第五章土的抗剪强度和地基承载力课件

1、5.1 土的抗剪强度5.2 土的极限平衡条件5.3 抗剪强度指标的确定5.4 地基的临塑荷载和极限荷载5.5 地基承载力的确定本章主要内容：土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。工程实践中与土的抗剪强度有关工程主要有以下3类： 一、土的强度问题工程背景（1）是土作为材料构成的土工构筑物的稳定问题；如土坝、路堤等填方边坡及天然土坡的稳定问题。（2）是土作为工程构筑物的环境的问题，即土压力问题；如挡土墙、地下结构等的周围土体。（3）是土作为建筑物地基的承载力问题 。 3.土工构筑物的稳定性问题1. 土工构筑物的稳定性问题 土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等，在超载、渗流乃至暴

2、雨作用下引起土体强度破坏后将产生整体失稳边坡滑坡等事故。2. 构筑物环境的安全性问题即土压力问题 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 。3. 建筑物地基承载力问题 基础下的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。 建筑物地基承载力问题(图4)5.1概述土的抗剪强度：是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极 限抵抗能力。 变形破坏 沉降、位移、不均匀沉降等超过规定限值(已学) 地基破坏 强度破坏 地基整体或局部滑移、隆起， 土工构筑物失稳、 滑坡土体强度破坏的机理： 在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变

3、形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。一、莫尔-库仑破坏理论二、莫尔-库仑破坏准则 极限平衡条件5.2 土的极限平衡条件1. 库仑公式2. 应力状态与摩尔圆3. 极限平衡应力状态4. 摩尔-库仑强度理论5. 破坏判断方法6. 滑裂面的位置PSTA一、摩尔-库仑强度理论固定滑裂面一般应力状态如何判断是否破坏？1. 库仑公式库仑公式1776年，库仑根据砂土剪切试验得出f = tan 砂土后来，根据粘性土剪切试验得出f =c+ tan 粘土c库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力 的线性函数 ff库伦公式抗剪强度指标c:土

4、的粘聚力:土的内摩擦角(无粘性土：c=0)应变式直剪仪垂直加载水平加载测微表量力环剪切盒土体内一点处任意方向截面上应力的集合（剪应力和法向应力） 331131斜面上的应力土中任一点的应力状态土的抗剪强度与极限平衡原理O131/2(1 +3 )2A(, )土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述 31莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。 莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力f 的关系。莫尔包线f =c+ tan 应力圆与强度线相离： 强度线应力圆与强度线相切：应力圆与强度线相割：极限应力圆f 破坏状态

5、土的极限平衡条件莫尔库仑破坏准则31c f2 fAcctg1/2(1 +3 )无粘性土：c=0粘性土：ABDOf极限平衡条件莫尔库仑破坏准则极限应力圆破坏应力圆剪切破坏面粘性土的极限平衡条件1= 3tg2(45+/2)2ctg (45+/2)3= 1tg2(45/2)2ctg (45/2)无粘性土的极限平衡条件1= 3tg2(45+/2)3= 1tg2(45/2) 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 f f2 f31cAcctg1/2(1 +3 )说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成 / 2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力max所控制。 max

6、Oz+zx-xzx213rR+-1一、摩尔-库仑强度理论2. 莫尔应力圆大主应力：小主应力:圆心：半径：z按顺时针方向旋转x按顺时针方向旋转莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力与3. 极限平衡应力状态二、摩尔-库仑破坏准则极限平衡应力状态： 有一对面上的应力状态达到 = f土的强度包线： 所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线。f3. 极限平衡应力状态f强度包线以内：下任何一个面上的一对应力与 都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。二、摩尔-库仑破坏准则4. 莫尔库仑强度理论（1

7、）土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数, f =f() （莫尔：1900年）（2）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似f = c +tg（3）某土单元的任一个平面上 = f ，该单元就达到了极限平衡应力状态二、摩尔-库仑破坏准则4. 莫尔库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件1f3Oc二、摩尔-库仑破坏准则4. 莫尔库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件1f3Oc二、摩尔-库仑破坏准则根据应力状态计算出大小主应力1、3判断破坏可能性由3计算1f比较1与1f11f 破坏状态Oc1f3115. 破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）3= 常数：

8、二、摩尔-库仑破坏准则Oc1f3231f45/2破裂面26. 滑裂面的位置 与大主应力面夹角： =45 + /2二、摩尔-库仑破坏准则1、室内试验2、野外试验5.3 抗剪强度指标的确定直剪试验、三轴试验等 制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验 缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度 一、 土的剪切试验方法 1. 直接剪切试验试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）应变式直剪仪垂直加载水平加载测微表量力环剪切盒 直剪仪(图2)PSTA = 100KPaS = 200KPa = 300KPaOc1. 直剪试验五、 应用【解答】已知1=450kPa，3=150kPa，c=20kPa， =26o 方法1：计算结果表明：1f接近该单元土体实际大主应力1，所以，该单元土体处于极限平衡状态。 问题解答：【例1】地基中某一单元土体上的大主应力为450kPa，小主应力为150kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=20 kPa， =26o。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