地基讲稿－第章

第4章土的抗剪强度与

地基承载力第一节概述第二节土的抗剪强度第三节

土的抗剪强度试验方法

第四节地基承载力本章讲授内容结构荷载基底压力上部结构、基础、地基示意图压力扩散线持力层下卧层地基基础自重设计程序：上部结构荷载、地基情况基础形式、材料

选持力层（埋深）

确定基础尺寸（地基强度与变形）结构计算绘施工图回顾持力层土抗剪强度地基承载力确定基础尺寸第五章土的抗剪强度与

地基承载力建筑物地基基础设计必须满足变形和强度两个基本条件。

第一节概述剪切破坏：荷载产生法向应力与剪应力，当剪应力≥土抗剪强度，土粒间相对滑动，即产生剪切强度破坏。地基破坏与地基强度：强度和变形是两个不同的控制标准，不可互相替代，承载力要求是先决条件——

基底压力pk

≤地基承载力fa地基失稳：基底荷载增加（超过地基承载力），地基中形成连续的剪切滑动破坏面，基础产生沉降或倾斜，地基土被挤出，地基破坏。基底荷载滑动破坏面压密区土的抗剪强度：是指在外力作用下，土体内部产生剪应力时，土对剪切破坏的极限抵抗能力。

地基破坏即是剪切破坏。土的强度问题实质上就是抗剪强度问题。FT土样水平测力装置竖向加压装置上下剪切盒基座上下透水石T结论本章学习要点本章将主要介绍地基的强度和稳定问题，包括土的抗剪强度以及地基基础设计时的地基承载力的计算问题。土的抗剪强度主要应用于地基承载力的计算和地基稳定性分析、边坡稳定性分析、挡土墙及地下结构物上的土压力计算等。

重点掌握：①抗剪强度理论②指标测定方法③地基承载力确定方法第二节土的抗剪强度

一、抗剪强度（一）库仑定律土的抗剪强度可以通过试验的方法测定；直剪试验：

图4-1为应变式直剪仪示意图，施加一水平力T，土样水平面上受剪，试样的水平截面积为A，则垂直压应力为σ=F／A，此时，土的抗剪强度（土样破坏时对此推力的极限抵抗能力）为τf=T／A。（一般取4～6个物理状态相同的试样试验）土的抗剪强度并非是一个定值。不同类型的土其抗剪强度不同，即使同一类土，在不同条件下的抗剪强度也不相同。图4-1直剪仪工作原理示意图FT土样水平测力装置竖向加压装置上下剪切盒基座上下透水石T垂直压应力：σ=F／A抗剪强度：τf=T／A上下剪切盒应变式直剪仪垂直加载水平加载测微表量力环剪切盒后页抗剪忍强度τf与法颠向应考力σ关系商曲线铁：以σ为横只坐标雾，以τf为纵巴坐标妨绘制完，如怒图4－2所示搂。砂性庸土：粘性沟土：式中—在法向应力作用下土的抗剪强度（kPa）；

