地基与基础-土的抗剪强度与地基承载力

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1、地基与基础工程SoilMechanicsandFoundationEngineering土的抗剪强度与地基承载力§4.1概述§4.2土的抗剪强度§4.3土的抗剪强度试验方法§4.4地基承载力第四章4.1概述土的抗剪强度：是指土体对于外力作用下，土体内部产生剪应力时，土对剪切破坏的极限抵抗能力。主要应用于地基承载力的计算和地基稳定性的分析、边坡稳定性分析、档土墙及地下结构物上的土压力计算等。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

2、，土体中将产生剪应力和剪切变形，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。4.1概述工程背景1.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。1.建筑物地基承载力问题(图1)建筑物地基承载力问题(图2)建筑物地基承载力问题(图4)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。2.构筑物环境的安全性问题即土压力问题3.土工构筑物的稳定性问

3、题3.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。2006年3月27日下午4时45分，太原到旧关高速公路寿阳段发生严重塌陷，路面整体沉陷，路基向外滑移，塌陷处长130米，宽12米，深8.5米，所幸没有发生交通事故，未造成人员伤亡。专家勘察后，初步确定此地段原是旧河槽，底层土壤渗水液化造成塌陷。石太高速寿阳段塌陷现场严重2006年03月30日星期四央视《焦点访谈》石太高速寿阳段塌陷现场严重石太高速公路寿阳段塌陷现场（3月28日摄）。2006年03月30

4、日星期四央视《焦点访谈》石太高速寿阳段塌陷现场严重石太高速公路寿阳段塌陷现场（3月28日摄）。3月28日，公路勘察人员在查看石太高速公路寿阳段塌陷后的裂缝。2006年03月30日星期四央视《焦点访谈》2000年西藏易贡巨型滑坡第二节土的抗剪强度一、抗剪强度（一）、库仑定律（剪切定律）测定方法：直接剪切试验（直剪试验）应力控制式直剪仪应变控制式（常用）测定仪器：直剪仪工作原理示意1773年，库仑根据砂土剪切试验得出f=tan砂土f=c+tan粘土c库仑定律：在法向压力变化范围不大的范围内，抗剪强度τf与法向压力σ之间的关

5、系，可近似的用一条直线代替。c:土的粘聚力:土的内摩擦角ff根据粘性土剪切试验得出:为土的内摩擦力摩尔包线f=c+tan·····库伦公式（二）、抗剪强度的构成因素来源于土的内摩擦力颗粒之间表面摩擦力；颗粒之间的相互嵌入和互锁作用产生的咬合力。粘性土抗剪强度构成主要来源于黏聚力其次内摩擦力内摩擦力无粘性土抗剪强度：度影响因素土的抗剪强①土颗粒的矿物成分、形状、粒径及表面粗糙程度（三）、抗剪强度的影响因素②原始密度③天然含水量④土的结构扰动情况⑤有效应力大小⑦应力历史⑥试验条件二、摩尔—库仑强度理论材料的剪切破坏主要是由于

6、土中某一截面上的剪应力达到极限值所致，但材料达到破坏时的抗剪强度也与该截面上的正应力有关。最大剪应力理论土体的稳定状态当土中某点的剪应力小于土的抗剪强度时，土体不会发生剪切破坏。极限平衡状态当土中剪应力等于土的抗剪强度时，土体式处于极限平衡基本概念破坏状态当土中剪应力大于土的抗剪强度时理论上属于破坏状态（实际上这种应力状态根本不存在）（一）、土中一点的应力状态◇最大主应力与最小主应力假定土体是均匀的、连续的，一无限长条形荷载作用于半无限体的表面上，研究水平地面下任一深度z处M点的应力状态。由M点取一微元体dxdydz，并使微元体的上、下

7、面平行于地面。因微元体很小，可忽略微元体本身的质量。现分析此微元体的受力情况，将微元体放大。因为土体并无外荷作用，只有土的自重作用，故在微元体各个面上没有剪应变，也就没有剪应力，凡是没有剪应力的面称为主应面。作用在主应面上的力称为主应力，因此前图中的σ1为最大主应力，σ3为最小主应力。土中某点应力状态是个复杂的三向受力状态，为简化计算只考虑最大和最小主应力。要计算土中任意点任意截面上的正应力和剪应力可以通过数解法和图解法求得。O131/2(1+3)2A(,)土中某点的应力状态可用摩尔应力圆描述31摩尔圆可以

8、表示土体中一点的应力状态，摩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。3311斜面上的应力竖直法向等于0:水平法向等于0：根据平衡条件所有的力在列出两个平衡方程：⑴应力圆与强度线