《土力学与地基基础(土的抗剪强度及地基承载力).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学与地基基础(土的抗剪强度及地基承载力).ppt（24页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、一、一、土的抗剪强度土的抗剪强度 土的抗剪强度：土的抗剪强度：指土体指土体抵抗剪切破坏抵抗剪切破坏的极限能力，数值上的极限能力，数值上等于剪切破坏时等于剪切破坏时滑动面上的滑动面上的剪应力剪应力。土体的破坏通常都是。土体的破坏通常都是剪切破坏。剪切破坏。土体破坏过程：土体破坏过程：如果土体内如果土体内某一部分某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部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，剪切破坏的分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏的范范围逐渐扩大围逐渐扩大，最终在土体中形成，最终在土体中形成连续的滑动面连续的滑动面，地基发生，地基发生整体剪切破坏而丧失
2、稳定性。以下是整体剪切破坏而丧失稳定性。以下是滑坡和地基破坏滑坡和地基破坏示意示意图。图。第五章第五章 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力平移滑动平移滑动各种类型的滑坡各种类型的滑坡崩塌崩塌旋转滑动旋转滑动流滑流滑地基地基p地基的破坏地基的破坏剪切破坏判断准则：剪切破坏判断准则：莫尔莫尔-库伦破坏准则库伦破坏准则抗剪强度的影响因素：抗剪强度的影响因素：土的性质、应力状态、仪器种类试验方法土的性质、应力状态、仪器种类试验方法二、二、土的极限平衡条件土的极限平衡条件极限平衡状态：剪应力极限平衡状态：剪应力=土的抗剪强度土的抗剪强度极限平衡条件：平衡状态时应力状态与抗剪强度指标间的关系
3、式极限平衡条件：平衡状态时应力状态与抗剪强度指标间的关系式(一一)莫尔库伦破坏理论莫尔库伦破坏理论 粘性土粘性土c:土的粘结力土的粘结力:土的内摩擦角土的内摩擦角无粘性土无粘性土 f：土的抗剪强度土的抗剪强度 tg：摩擦强度摩擦强度-正比于法向压力正比于法向压力 c：粘结强度粘结强度-与所受压力无关与所受压力无关1 1、库仑公式、库仑公式能保持土坡稳定的能保持土坡稳定的极限坡角极限坡角抗剪强度指标抗剪强度指标土的抗剪强度不仅与土的抗剪强度不仅与土的性质土的性质有关，还与有关，还与试验条件、仪器试验条件、仪器种类种类和和应力状态应力状态等因素有关，等因素有关，抗剪强度不是常数。抗剪强度不是常数。
4、根据有效应力原理，土体内的剪应力是由土的骨架承担，根据有效应力原理，土体内的剪应力是由土的骨架承担，只有只有有效应力的变化才能引起强度的变化有效应力的变化才能引起强度的变化，因此，土的抗，因此，土的抗剪强度应修改为剪强度应修改为 无粘性土有效应力抗剪强度公式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，理论上与试有效抗剪强度指标，对于同一种土，理论上与试验方法无关，接近于常数验方法无关，接近于常数C C、抗剪强度指标，对于同一种土，在相同抗剪强度指标，对于同一种土，在相同试验条件下为常数试验条件下为常数 2、莫尔破坏包线、莫尔破
5、坏包线莫尔莫尔(Mohr)提出，当任一平面上的提出，当任一平面上的剪应力等于剪应力等于材料的材料的抗剪强度抗剪强度时该时该点就发生点就发生破坏破坏，并提出在破坏面上的剪应力与法向应力存在函数关，并提出在破坏面上的剪应力与法向应力存在函数关系，即系，即 3 3、莫尔、莫尔库伦破坏理论库伦破坏理论应力变化不大，包线可用应力变化不大，包线可用库伦公式库伦公式 f f =c c+tgtg 表示。如虚线所示，表示。如虚线所示，由库伦公式作为抗剪强度公式，根据由库伦公式作为抗剪强度公式，根据剪应力剪应力是否达到是否达到抗剪强度抗剪强度作为破作为破坏标准的理论就称为坏标准的理论就称为莫尔莫尔-库伦破坏理论库
