整体破坏整体破坏土质坚实土质坚实, ,基础埋深浅基础埋深浅有完整破坏面有完整破坏面两侧土体隆起两侧土体隆起P PS S2) 2) 局部剪切局部剪切松软地基松软地基 埋深较大埋深较大破坏面不贯通破坏面不贯通P PS S3) 3) 冲剪破坏冲剪破坏松软地基，埋深大松软地基，埋深大基础垂直下切基础垂直下切两侧土体无隆起两侧土体无隆起P PS S深深土土层层表表面面土土n地基的破坏形式地基的破坏形式 1.1.整体剪切破坏整体剪切破坏a. a. p-sp-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段曲线上有两个

36、明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段b. b. 地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面续的滑动面c. c. 荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起基础两侧地面明显隆起2.2.局部剪切破坏局部剪切破坏a. a. p-sp-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段曲线转折点不明显，没有明显的直线段b. b. 塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内c. c. 荷载达到极限荷载后，基础两

37、侧地面微微隆起荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起3. 3. 冲剪破坏冲剪破坏b.b.地基不出现明显连续滑动面地基不出现明显连续滑动面 c. c. 荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷a. a. p-sp-s曲线没有明显的转折点曲线没有明显的转折点某谷仓的地基整体破坏某谷仓的地基整体破坏地基破坏形地基破坏形式实例式实例1) 整体破坏整体破坏土质坚实土质坚实基础埋深浅基础埋深浅土体隆起土体隆起PS1940年软粘土地基上的某水泥仓的倾覆年软粘土地基上的某水泥仓的倾覆-整体破坏整体破坏地基破坏形式实例地基破坏形式实例水泥仓地基水泥仓地基

38、整体破坏整体破坏蓝粘土蓝粘土石头和粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向地基土可能的滑动方向岩石岩石办公楼办公楼外墙外墙黄粘土黄粘土地基破坏形式实例地基破坏形式实例在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏地基破坏形式实例地基破坏形式实例二、地基变形阶段二、地基变形阶段 0 0sppcrpuabcppcrpcrppuppua.a.线性变形阶段线性变形阶段塑性变塑性变形区形区连续滑动面连续滑动面oaoa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中载与沉降关系接近于直线，土中f f, ,地基处于弹性平衡状态地基处于弹性平衡状态b.b.弹塑性变形阶段弹塑性变形阶段ab

39、ab段，荷载增加段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区性变形区c.c.破坏阶段破坏阶段bcbc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化荷载增加，沉降急剧变化 地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力称为受的基地压力称为临塑荷载。临塑荷载。 地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地变为破坏阶段

40、）时，地基所承受的基地压力称为压力称为极限荷载极限荷载pu。1 1、临塑荷载计算公式临塑荷载计算公式一、理论计算公式确定地基承载力一、理论计算公式确定地基承载力3.2 3.2 地基承载力地基承载力3.2.2 3.2.2 地基承载力的确定地基承载力的确定cotcot2cotcot22crprhcArhBc2 2、临界荷载计算公式临界荷载计算公式大量工程实践表明，地基中塑性变形区的深度当为基础宽 度 时，地基仍然处于稳定状态，此时对应的荷载为临界荷载，记为 和 ，作为地基的容许承载力。1/ 4 1/31/4p1/3p1 40bdcpNbNdN c4 cot2bNcot2cot2dNcotcot2c

41、N01 30cot3cot2dcbpd 2 2、临界荷载计算公式临界荷载计算公式3 3、极限、极限荷载计算公式荷载计算公式 地基极限荷载即地基受基础荷载的极限压力。常见的地地基极限荷载即地基受基础荷载的极限压力。常见的地基极限承载力公式基极限承载力公式主要有太沙基公式和汉森公式。主要有太沙基公式和汉森公式。4.4.由规范公式法确定地基承载力特征值由规范公式法确定地基承载力特征值建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB5007GB500720112011）规定，当基底偏）规定，当基底偏心距心距eb/30（b为基础边长）时，根据土的抗剪强度指标确定为基础边长）时，根据土的抗剪强度指标确定的地

42、基承载力特征值可按下式计算：的地基承载力特征值可按下式计算：kcmdbacMdMbMf由于在承载力计算时考虑了基础宽度及埋深，故无需进行深宽修正。由于在承载力计算时考虑了基础宽度及埋深，故无需进行深宽修正。破坏标准破坏标准达到下列情况之一时，认为土已达到极限状态，即地基土破达到下列情况之一时，认为土已达到极限状态，即地基土破坏，应终止加载。包括：坏，应终止加载。包括：（1 1）承载板周围的土明显侧向挤出（砂土）或发生裂缝）承载板周围的土明显侧向挤出（砂土）或发生裂缝（粘性土和粉土）；（粘性土和粉土）；（2 2）沉降）沉降S S急剧增大，急剧增大，p-sp-s曲线出现陡降阶段；曲线出现陡降阶段；

43、（3 3）在某级荷载下，）在某级荷载下，24h24h内沉降速率应不能达到稳定标准；内沉降速率应不能达到稳定标准；（4 4）沉降量与承压板宽度或直径之比）沉降量与承压板宽度或直径之比s/bs/b 0.060.06可终止加载。可终止加载。1.1.现场平板载荷试验现场平板载荷试验二、现场原位试验确定地基承载力二、现场原位试验确定地基承载力p pu up p0 0s s千斤顶千斤顶荷载板荷载板平衡架平衡架拉锚拉锚由拐点得地基极限承由拐点得地基极限承载力载力pu，除以安全系除以安全系数数F Fs s得容许承载力得容许承载力 p p-sp-s曲线确定地基承载力曲线确定地基承载力特征值特征值: :1. 1.

44、 p-sp-s曲线有明确的比例曲线有明确的比例界限时，取比例界限所对界限时，取比例界限所对应的荷载值应的荷载值 2.2.极限荷载能确定，且值极限荷载能确定，且值小于对应比例界限的荷载小于对应比例界限的荷载值的值的2 2倍时，取极限荷载倍时，取极限荷载值的一半值的一半 3.3.不能按上述两点确定时，不能按上述两点确定时，取取s/bs/b= =0.010.010.0150.015对应对应荷载值；但值不应大于最荷载值；但值不应大于最大加载量的一半大加载量的一半 4.4.同一土层参加统计的实验点不应少于三点，当同一土层参加统计的实验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的试验实测值的极差不超

45、过其平均值的30%30%时，取时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值此平均值作为该土层的地基承载力特征值akf 旁压试验旁压试验一、定义一、定义n旁压测试（旁压测试（PMT: PMT: pressuremeterpressuremeter test test）是利用钻孔做的原位横是利用钻孔做的原位横向载荷试验，是工程勘向载荷试验，是工程勘察中的一种常用原位测察中的一种常用原位测试技术。试技术。2.2.确定地基承载力的其他方法确定地基承载力的其他方法n测试原理：通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁测试原理：通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围土体，使压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围土体，使土体产生变形直至破坏，并通过量测装置测出施土体产生变形直至破坏，并通过量测装置测出施加的压力和土体变形之间的关系，然后绘制应加的压力和土体变形之间的关系，然后绘制应力力应变关系曲线。根据这种关系对孔周所测土应变关系