土力学与地基基础(土的抗剪强度及地基承载力).ppt

1、一、土的抗剪强度,土的抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力，数值上等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。土体的破坏通常都是剪切破坏。 土体破坏过程： 如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，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。以下是滑坡和地基破坏示意图。,第五章 土的抗剪强度和地基承载力,平移滑动,各种类型的滑坡,崩塌,旋转滑动,流滑,地基的破坏,剪切破坏判断准则： 莫尔-库伦破坏准则,抗剪强度的影响因素：土的性质、应力状态、仪器种类试验方法,二、 土的极限平衡条件 极限平衡状态：剪应力=土的抗剪强

2、度 极限平衡条件：平衡状态时应力状态与抗剪强度指标间的关系式 (一)莫尔库伦破坏理论,粘性土,c:土的粘结力 :土的内摩擦角,无粘性土,f ： 土的抗剪强度 tg： 摩擦强度-正比于法向压力 c： 粘结强度-与所受压力无关,1、库仑公式,能保持土坡稳定的极限坡角,抗剪强度指标,土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验条件、仪器种类和应力状态等因素有关，抗剪强度不是常数。 根据有效应力原理，土体内的剪应力是由土的骨架承担，只有有效应力的变化才能引起强度的变化，因此，土的抗剪强度应修改为,无粘性土有效应力抗剪强度公式 粘性土有效应力抗剪强度公式,有效抗剪强度指标，对于同一种土，理论上与试验方法无关

3、，接近于常数,C、,抗剪强度指标，对于同一种土，在相同试验条件下为常数,2、莫尔破坏包线 莫尔(Mohr)提出，当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，并提出在破坏面上的剪应力与法向应力存在函数关系，即,3、莫尔库伦破坏理论 应力变化不大，包线可用库伦公式f = c +tg表示。如虚线所示， 由库伦公式作为抗剪强度公式，根据剪应力是否达到抗剪强度作为破坏标准的理论就称为莫尔-库伦破坏理论。,.A,.B,.C,包线下方:稳定状态（f),莫尔库伦破坏理论判别的不足：须预先确定破坏面的位置，算出破坏面上的剪应力和正应力，根据剪应力与抗剪强度的关系判定。实际上很难确定发生破坏的平面，也

4、就无法判别土的状态。,（二）莫尔库伦破坏准则 1、土体中任一点的应力状态 在土体中取一单元微体（大主应力1，小主应力3），求与大主应力作用面成任意角度面上的正应力和剪应力：,方程的解可用莫尔应力圆表示。 莫尔圆就可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的座标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。,2、土的极限平衡条件 （1）莫尔圆与抗剪强度线间的关系,根据极限应力圆与抗剪强度包线之间的几何关系，可建立极限平衡条件。,（2）极限平衡条件的建立,由三角形ARD可知,由三角函数关系,经化简后得 粘性土极限平衡条件如下：,无粘性土（c=0）极限平衡条件：,破坏角,3、破坏判断方法,方法一：3为

5、常数，计算在3作用下极限平衡时所需的1f ：,判别对象：土体微小单元（一点）,1、3， C、已知，要判断在已知应力作用下土体的状态。,11f 破坏状态,33f 稳定状态 3=3f 极限平衡状态 33f 破坏状态,方法二：1为常数，计算在1作用下极限平衡时所需的3f ：,三、抗剪强度指标的确定,（一）直接剪切试验,抗剪强度指标的确定： 该直线与横轴的夹角为内摩擦角 在纵轴上的截距为粘聚力c,曲线峰值点即为相应法向应力作用下的抗剪强度,绘制抗剪强度线,抗剪强度曲线,按剪切速率不同，分为以下三种,1.快剪 2. 固结快剪 3. 固结慢剪,应变控制式三轴仪：周围压力系统，轴向加压系统，孔隙水压力量测系

6、统组成,（二）三轴压缩试验,试验过程： 先加周围压力 3 ； 然后施加轴向力1= 1-3 ，增大1直到破坏。 分别做围压为100 kPa 、200 kPa 、300 kPa的三轴试验，得到破坏时相应的1 绘制三个破坏状态的摩尔应力圆，画出它们的公切线抗剪强度包线，得到强度指标 c 与 ,固结不排水试验（CU试验）,不固结不排水试验（UU试验） 抗剪强度线为水平线,cd 、d,ccu 、cu,cu 、u,固结排水试验（CD试验）,试验类型,适于排水不良的土,优点和缺点,优点： 1 应力状态明确,模拟了土实际受力状态； 2 排水条件清楚，可控制； 3 破坏面不是人为固定的；,缺点： 设备相对复杂，

7、现场无法试验,说明： 30 即为无侧限压缩试验,（三）无侧限压缩试验（特殊的三轴试验）,只施加竖向压力（30），直至破坏。 破坏时的轴向压应力qu称为无侧限抗压强度。,由,饱和粘性土，进行不固结不排水试验，其破坏包线近于一条水平线。,原位试验，适应于测定软粘土的不排水强度指标；,先钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；,通过施加的最大扭矩计算土的抗剪强度,（四）十字板剪切试验,五、地基的临塑荷载和极限荷载 （一）地基破坏的类型,有三个阶段；有明显隆起；连续滑动面；急剧下沉或倾斜。,无明显三个阶段；滑动面终止在地基内部；微微隆起；不倒塌或倾斜,曲线；垂直剪切破坏；没有隆起，反而下沉；过大沉降不倾斜

8、,a点:临塑荷载（Pcr) b点:极限荷载(Pu),（二） 地基的临塑荷载(Pcr),根据塑性变形时的极限平衡条件可得,若 相应的荷载 为临塑荷载,中心荷载,偏心荷载,称为临界荷载,（三） 地基的极限荷载（Pu） 1、普朗特尔-瑞斯纳极限承载力公式,其中,2、太沙基承载力理论计算公式,式中 承载力系数，需查图实线确定,式中 承载力系数，需查图虚线确定,适于局部剪切破坏,适于整体剪切破坏,练习题：有一矩形基础，l=4m,b=2.5m,d=1.6m, =19kN/m3,c=17kPa, =20,经查表得到N=3.5,Nc=15,Nq=6.5试按太沙基公式求地基极限承载力。,思路（逆向）：,普朗特尔

9、-瑞斯纳公式,太沙基公式,圆形基础,方形基础,条形基础,计算同样宽度的条形基础Pu1,计算同样宽度的方形基础Pu2,矩形基础(b/l=0.625),条形基础(b/l=0),方形基础(b/l=1),Pu1,Pu2,内插求Pu,求Pu,相同条件下,五、地基承载力的确定,（一）地基承载力确定方法,1、荷载试验确定,Pu 2Pcr,取Pu/2作为fak Pu 2Pcr,取Pcr作为fak。,高压缩性土，p-s曲线无明显转折点,取曲线上荷载板的沉降量s=(0.0100.015)b所对应的荷载作为fak.,fak,低压缩性土，p-s曲线 有明显三个阶段,影响地基承载力的因素,土的物理力学性质,堆积年代及成因,地下水,建筑物性质,建筑物基础宽度与埋深,可用临界荷载P1/4为