土的抗剪强度和地基承载力.ppt

5 土的抗剪强度和地基承载力;目录; 在工程建设实践中，道路的边坡、路基、土石坝、建筑物的地基等丧失稳定性的例子是很多的，如图所示。为了保证土木工程建设中建(构)筑物的安全和稳定，就必须详细研究土的抗剪强度和土的极限平衡等问题。 ; 在实际工程中，与土的抗剪强度有关的工程问题主要有三类:;第二类是构筑物环境的安全性问题即土压力问题，如挡土墙、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。 ;第三类是土工构筑物的稳定性问题，如土坝、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产生整体失稳边坡滑坡等事故。 ; 1773年，法国学者库仑(C. A.Coulomb)根据一系列试验，得出土的抗剪强度曲线，提出了土体的抗剪强度表达式为：; 根据有效应力原理，土体中的剪应力只能由土的骨架承担，则土的抗剪强度应表示为剪切破坏面上法向有效应力的函数，即;5.1.2 莫尔应力圆;土中一点的应力状态;（2）任意斜面上的应力;　　即在直角坐标系中，以σ为横坐标轴，以τ为纵坐标轴，按一定的比例尺，在轴上截取OB=σ1、OC=σ3，以O１为圆心，以(σ1-σ3)/2 为半径，绘制出一个应力圆。O１C开始逆时针旋转2α角，在圆周上得到点A。 　　;　　如果莫尔应力圆位于抗剪强度包线的下方，如图Ⅰ所示，即通过该点任一方向的剪应力τ都小于土体的抗剪强度τf，则该点土不会发生剪切破坏，而处于弹性平衡状态。 　　若莫尔应力圆恰好与抗剪强度线相切，如图Ⅱ所示，切点为A，则表明切点A所代表的平面上的剪应力τ与抗剪强度相等τf，此时，该点土体处于极限平衡状态。;　　土体中某破裂面mn处于极限平衡状态的莫尔圆如图所示，由ΔABO1可得：;　　如图所示为应变控制式直剪仪的示意图。垂直压力由杠杆系统通过加压活塞和透水石传给土样，水平剪应力则由轮轴推动活动的下盒施加给土样。土体的抗剪强度可由量力环测定，剪切变形由百分表测定。在施加每一级法向应力后，匀速增加剪切面上的剪应力，直至试件剪切破坏。将试验结果绘制成剪应力τ和剪切变形S的关系曲线，如图。一般地，将曲线的峰值作为该级法向应力下相应的抗剪强度τf ;P;1. 固结慢剪： 　 施加正应力-充分固结 慢慢施加剪应力，剪切速率小于0.02mm/min，以保证无超静孔压 2. 固结快剪 施加正应力-充分固结 在3-5分钟内剪切破坏 3. 快剪 施加正应力后 立即剪切3-5分钟内剪切破坏 ; 设备简单，操作方便 结果便于整理 测试时间短;例：某教学大楼工程地质勘察时，取原状土进行直剪试验（快剪法）。其中一组试验，4个试样分别施加垂直压力为100、200、300和400kPa，测得相应破坏时的剪应力分别为68、114、163和205kPa。 （1）试用作图法求此土样的抗剪强度指标值。 （2）若作用在此土中某平面上的法向应力为250kPa，剪应力为110kPa，　 　　 试问是否会发生剪切破坏？ （3）如果法向应力提高为340kPa，剪应力提高为180kPa，问土样是否 会发生剪切破坏？;三轴剪切试验仪由压力室、周围压力控制系统、轴向加压系统、孔隙水压力系统以及试样体积变化量测系统等组成，如图所示。;; 试验时，将圆柱体土样用乳胶膜包裹，固定在压力室内的底座上。先向压力室内注入液体(一般为水)，使试样受到周围压力σ3，并使液压在试验过程中保持不变。然后在压力室上端的活塞杆上施加垂直压力直至土样受剪破坏。设土样破坏时由活塞杆加在土样上的垂直压力为Δσ1 ，则土样上的最大主应力为σ1=σ3+Δσ1，而最小主应力为σ3。由σ1和σ3可绘制出一个莫尔圆。 用同一种土制成3～4个土样，按上述方法进行试验，对每个土样施加不同的周围压力σ3，可分别求得剪切破坏时对应的最大主应力σ1，将这些结果绘成一组莫尔圆。 根据土的极限平衡条件可知，通过这些莫尔圆的切点的直线就是土的抗剪强度线，由此可得抗剪强度指标c、φ值,如图所示。 ; 三轴试验摩尔圆及强度包线 ;固结排水试验（CD试验） （1）施加围压??后，打开排水阀门,充分固结，超静孔隙水压力完全消散； （2）打开排水阀门，慢慢施加?????以便充分排水，避免产生超静孔压;优点： 1 应力状态和应力路径明确； 2 排水条件清楚，可控制； 3 可量测孔隙水压力 4 破坏面不是人为固定的。;三轴试验时，如果对土样不施加周围压力，而只施加轴向压力，则土样剪切破坏的最小主应力σ3=０，最大主应力σ1=qu　，此时绘出的莫尔极限应力圆如图3-17所示。qu称为土的无侧限抗压强度。 对于饱和软粘土，可以认为φu＝０，此时其抗剪强度线与σ轴平行，且