6、伦破坏理论。.A.A.B.B.C.C包线下方包线下方:稳定状态（稳定状态（(f 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，也就无法判别土的状态。面，也就无法判别土的状态。（二）莫尔（二）莫尔库伦破坏准则库伦破坏准则1、土体中任一点的应力状态、土体中任一点的应力状态在土体中取一单元微体（在土体中取一单元微体（大主应力1 1，小主应力，小主应力3 3），求
7、与大主应力，求与大主应力作用面成任意角度作用面成任意角度面上的面上的正应力和剪应力正应力和剪应力：方程的解可用莫尔应力圆表示。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。应平面上的正应力和剪应力。2、土的极限平衡条件、土的极限平衡条件 （1）莫尔圆与抗剪强度线间的关系）莫尔圆与抗剪强度线间的关系根据根据极限应力圆与抗剪强度包线极限应力圆与抗剪强度包线之间的之间的几何关系，可建立极限平衡条件。几何关系，可建立极限平衡条件。（2）极限平衡条件
8、的建立）极限平衡条件的建立由三角形由三角形ARDARD可知可知由三角函数关系由三角函数关系,经化简后得经化简后得 粘性土极限平衡条件如下粘性土极限平衡条件如下：无粘性土（无粘性土（c=0）极限平衡条件）极限平衡条件：破坏角破坏角 O 1f 3 1 13 3、破坏判断方法、破坏判断方法方法一：方法一：3 3为常数，计算在为常数，计算在3作用下作用下极限平衡时所需的极限平衡时所需的1f ：判别对象：土体微小单元（一点）判别对象：土体微小单元（一点）1、3，C C、已知，已知，要判断在已知应力作用下土体的状态。要判断在已知应力作用下土体的状态。1 1f 破坏状态破坏状态3 3f 稳定状态稳定状态3=
9、3f 极限平衡状态极限平衡状态3 3f 破坏状态破坏状态方法二：方法二：1 1为常数，计算在为常数，计算在1作用下作用下极限平衡时所需的极限平衡时所需的3f ：O 1 3f 3 3三、抗剪强度指标的确定三、抗剪强度指标的确定 （一）直接剪切试验（一）直接剪切试验抗剪强度指标的确定：抗剪强度指标的确定：该直线与横轴的夹角为内摩擦角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在纵轴上的截距为粘聚力c c PSA=100KPa S=200KPa=300KPa Oc 曲线峰值点即为相应法向应曲线峰值点即为相应法向应力作用下的抗剪强度力作用下的抗剪强度绘制抗剪强度线绘制抗剪强度线抗剪强度曲线抗剪强
10、度曲线按剪切速率不同，分为以下三种按剪切速率不同，分为以下三种1.1.快剪快剪2.固结快剪固结快剪3.固结慢剪固结慢剪应变控制式三轴仪：周围压力系统，轴向加压系统，孔隙水压力量测系统组成应变控制式三轴仪：周围压力系统，轴向加压系统，孔隙水压力量测系统组成 3 3 3 3 3 3 （二）三轴压缩试验（二）三轴压缩试验试验过程：试验过程：v先加周围压力先加周围压力 3；v然后施加轴向力然后施加轴向力 1=1-3，增大，增大 1直到破坏。直到破坏。v分别做围压分别做围压为为100 kPa、200 kPa、300 kPa的的三轴试验，得到破坏时相应的三轴试验，得到破坏时相应的 1v绘制三个破坏状态的摩
11、尔应力圆，画出它们的公切绘制三个破坏状态的摩尔应力圆，画出它们的公切线线抗剪强度包线，得到强度指标抗剪强度包线，得到强度指标 c 与与 c (1-)f(1-)f v固结不排水试验（CUCU试验）v不固结不排水试验（UUUU试验）抗剪强度线为水平线抗剪强度线为水平线cd、d ccu、cu cu、u v固结排水试验（CDCD试验）试验类型试验类型适于排水不良的土适于排水不良的土优点和缺点优点和缺点优点：优点：1 1 应力状态明确应力状态明确,模拟了土实际受力状态；模拟了土实际受力状态；2 2 排水条件清楚，可控制；排水条件清楚，可控制；3 3 破坏面不是人为固定的；破坏面不是人为固定的；缺点：缺点