—作用在剪切面上的法向应力（kPa）；

—土的内摩擦角(°)；

c—土的粘聚力（kPa）。结捕论库仑枯定律慢：库仑势（Co子ul舟om史b）于17艳73年提讽出下美述土斯的σ～τf关系救规律胞，故顷称为头。土的漫内摩扶擦系释数0100200300400σ(kPa)100200300400τf(kPa)φ砂性土抗剪强度线通过拉原点0100200300400σ(kPa)τf(kPa)φ粘性土抗剪强度线c100200300400土的聋抗剪进强度泛构成尽：内摩踢擦力效与粘匀聚力。c和φ称为喉土的闷抗剪衫强度限指标（或华参数崇）。在一牵定条丙件下c和φ是常衰数，亚它们吸是构嚷成土皆的抗剪捏强度航的基仁本要航素，c和φ（ta绳nφ为土砍的内摩热擦系索数）方的大壤小反栋映了稼土的庭抗剪略强度凑的高宏低。（二慕）抗箩剪强丝式度的抛构成盈因素主要椒包括坑以下惧几个线方面船：1．土挪颗粒墙的矿惜物成贴分、损形状饰及颗瘦粒级这配；2．初柴始密挥度；3．含联水量裳；4．土侵的结芒构扰哀动情恶况；5．有刘效应极力；6．应泳力历塘史；7．试刊验条袍件。（三互）抗膏剪强趁度的脂影响槽因素二、耽摩尔—库仑窜强度来理论τ＜τfτ＞τfτ＝τf该点炎处于稳定蝇状态该点积处于极限笨平衡腰状态该点丛处于破坏咽状态（塑绿性变壶形和糠应力就重分填布）土的圆极限运平衡爷条件硬：极限街平衡役状态溪时，奴土中纪大小亦主应安力与委土的齐抗剪味强度暮指标诊之间奋的关霸系。（？荐）土中稳某点到在剪由应力τ的作相用下肚可能炭处于廉以下三种昼状态楚：由材柿料力把学可许知，陶地基净中任避意一亿点M（用性微元船体表脏示）矩平面搏应力辰状态梁，其凤上作芦用的船应力宵为正讨应力σx、σz和剪宫应力τxz。该逼点上蜻大、思小主餐应力σ1、σ3为：（一姻）土亿中某息点的我应力瘦状态土中某点应力状态示意图xz0σxσzτxzpM当主桑应力办已知喝时，份任意台斜截谁面上币的正喂应力σ与剪应崭力τ的大泳小可芝用摩梅尔圆妻来表续示：mnσ3σ1σ3ασ1στmnσ3σ1α单元霸体上等的应好力摩尔陆应力璃圆单元脆体上像的应屠力σσ1τ2αφαAcσσ3στmnσ3σ1α（二饱）土涛的极突限平裙衡条拦件将土据体中确某点妇应力维状态乎的应摇力圆却和土怪的抗掏剪强冶度线狭绘于乱同一耕直角朵坐标忆系中亲，判刺断土嘴体在量这一敢点上深是否系达到烦极限越平衡厘状态：τ＜τfτ＞τfτ＝τf稳定狼状态极限厉平衡胸状态破坏裹状态应力肿圆与镰抗剪期强度锹线相渴离应力伤圆与饿抗剪欢强度篮线相餐切应力盖圆与储抗剪逃强度倚线相盟割στφAco123摩尔喘应力纹圆与喉抗剪幸强度量线间住的关检系粘性口土的彩极限窜平衡闪条件做：砂性窜土的册极限概平衡弱条件：某点熊处于宽极限屿平衡秤状态棵时，籍破裂流面与主最大露主应上力作用强面所锋呈角派度（煎称为闹破裂凉角）笨为：(b趣)极限阳状态拖摩尔冈应力卫圆(a文)单元头体上荣的应别力στσ3σ12αcrφαcrAco(σ1+σ3)/2o′BDCmnσ3σ1σ3αcrσ11．土症的强滔度破肥坏是孤剪应雹力达仅到和究超过贯抗剪固强度傻所致挎。2．破正坏状猴态的腰应力搞条件厌必须已是法幅向应鸭力和罗剪应虽力的饥某种窃组合描符合肢库仑贴定律上的破沸坏准垮则，房诚而不蛛是以蹲最大肥剪应奋力τma咬x达到规了抗任剪强艳度τf作为打判断监依据朝，亦拌即剪律切破振坏面非并不蔑一定挤发生遇在最占大剪议应力耽的作拘用面挺上；3．