《土力学与砌体结构 第6章 土的抗剪强度与地基承载力》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学与砌体结构 第6章 土的抗剪强度与地基承载力（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 土的抗剪强度 与地基承载力,6.1 土的抗剪强度,6.2 土的极限平衡理论,6.3 抗剪强度指标的测定方法,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,6.1 土的抗剪强度,1、抗剪强度:土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质指标。 工程中的地基承载力、挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。因此，土的强度实质上就是土的抗剪强度。 2、本章重点 1、抗剪强度参数的概念c、； 2、土的极限平衡条件； 3、各类抗剪强度参数的实际应用。,一、抗剪强度的基本概念,6.1 土的抗剪强度,无粘性土 粘性土,6.1 土的抗剪强度,三、抗剪强度的来源及影响因素,1、抗剪强度的来源：,1）
2、无粘性土：来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）。 包括： a.一部分由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力； b.另一部分是粗颗粒之间互相镶嵌，联锁作用 产生的咬合力。,2）粘性土：除内摩擦力外，还有内聚力。 内聚力主要来源于：土颗粒之间的电分子吸引力 和土中胶结物质（eg.硅、铁物质和碳酸盐等）对 土粒的胶结作用。,6.1 土的抗剪强度,2、影响土的抗剪强度的因素：,影响c，的因素可归纳为两类：,1）土的物理化学性质的影响 a.土粒的矿物成分、颗粒形状与级配的影响。 b.土的原始密度的影响。 c.土的含水量的影响。 d.土的结构的影响。,2）孔隙水压力的影响 工程上，根据 实际地质情况和孔隙水压力消散程
3、度，采用三种不同方法。 a.排水剪；b.不排水剪；c.固结不排水剪。,6.2 土的极限平衡理论,一、土体中任一点的应力状态,假定土层为均匀、连续的半空间材料，研究地面以下任一深度处M点的应力状态。,下面仅研究平面问题，在土体中取一微单元体，作用在该单元体上的两个主应力为 ，则作用在与大主应力作用面成 角的 平面上的正应力 和剪应力 可根据静力平衡条件求得：,6.2 土的极限平衡理论,6.2 土的极限平衡理论,6.2 土的极限平衡理论,6.2 土的极限平衡理论,根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，可建立以下极限平衡条件：,6.2 土的极限平衡理论,6.3 抗剪强度指标的测定方法,抗剪强度
4、的试验方法有多种，室内试验常用的有：直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验；现场原位测试的有十字板剪切试验、大型直接剪切试验等。,应变控制式直剪仪,一、直接剪切试验 1、试验装置； 2、验试成果。,由 曲线可得抗剪强度参数,为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直剪试验可分为快剪、固结快剪和慢剪三种方法。 直接剪切仪的优点：构造简单、操作方便； 直接剪切仪的缺点： 剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的剪切面破坏；剪切面上剪应力分布不均，在边缘发生应力集中现象；在剪切过程中，剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却按圆截面计算；试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。,6
5、.3 抗剪强度指标的测定方法,二、三轴压缩试验 1、试验装置； 2、试验成果。,6.3 抗剪强度指标的测定方法,三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法： （1）不固结不排水试验（ ）； （2）固结不排水试验（ ）； （3）固结排水试验（ ）。 三轴压缩仪的优点：能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化，试件中的应力状态比较明确，破裂面发生在最薄弱的部位。 缺点：试件中的主应力 ，而实际上土体的受力状态未必都属于轴对称情况。,6.3 抗剪强度指标的测定方法,6.3 抗剪强度指标的测定方法,四、十字板剪切试验 1、试验装置。2、抗剪强度公式：,为简
6、化计算，设：,3、优点：构造简单、操作方便、对土的扰动小。,4、测定饱和粘性土的原位不排水剪，特别适用于均匀饱和软粘土。,6.3 抗剪强度指标的测定方法,饱和粘性土的抗剪强度,饱和粘性土的抗剪强度,这是由于在不排水条件下，试样在试验过程中含水量不变，体积不变，饱和粘性土的孔隙压力系数B=1，改变周围压力增量只能引起孔隙水压力的变化，并不会改变试样中的有效应力，各试件在剪切前的有效应力相等，因此抗剪强度不变。 由于一组试件实验结果，有效应力圆是同一个，因而就不能得到有效应力破坏包线和 值，所以这种试验一般只用于测定饱和土的不排水强度。,正常固结饱和土,饱和粘性土的抗剪强度,饱和粘性土的抗剪强度,