12、：设备相对复杂，现场无法试验设备相对复杂，现场无法试验说明：说明：3 30 0 即为即为无侧限压缩试验无侧限压缩试验（三）无侧限压缩试验（特殊的三轴试验）（三）无侧限压缩试验（特殊的三轴试验）只施加竖向压力只施加竖向压力（3 30 0），直至破坏，直至破坏。破坏时的轴向压应力破坏时的轴向压应力q qu u称为称为无侧限抗压强度。无侧限抗压强度。c =0qu 由由饱和粘性土，进行不固结不排水试验，其饱和粘性土，进行不固结不排水试验，其破坏包线近于一条水平线。破坏包线近于一条水平线。v原位试验，适应于测定软粘土原位试验，适应于测定软粘土的不排水强度指标；的不排水强度指标；v先钻孔到指定的土层，插先
13、钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；入十字形的探头；v通过施加的最大扭矩计算通过施加的最大扭矩计算土的抗剪强度土的抗剪强度（四）十字板剪切试验（四）十字板剪切试验五、地基的临塑荷载和极限荷载五、地基的临塑荷载和极限荷载 （一）地基破坏的类型（一）地基破坏的类型有三个阶段；有明显有三个阶段；有明显隆起；连续滑动面；隆起；连续滑动面；急剧下沉或倾斜。急剧下沉或倾斜。无明显三个阶段；无明显三个阶段；滑动面终止在地基滑动面终止在地基内部；微微隆起；内部；微微隆起；不倒塌或倾斜不倒塌或倾斜曲线；垂直剪切破曲线；垂直剪切破坏；没有隆起，反坏；没有隆起，反而下沉；过大沉降而下沉；过大沉降不倾斜不倾斜o oa
14、 ab bP PcrcrP Pu uS SP Po oS SP Po oS SP Pa a点点:临塑荷载（临塑荷载（P Pcrcr)b b点点:极限荷载极限荷载(P Pu u)（二）（二）地基的临塑荷载地基的临塑荷载(Pcr)根据塑性变形时的极限平衡条件可得根据塑性变形时的极限平衡条件可得若若 相应的荷载相应的荷载 为临塑荷载为临塑荷载中心荷载中心荷载偏心荷载偏心荷载称为临界荷载称为临界荷载（三）（三）地基的极限荷载（地基的极限荷载（Pu）1、普朗特尔、普朗特尔-瑞斯纳极限承载力公式瑞斯纳极限承载力公式其中其中2、太沙基承载力理论计算公式、太沙基承载力理论计算公式 式中式中 承载力系数，需查图
15、实线确定承载力系数，需查图实线确定式中式中 承载力系数，需查图虚线确定承载力系数，需查图虚线确定适于局部剪切破坏适于局部剪切破坏适于整体剪切破坏适于整体剪切破坏练习题：有一矩形基础，练习题：有一矩形基础，l=4m,b=2.5m,d=1.6m,l=4m,b=2.5m,d=1.6m,=19kN/m=19kN/m3 3,c=17kPa,=20,c=17kPa,=20,经查表得到经查表得到N N=3.5,N=3.5,Nc c=15,N=15,Nq q=6.5=6.5试按试按太沙基公式求地基极限承载力。太沙基公式求地基极限承载力。思路（逆向）：思路（逆向）：普朗特尔普朗特尔-瑞斯纳公式瑞斯纳公式太沙基公
16、式太沙基公式圆形基础圆形基础方形基础方形基础条形基础条形基础计算同样宽度的计算同样宽度的条形基础条形基础Pu1Pu1计算同样宽度的计算同样宽度的方形基础方形基础Pu2Pu2矩形基础矩形基础(b/lb/l=0.625)=0.625)条形基础条形基础(b/lb/l=0)=0)方形基础方形基础(b/lb/l=1)=1)Pu1Pu1Pu2Pu2内插求内插求PuPu求求PuPu相同条相同条件下件下五、地基承载力的确定五、地基承载力的确定（一）地基承载力确定方法（一）地基承载力确定方法1 1、荷载试验确定、荷载试验确定(1)(1)P Pu u 2P3mb3m或或d0.5md0.5m，由，由荷载试验，原位测试和经验值荷载试验，原位测试和经验值等方法确定的等方法确定的f fakak应进行修正。应进行修正。注意注意b,db,d 的取值的取值适用于荷载偏心距适用于荷载偏心距e0.033be0.033b时时e0.85e0.85或或SrSr0.50.5的粉土的粉土e e0.850.85及及Sr0.5Sr0.5的粉土的粉土0 00.50.52.22.21.01.0