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1、地基基础-土的抗剪强度与地基承载力 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望4.1 4.1 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库仑定律库仑定律（17761776，法）：土的抗，法）：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力剪强度是剪切面上的法向总应力的线性函数。的线性函数。砂土：砂土：粘性土：粘性土：说明说明：（1）土的抗剪强度指标有两个，即粘聚力和内摩擦角。）土的抗剪强度指标有两个，即粘聚力和内摩擦角。（2）土的抗剪强度是剪切面上法向总应力的函
2、数。）土的抗剪强度是剪切面上法向总应力的函数。（3）无粘性土的强度仅由粒间摩擦力引起；粘性土的强）无粘性土的强度仅由粒间摩擦力引起；粘性土的强度由粘聚力和摩擦力两部分组成。度由粘聚力和摩擦力两部分组成。影响抗剪强度的主要因素：影响抗剪强度的主要因素：影响粘聚力的因素：土中粘粒含量、矿影响粘聚力的因素：土中粘粒含量、矿物成分、含水量、土的结构等。物成分、含水量、土的结构等。影响内摩擦角的因素：土的原始密度、土影响内摩擦角的因素：土的原始密度、土粒形状、表面粗糙程度以及颗粒级配等。粒形状、表面粗糙程度以及颗粒级配等。剪切面上的法向总应力。剪切面上的法向总应力。土的极限平衡条件土的极限平衡条件极限平
3、衡状态极限平衡状态：土中某点任一方向：土中某点任一方向的剪应力达到土的抗剪强度时。的剪应力达到土的抗剪强度时。土中某点的应力状态：土中某点的应力状态：判别土体中某点的平衡状态：判别土体中某点的平衡状态：弹性平衡状态：弹性平衡状态：极限平衡状态：极限平衡状态：剪切破坏状态：剪切破坏状态：极限应力圆极限应力圆极限平衡条件：极限平衡状态时极限平衡条件：极限平衡状态时应力之间的关系。应力之间的关系。无粘性土：无粘性土：粘性土：粘性土：例例41地基中某一单元土体上的大主应力地基中某一单元土体上的大主应力为为420kPa，小主应力为，小主应力为180kPa。通。通过试验测得土的抗剪强度指标过试验测得土的抗
4、剪强度指标c=18kPa，20。试问：。试问：该单该单元土体处于何种状态？元土体处于何种状态？是否会沿是否会沿剪应力最大的面发生破坏。剪应力最大的面发生破坏。4.2 4.2 土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度试验方法剪切试验：确定土的抗剪强度的试验。剪切试验：确定土的抗剪强度的试验。室内剪切试验：直接剪切试验、三轴剪切室内剪切试验：直接剪切试验、三轴剪切试验、无侧限抗压强度试验。试验、无侧限抗压强度试验。现场原位测试：十字板剪切试验。现场原位测试：十字板剪切试验。直接剪切试验直接剪切试验应变软化与应变硬化应变软化与应变硬化抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定直剪仪的优缺点：直剪仪的优缺点：优点：
5、构造简单，操作方便，工程应用广。优点：构造简单，操作方便，工程应用广。缺点：缺点：（1）不能严格控制排水条件，不能量测试）不能严格控制排水条件，不能量测试验过程中试样的孔隙水压力。验过程中试样的孔隙水压力。（2）剪切面不为土样的最薄弱面。）剪切面不为土样的最薄弱面。（3）剪切面上剪应力分布不均匀，剪切面）剪切面上剪应力分布不均匀，剪切面积随剪切位移的增加而减小。积随剪切位移的增加而减小。三轴剪切试验三轴剪切试验三轴试验的优缺点：三轴试验的优缺点：优点：优点：（1）能较严格地控制试样的排水条件，从而可）能较严格地控制试样的排水条件，从而可以量测试样中的孔隙水压力，计算有效应力。以量测试样中的孔隙
6、水压力，计算有效应力。（2）应力分布比较均匀。）应力分布比较均匀。缺点：缺点：（1）仪器较复杂，操作技术要求高，且试样制备）仪器较复杂，操作技术要求高，且试样制备也比较麻烦。也比较麻烦。（2）径向压力相等与土体实际受力有差异。）径向压力相等与土体实际受力有差异。无侧限抗压试验无侧限抗压试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度。适用于测定饱和软粘土的不排水强度。饱和粘性土的灵敏度饱和粘性土的灵敏度定义式：定义式：饱和粘性土按灵敏度分类：饱和粘性土按灵敏度分类：十字板剪切试验十字板剪切试验适用于现场测定软粘土的原位抗剪强度。适用于现场测定软粘土的原位抗剪强度。优点：无需钻孔取样，土样受扰动优点：无需钻