极取限平宽衡状司态时姐，极局限应集力圆邪与抗荷剪强疗度线窃相切拳，一封组极茂限应驶力圆肠的公戴切线资即为缺土的乌强度尊包线毁。4．根较据土盲的极畅限平建衡条攀件，齿在已叔测得也抗剪胞强度纷指标偷的条敏件下泥，已暖知大哲、小此主应肌力中寸的任昌何一勇个，辅即可蚕求得怎另一体个；烦或在显已知螺抗剪渗强度林指标画与大胆、小疼主应遍力的察情况蛙下，广判断团土体乡丰的平斗衡状亚态；糕也可浇利用鞭这一撇关系用求出弯土体察中已锻发生障剪切硬破坏迷面的猴位置衔。结张论隆：【例4-悼1】已知健一组累直剪战试验霜结果屡，在府施加盐的法陡向应简力分屡别为10淋0k别Pa、20务0k贴Pa、30圆0k佳Pa、40专0k碗Pa时，涉测得罚相应樱的抗赞剪强叔度分聋别为67买kP醉a、11屈9k伟Pa、16现2k服Pa、21篮5k也Pa。试胞作图柄求该列土的权抗剪荐强度脉指标c、φ值。好若作勒用在吊此土炼中某陡点的驾最大蛮与最桂小主鸦应力挪分别况为35弱0k申Pa和10惜0辅kP屿a问该餐点处寄于何锡种状帐态？【解】：（1）以案法向卷应力σ为横传坐标滋，抗等剪强坐度τf为纵悲坐标喉，σ、τf取相树同比岗例，日将土享样的余直剪天试验砍结果给点在攻坐标农系上吨，如栏图4-骡7所示亮，过筛点群个中心蕉绘直鹊线即番为抗振剪强拥度曲掩线。在图归中量扎得抗甩剪强乱度线钱与纵责轴截餐距值都即为碰土的寻粘聚诱力：c=1洒5k供Pa，直兼线与管横轴律的倾滑角即合为内厉摩擦腊角φ=2党7°。（2）当倚最大齐主应特力σ1=3绒50辱kP魔a时，页如果斤土体食处于基极限攻平衡做状态物，根罚据极杆限平耐衡条校件其宁最大劣与最榆小主功应力紧间关储系：＞=100kPa，说明该点已处于破坏状态。=1桌13餐.0骨5(搞kP兔a)抗剪型强度咬指标什计算夫图400100300200τfkPaφc0100200300400σkPa实际汁应力密圆极限院应力描圆第三顿节土的借抗剪登强度贷试验寻方法土的失抗剪然强度忽指标极通过土工小试验确定棉。试寨验方贸法分激为室内土工哲试验匀和现场本原位测试亡两种同。室现内试注验常源用的量方法纵有直接楚剪切波试验晋、三压轴剪肾切试嗽验；现略场原桶位测予试的葬方法盖有十字海板剪节切试汤验和勇大型织直剪己试验。指标c、φ值是武土的兽重要幕力学及指标礼，用探于确很定地姜基土啄的承纸载力汁、挡未土墙藏的土让压力休以及誓验算头土坡忙的稳饶定性纳等问霉题。六正确壮地测印定和猪选择气土的分抗剪您强度悄指标阶是土陆工试刻验与痰设计转计算广中十矛分重讲要的例问题彩。一、蹄不同旧排水惧条件诵的试承验方他法与悟适用秆条件l．不固绝结—不排陕水剪愧试验（Un略co船ns效ol杠id呜at虹io并n侧U敏nd敌ra继in锈ed盗Sh夏ea衬r倒T粱es异t,简称UU试验）（快剪笋试验）。模拟脖建筑贴场地鹅土体辫来不负及固汪结排怕水就庸较快片地加农载的钞情况折。在御实际借工程韵中，韵对渗便透性完较差昆，排沸水条泡件不旁良，胖建筑抚物施枣工速幅度快岸的地解基土北或斜毅坡进委行稳品定性成验算慕时应长用。2．固结—不排准水剪连试验（Co配ns礼ol兆id族at刑io童n息U欠nd否ra蜡in骑ed荡Sh漂ea砖r缓T咽es待t，简左称CU试验）（固结仅快剪胜试验）。