土力学与地基基础——第5章土的强度理论

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1、第五章土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度土的极限平衡条件抗剪强度指标的确定(直剪，三轴，十字板）地基的临塑荷载和极限荷载地基承载力的确定第一节、土的抗剪强度土的抗剪强度：是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。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，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。

2、土体强度及其特点工程中土的强度问题土的抗剪强度土的强度的特点各种类型的滑坡(sliding)挡土和支护结构的破坏地基的破坏砂土的液化(liquefaction)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)地基P滑裂面地基的破坏建筑物地基承载力问题(图2)某谷仓地基的破坏锚固破坏整体滑动底部破坏土体下沉墙体折断挡土支护结构的破坏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

3、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广州京光广场基坑塌方使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人各种类型的滑坡崩塌平移滑动旋转滑动流滑滑裂面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。1994年4月30日崩塌体积400万方，10万方进入乌江死4人，伤5人，失踪12人；击沉多艘船只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡滑坡体崩入乌江近百万方；江水

4、位差数米，无法通航。乌江武隆鸡冠岭山体崩塌大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾4.砂土的液化问题砂土的液化(liquefaction)日本新泻1964年地震引起大面积液化土压力边坡稳定性地基承载力振动液化特性挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏砂土的液化核心问题:土体的强度理论土的破坏准则:土体在发生剪切破坏时应力组合关系称为土的破坏准则。第二节、土的极限平衡条件土的抗剪强度理论－摩尔－库仑破坏理论土的极限平衡状态：当土体剪应力等于土的抗剪强度时的临界状态土的极限平衡条件：土体处于极限平衡状态时土的应

5、力状态和土的抗剪强度指标之间的关系式。1、库仑定律土的抗剪强度：土体破坏时剪切面上的剪应力称为土的抗剪强度库仑（C.A.Coulomb）(1736-1806)法国军事工程师，在摩擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。1773年发表了关于土压力方面论文，成为土压力的经典理论剪切试验模拟1776年，库仑根据砂土剪切试验f=tan砂土后来，根据粘性土剪切试验f=c+tan粘土c库仑定律：在一般应力水平下，土的抗剪强度与滑动面上的法向应力之间呈直线关系ffOc库仑公式：（1776）

6、f：土的抗剪强度（剪切破裂面上的剪应力）tg：摩擦强度-正比于压力：土的内摩擦角c：粘聚强度-与所受压力无关土体抗剪强度来源与影响因素摩擦力来源：滑动摩擦--剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦咬合摩擦--土粒间互相嵌入所产生的咬合力粘聚力来源：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成抗剪强度影响因素：摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构上述法向应力采用总应力表示，称为抗剪强度的总应力表达式。当法向应力

7、采用有效应力表示时，则称为抗剪强度的有效应力表达式。根据有效应力原理，土中某点的总应力等于有效应力和孔隙水压力u之和，即而抗剪强度的有效应力表达式为：或式中、分别为有效粘聚力和有效内摩擦角抗剪强度的第二种表达式：抗剪强度的第二种表达式土的抗剪强度指标c和是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标当采用总应力时，称为总应力抗剪强度指标当采用有效应力时，称为有效应力抗剪强度指标对无粘性土通常认为，粘聚力C=0库仑公式:土体抗剪强度来源与影响因素摩擦力来源：滑动摩擦--剪切面土粒间表面的粗糙所产生

8、的摩擦咬合摩擦--土粒间互相嵌入所产生的咬合力粘聚力来源：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成抗剪强度影响因素：摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构摩擦强度摩擦强度：决定于剪切面上的正应力σ和土的内摩擦角由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒的形状，矿物组成，级配等因素有关0.020.060.20.623020颗粒直径(mm)滑动摩擦角