7、孔取样，土样受扰动小，仪器结构简单，操作方便。小，仪器结构简单，操作方便。缺点：剪切面上的应力条件十分复缺点：剪切面上的应力条件十分复杂，排水条件不能严格控制。杂，排水条件不能严格控制。4.3 不排水条件时剪切试验成果不排水条件时剪切试验成果总应力强度指标：粘聚力、内摩擦角总应力强度指标：粘聚力、内摩擦角有效应力强度指标：有效粘聚力、有效有效应力强度指标：有效粘聚力、有效内摩擦角。内摩擦角。总应力法：总应力法：有效应力法：有效应力法：不同排水条件时的剪切试验方法不同排水条件时的剪切试验方法三轴剪切试验：三轴剪切试验：（1）不固结不排水剪（）不固结不排水剪（UU试验）试验）（2）固结不排水剪（）
8、固结不排水剪（CU试验）试验）（3）固结排水剪（）固结排水剪（CD试验）试验）直剪试验：直剪试验：（1）快剪试验）快剪试验（2）固结快剪试验）固结快剪试验（3）慢剪试验）慢剪试验剪切试验成果的表达方法剪切试验成果的表达方法剪切试验成果的表达方法剪切试验成果的表达方法抗剪强度指标的选用抗剪强度指标的选用饱和粘性土的不排水强度饱和粘性土的不排水强度4.4 4.4 地基的临塑荷载地基的临塑荷载临塑荷载临塑荷载：地基从压密变形阶段转：地基从压密变形阶段转为塑性变形阶段的临界荷载。为塑性变形阶段的临界荷载。极限荷载极限荷载：使地基发生整体剪切：使地基发生整体剪切破坏的荷载。破坏的荷载。地基变形的三个阶段
9、：地基变形的三个阶段：（1）线性变形阶段：压密变形阶段）线性变形阶段：压密变形阶段（2）塑性变形阶段）塑性变形阶段（3）破坏阶段）破坏阶段临塑荷载理论计算基本公式临塑荷载理论计算基本公式（1）应用弹性理论计算附加应力；）应用弹性理论计算附加应力；（2）利于强度理论建立极限平衡条件）利于强度理论建立极限平衡条件极限平衡条件：塑性区边界方程：塑性区的最大深度：(3)临塑荷载的计算公式：临塑荷载的计算公式：地基承载力及界限荷载的计算地基承载力及界限荷载的计算地基承载力地基承载力：指地基承受荷载的能力。：指地基承受荷载的能力。界限荷载界限荷载：塑性区的最大开展深度等于：塑性区的最大开展深度等于基础宽度
10、的基础宽度的1/41/4时所对应的荷载。时所对应的荷载。界限荷载的计算公式：界限荷载的计算公式：4.5 地基的极限承载力地基的极限承载力地基极限承载力地基极限承载力：使地基发生剪切：使地基发生剪切破坏失去整体稳定时的基底压力，破坏失去整体稳定时的基底压力，是地基所能承受的基底压力极限值。是地基所能承受的基底压力极限值。地基承载力设计值：地基承载力设计值：地基的破坏模式地基的破坏模式整体剪切破坏整体剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏冲剪破坏（1）密实的砂土和硬粘土较可能发生整体剪切破坏；）密实的砂土和硬粘土较可能发生整体剪切破坏；（2）中等密实砂土、松砂和软粘土可能发生局部剪切破坏；）中等
11、密实砂土、松砂和软粘土可能发生局部剪切破坏；（3）压缩性较大的松砂和软土地基可能发生冲剪破坏；）压缩性较大的松砂和软土地基可能发生冲剪破坏；（4）影响地基破坏模式的其它因素：基础埋深、加荷速率等。）影响地基破坏模式的其它因素：基础埋深、加荷速率等。确定地基极限承载力的途径确定地基极限承载力的途径数学模型法：采用严密的数学方法求解数学模型法：采用严密的数学方法求解土中某点达到极限平衡时的静力平衡方土中某点达到极限平衡时的静力平衡方程组，以得出地基极限承载力。程组，以得出地基极限承载力。假定滑动面法：根据模型试验的滑动面假定滑动面法：根据模型试验的滑动面形状，通过简化得到假定的滑动面，然形状，通过
12、简化得到假定的滑动面，然后借助该滑动面的极限平衡条件，求出后借助该滑动面的极限平衡条件，求出地基极限承载力。地基极限承载力。太沙基太沙基(Terzaghi)地基极限承载力地基极限承载力适用范围：基底粗糙的条形基础。适用范围：基底粗糙的条形基础。假定滑动面形状及滑动土体分区：假定滑动面形状及滑动土体分区：太沙基太沙基(Terzaghi)公式公式K=2.03.0魏锡克魏锡克(Vesic)地基极限承载力地基极限承载力魏锡克魏锡克(Vesic)公式公式特点：考虑了基础形状、荷载倾斜及基特点：考虑了基础形状、荷载倾斜及基础埋深对极限承载力的影响。础埋深对极限承载力的影响。K=2.04.0斯肯普顿斯肯普顿(Skempton)地基极限承载力地基极限承载力适用范围：饱和软土地基。适用范围：饱和软土地基。斯肯普顿斯肯普顿(Skempton)公式公式K=1.11.5思考题思考题何谓土的抗剪强度？砂土与粘性土的抗何谓土的抗剪强度？砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同？为什么说土的剪强度表达式有何不同？为什么说土的抗剪强度不是一个定值？抗剪强度不是一个定值？临塑荷载和界限荷载的物理意义是什么临塑荷载和界限荷载的物理意义是什么？地基的破坏模式有几种？地基的破坏模式有几种？习题习题习题习题1习题习题4习题习题6