模拟屋建筑粪场地悦土体袍在自闯重或舍正常节载荷孔作用机下已洋达到脉充分遮固结索，而射后遇喇到突俭然施说加载睡荷的横情况叼。对帮一般电建筑袄物地典基的巴稳定租性验秩算以概及预姓计建季筑物旺施工悔期间困能够盈排水办固结锹，但柴在竣志工后怠将施手加大歌量活戴载荷舍（如需料仓招、油俯罐等倾）或叹可能出有突监然活顺载荷马（如薪风力谱等）冤情况览。固结—排水油剪试小验是亭模拟夺地基雪土体胶已充胳分固类结后谅开始循缓慢篮施加五载荷挺的情性况。切在实希际工院程中鹿，对遥土的武排水既条件垫良好退（如口粘土丘层中树夹砂依层）怜、地择基土考透水著性较惹好（甜低塑袍性粘众性土求）以裹及加袖荷速汗率慢孝时可洞选用蒜。但映因工年程的私正常档施工龟速度聚不易租使孔汗隙水祖压力奔完全警消散县，试题验过箭程既查费时狡又费公力，助因而秀较少扮采用如。3．固结—排水驼剪试细验（Co忠ns上ol始id替at巴io杏n横D童ra借in腔ed努Sh岗ea讲r做T袄es泰t，简愤称CD试验织）（慢剪粥试验）。二、欢直接当剪切岸试验由于直剪孟仪构造攻简单牙，土朝样制这备和堵试验卧操作贡方便烟等特府点，浪现仍纽奉被一阅般工便程所闻采用悼。《地基陷基础吃设计州规范》规定躲，直滨剪试钱验只饲适用区于二幼级及屑三级英建筑迅物的糟可塑遇状粘征性土娱和饱仰和度赤不大题于50姑%的粉倦土。试验薄结果织不能惧反映否工程梢的实辰际情涛况，该所得毅的抗厌剪强危度指提标过舒大，项对高辣等级扭建筑僻物安斧全度沈无法籍保证肚。问题切：1.不能渴有效饶地控亦制排赶水；2.上下昨盒间额缝隙稻的影施响；3.剪切帽面是稻人为舟规定守的；4.剪切川面应草力条贞件复削杂。前图图4-槐1直剪遍仪工嫩作原涨理示忙意图FT土样水平测力装置竖向加压装置上下剪切盒基座上下透水石T三、耐三轴绘剪切近试验图4-动8三轴殊剪切禽仪示轿意图1—量力嫂环；2—活塞泳；3—进水尼孔；4—排水心孔；5—试样罚帽；6—受压单室；7—试样绪；8—乳胶任膜；9—接周摔围压睡力控体制系告统；10俘—接排这水管放；11着—接孔傻隙水桥压力衬系统骂；12层—接轴舱向加插压系发统三轴和剪切带仪由饿受压删室、美周围为压力销控制洽系统委、轴朽向加拦压系天统、封孔隙姑水压便力系降统以何及试原样体垒积变段化量刑测系削统等航组成他。σ1σ3三轴突试验块可以找在三买维空逐间模废拟实递际受吗力状孝态，浅克服姿直剪咬试验鞋的固播有缺幕点，除不仅乐用于预工程罩试验欲，也稼被广犬泛应印用于劲科学椒研究咬中，深一级箩建筑挎物地旱基土烛应予涂采用凶。0στfφc用若挤干土决样进扁行试惩验，她对每盛个土努样施瓣加不茶同σ3，可室分别衬求得板剪切株破坏叫时对抛应的泥最大奋主应脖力σ1，将貌这些茄结果括绘成叫一组砌摩尔惰圆。舰通过眼这些属摩尔旅圆的费切点鸣的直放线就五是土株的抗污剪强渡度线铁，由面此可趣得抗律剪强选度指这标c和φ值。四、睡无侧骨限抗窄压强菜度试卡验无侧口限抗缝压强守度试爹验方橡法适铁用于埋饱和普粘土傅。本纠试验雀所用崇的主累要仪护器设寸备是光应变飘控制忽式无薯侧限缴压缩曲仪。试样硬为原究状土残样1—轴向香加荷岸架；2—轴向着测力音计；3—试样击；4—上、尝下传勺压板辰；5—手轮休；6—升降捏板；7—轴向砍位移蝴计应变瓜控制厅式无碍侧限看压缩骆仪五、咸十字随板剪舅切试挠验1—转盘军；2—摇柄醒；3—滑轮跌；4—弹簧抹秤；5—槽钢段；6—套管烂；7—钻杆状；8—十字摘板十字追板剪目切仪（现忌场原碎位测始试）钻孔危至需桃要试细验的屯土层增深度街以上75芹0m明m处，旋然后厦将装泄有十仅字板今的钻摆杆放修入钻州孔底祥部，美并插心入土躁中75堪0m绒m，施宪加扭冷矩使厌钻杆旅旋转膊直至很土体纤剪切微破坏茅。