7、饱和粘性土的抗剪强度,三、固结排水抗剪强度 固结排水试验在整个试验过程中，孔隙水压力始终为零，总应力最后全部转化为有效应力，所以总应力圆就是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。下图为固结排水试验的应力应变关系和体积变化，在剪切过程中，正常固结粘性土发生剪缩，而超固结土则是先压缩，继而主要呈现剪胀。,饱和粘性土的抗剪强度,饱和粘性土的抗剪强度,三种不同排水条件下的试验结果： 如果以总应力表示，将得出完全不同的试验结果，而以有效应力表示，则不论采用那种试验方法，都得到近乎一条有效应力破坏包线（虚线），可见，抗剪强度与有效应力的唯一对应关系。,饱和粘性土的抗剪强度,四、抗剪强度指标的选择
8、 首先要根据工程问题的性质确定分析方法，进而决定采用总应力或有效应力强度指标，然后选择测试方法。一般认为，由三轴固结不排水试验确定的有效应力强度参数 和 宜用于分析地基的长期稳定性（如土坡的长期稳定分析，估计挡土结构的长期土压力等）；而对于饱和粘性土的短期稳定问题，则宜采用不固结不排水试验的强度指标 ，即 ，以总应力法分析。一般工程问题多采用总应力法分析，其指标和测试方法大致如下：,饱和粘性土的抗剪强度,若建筑物施工速度较快，而地基土的透水性和排水条件不良时，可采用三轴仪不固结不排水试验或直剪仪快剪试验的结果；如果地基荷载增长速率较慢，地基透水性不太小（如低塑性的粘土）以及排水条件又较佳时（如
9、粘土中夹砂层），则可采用固结排水或慢剪试验；如介于上述两种情况之间，可用固结不排水或固结快剪试验结果。,饱和粘性土的抗剪强度,饱和粘性土的抗剪强度,由,饱和粘性土的抗剪强度,饱和粘性土的抗剪强度,应力路径,对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可在应力坐标图中以应力点的移动轨迹表示，这种轨迹称为应力路径。常用的特征点是应力圆的顶点（剪应力为最大），其坐标为 和 。按应力变化过程顺序把这些点连接起来就是应力路径，并以箭头指明应力状态发展方向。,应力路径,应力路径,应力路径,下图为超固结土的应力路径， 为弱超固结土的总应力路径和有效应力路径，由于弱超固结土在受剪过程中产生正的孔隙水压力，故有效
10、应力路径在总应力路径左边； 表示一强超固结试样的应力路径，由于强超固结试样开始出现正的孔隙水压力，以后逐渐转为负值，故有效应力路径开始在总应力路径左边，后来逐渐转移到右边，至 点剪坏。,应力路径,无粘性土的抗剪强度,无粘性土的抗剪强度,无粘性土的抗剪强度,当饱和松砂受到动荷载作用（例如地震），由于孔隙水来不及排出，孔隙水压力不断增加，就有可能使有效压力降低到零，因而使砂土象流体那样完全失去抗剪强度，这种现象称为砂土的液化，因此，临界孔隙比对研究砂土液化也具有重要意义。 无粘性土的抗剪强度决定于有效法向应力和内摩擦角。密实砂土的内摩擦角与初始孔隙比、土粒表面的粗糙度以及颗粒级配等因素有关。初始孔
11、隙比小、土粒表面粗糙、级配良好的砂，其内摩擦角较大。,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,一、剪切破坏型式 1、整体剪切破坏 破坏时形成了延续至地面的连续滑动面，破坏曲线三阶段明显，如曲线（A）。 2、局部剪切破坏 形成局部滑动面，压力与沉降关系一开始就呈显非线性关系，如曲线（B）。 3、冲剪破坏 基础近乎竖直 刺如土中，如 曲线（C）。,P-S曲线,P-S曲线,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,无埋深,一、基本假定 1、地基受条形均布荷载； 2、各向的自重应力相等。 二、塑性区边界方程 1、无埋深情况下M点的大小主应力为：,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,四、地基的临塑荷载,6.4 地
12、基破坏类型及承载力的确定,2、有埋深情况下地基中任意点的大小主应力为：,有埋深,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,当 时，表示地基中刚要出现但尚未出现塑性区，相应的荷载即为临塑荷载 ：,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,如果取 作为浅基础的地基承载力无疑是偏于保守的。在中心荷载下， 可控制在基础宽度的1/4，相应的荷载用 表示：,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,条形钢板下的滑动线,一、普朗德尔极限承载力理论 （一）基本假定 1、条形均布荷载； 2、基底光滑； 3、土体无质量（r=0）； 4、整体剪切破坏。,（二）塑性区 朗肯主动区； 径向剪切区； 朗肯被动区。,五、地基的极限荷载,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,6.4 地基破坏类型及承载力的确定,