土谋体剪师切面篇为十塞字板糟旋转仓所形弯成的蹄圆柱痛面。试验厚方法Pc—剪切错破坏忘时的研总作薯用力袄；fc—轴杆螺及设皂备的津机械便阻力折；h、D—十字靠板的皇高度艰和直樱径；R—转盘偏的半搞径；kc一十城字板堵常数旱；适用复于软啄塑状能态的育粘性就土。概述袍：第四介节地基浴破坏薄形式剪与地基驶承载甘力地基偷承载呜力特仪征值是指咸在保品证地岩基稳肌定条窃件下忆，地偷基单偏位面甲积上呀所能暑承受柏的最攻大应话力。地基馆承载临力特顺征值蚊应按旱下列吼规定灭综合蜘考虑紫：1.甲、梦乙级铸的建贺筑物沃采用灯载荷收试验墙、理渗论公赌式计穿算及状其他在原位玩试验截等方宣法综草合确寺定；2.丙级梢的建密筑物察可按税土的拒物理记力学灾指标这、标彻准贯律入试垮验、扁轻便石触探烈试验要等方仇法确做定。3.次要纱建筑揉物可炭根据耐邻近父建筑耕物的粗经验由确定。影响纤因素李：土选性质洒、基舅础埋芦深与摘宽度美、施睬工方款法原位荷载试验装置荷载试坑支墩次梁主梁承压板千斤顶百分表基准梁一、肿平板模载荷瘦试验欧确定兆地基坊承载霸力（一田）地叉基变萝形的甲三个臣阶段现场励平板药载荷伏试验苹时，楼地基朴在局陕部荷叔载作僚用下游，从隐开始摸施加披荷载贵并逐尘渐增雹加至枯地基造发生剑破坏斜，地俗基的载变形问大致外经过赢以下董三个偿阶段急：荷载试验p～s曲线0spcrpuabcs1p土中鹿即将关出现坐剪切天破坏奖（塑煤性变拖形）通点时植的基骄底压哥力称霜为临塑现压力（或比例怜极限）。pcr1．直猴线变点形阶纳段（压咏密阶颠段）转：p≤pcr（图辣中oa段）此阶摄段土两的变筝形主步要是雄由土薄的压姻实，投孔隙耳体积解减小茄引起苹的，旅土体批处于突弹性奥平衡喝状态。2．局君部剪匙切阶发段（塑打性变势形阶奖段）镜：pcr＜p＜pu（图香中ab段）pcz地基亭中的落变形逐不再您是线冬形变抵化，探压力珠和变扑形之暮间成律曲线纲关系浩；随着抛压力详的增政加，麦地基逗除进博一步曾压密强外，好在局工部（侵一般朗从基装础边薪缘开准始）细出现丽了剪离切破写坏区订（也对称为塑性谎区）。此段底范围御内的申基底迎压力市称为个塑性包荷载pcz3.失稳倾阶段(完全探破坏省阶段拦）：p≥pu极限邪荷载pu：地基主刚出布现整验体滑蹄裂破傅坏面炎时的添基底印压力冠。压力藏继续怜增加标，地截基变吧形将爪急剧稼增大择，塑怨性区雹扩大甘，形包成连孙续的育滑动钞面，眉土从助荷载垃板下关挤出图，在趟地面味隆起脂，这续时地扎基已纠完全萝丧失矩稳定票性。pu连续缴滑动界面(二)平板滋载荷矩试验蛙确定闷地基派承载追力由试券验结着果可锈绘制p～s关系畅曲线姓，并讨推断援出地餐基的咱极限积荷载染与承型载力惭特征覆值。承载虎力特刃征值敌由载炊荷试索验p～s关系曲线哗确定生：荷载试验p～s曲线0spcrpuabcs1p1.当p～s曲线攻上有唤比例幕界限做时，闻取该锡比例指界限悄所对车应的呀荷载叠值；2.当极伯限荷肌载小适于对朵应比末例界肢限的球荷载蜂值的2倍时巧（pu≤2pcr），男取极协限荷烂载值应的一钞半；3.当不请能按映上述烘要求蚊确定苍时，束当压脆板面孙积为0.赶25～0.蛮50档m2，可直取s/谅b=用0.按01～0.饱01才5所对易应的奏荷载良，但峡其值陪不应洗大于闭最大茶加载龙量的伐一半看；4.同一担土层递实验返不应嘉少于暗三点歇，当窑试验霞实测抛值的遗极差屯不超爸过其劫平均稳值的30减%时，燃取此跑平均沾值作坑为该伐土层枪的地基葱承载外力特蛋征值fak。二、辱理论醋公式佣确定痕地基钟承载累力塑性巧区范鲜围不股超过赛一定故限度倾，可哗采用位一定捏深度船的塑债性区昆的基祝底压保力pcz作为袭地基侄承载叼力特壤征值惊。当荷颈载偏痕心距e≤0厦.3思3倍基淡础底将面宽婚度时浪，通钓过抗匙剪强屯度指蚊标计件算地攀基土玻承载垃力特位征值葡。fa—地基毫承载祝力特时征值贴（kP怀a）；γ—基础货底面征以下曲土的客重度毁，地熄下水袍位以制下取有效棵重度贞（kN／m3）；γm—基础眠底面终以上与土的童加权棵平均模重度醒，地页下水位读以下蚂取有亲效重葡度（kN／m3）；Mb、Md、Mc—承载耳力系姿数，更按表4-干1确定离；b—基底纹宽度遵（m），吹当基够底宽毕度大击于6m按6m考虑，汽对于院砂土树小于3m时按3m考虑雷；ck—基底余下一天倍基奏础底晨面短身边宽衰深度锹内土茄的粘聚力否标准贩值（kP泼a）。三、司确定北地基限承载合力的往其它缓方法（一圆）其智它试箱验方端法确露定地绒基承然载力上述启载荷与试验初只能誓用来不测定馒浅层逆土的旧承载哪力，风如垃果需煮要测化定的阶土层叶位于坟地下皆水位垫以下释或位疗于比融较深欣的地狐方，精应采洗用如蔬下载惯荷试趋验的投方法兵：深层后平板萝载荷应试验总、旁吸压试蚀验和御螺旋旅压板酷载荷诵试验，适押用于轮地下余水位悉以下盒的土薪层和涛埋藏疤很深齐的土斑层，趋是较时理想井的原也位测由定地月基承闪载力赛的方副法。1.间接嚷原位蝴测试田的方惜法静力巩触探喷试验争和标仪准贯议入试土验与药载荷暂试验盏结果萄对比侮分析归，建独立经袋验关弯系，驱间接搂确定企地基承载踪蝶力。2.规范淋推荐通的地绸基承特载力境表应注狮意这陵些承员载力减表的暴局限奸性。泄新版露本的《建筑适地基滥基础蜘设计峰规范》G泽B5脉00摸07—20始02已将卡所有斧的承泊载力戚表取娘消，香可以蛛在本传地区订得到顷验证押的条竭件下巡寿，作财为一滔种推览荐性游的经浪验方酱法使挡用。（二神）经遣验方青法确都定地返基承瞎载力四、据地基愉承载劫力特辉征值寻的修虎正当基睛础宽寄度大达于3m或埋受置深唉度大而于0.丢5m时，顶从载紧荷试暮验或边其它脏原位蚁测试位、经烛验值映等方驱法确禁定的盐地基鞠承载牧力特拾征值晌，尚巩应按仗下式芝修正移：式中fa—修正盼后的社地基灯承载忽力特俊征值岗（kP锤a）；fak—地基贫承载中力特赠征值吓（kP穷a）；γ—基础俘底面评以下龄土的南重度笼，地掀下水巡寿位以针下取有辩效重此度（kN／m3）；γm—基底暴以上渔土的包加权锋平均混重度采，地汪下水找位以下取搁有效浊重度座（kN／m3）；b—基底置宽度(m裹)，小诊于3m时按3m取值血，大旷于6m按6m取值羞；ηb、ηd—基础盗宽度完和埋贩深的梯地基若承载谷力修风正系数，黄按基筐底下宋土的抚类别废取值万；d—基础锯埋置仁深度巴（m）,一般售自室筋外地泻面标念高算起。馋在填咳方整踏平地刊区，优可自脾填土斯地面桥标高说算起，晚但填够土在戴上部料结构谜施工禁