《地基基础》电子教案 第四章 土的抗剪强度及地基承载力.doc

第四章 土的抗剪强度及地基承载力 第一节 土的抗剪强度及其测定 一、土的抗剪强度与破坏形式 概念：土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力，土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题。 二、土的抗剪强度规律——库仑定律（Coulomb） 1．库仑定律表达式： 式中各项含义： -------------土的抗剪强度，KPa σ-------------剪切面上的法向应力，KPa； φ--------------土的内摩擦角， c--------------土的粘聚力，KPa 2.土的抗剪强度指标——φ、c φ——土的内摩擦角（°） C——土的粘聚力（KPa） c=0 c φ、c与土的性质有关，还与实验方法、实验条件有关。因此，谈及强度指标时，应注明它的试验条件。 3.抗剪强度的测定方法 1）直接剪切试验： (1)实验仪器及原理 直剪实验方法及其强度指标 A、直接快剪：不透水薄膜（孔隙水不排出），在施加法向应力后应力即剪切，在3~5 min 内将土样剪破 含水率基本不变 U 较大 φq、Cq 较小 适用：分析地基排水条件不好，加荷速度快的建筑地基 B、固结快剪：滤纸和透水石 法向应力作用下，土样充分固结，U=0 。快速施加剪应力，3~5 min 内剪坏，此时U几乎不消散。 指标：φcq、Ccq 应用：验证水库水位骤降时土坝边坡稳定安全系数或使用期建筑物地基的稳定问题 C、直接慢剪：施加剪应力时U=0 指标：φs、Cs 应用：分析透水性较好，施工速度较慢的建筑物地基的稳定性 比较：φsφcqφq 优点：仪器构造简单，土样制备操作方法简单 缺点：（1）人为规定了受剪面 （2）剪切过程中，受剪面积逐渐减心，荷载发生偏小，土样中剪应力分布不均匀 （3）试样中的固结排水是靠加荷速度快慢来控制实际无法严格控制排水条件 （4）不能测量孔隙水压力 2）三轴剪切试验 三轴仪及试验原理 三轴剪切试验方法 不固结不排水剪（不排水剪 UU实验）：排水阀门始终关闭 U大，σ/ 小 Cu 、φu 饱和软粘土： φu =0 库仑直线为一水平线 应用：地基排水条件不好，加荷速度快的施工期地基稳定或土工构筑物稳定情况分析 固结不排水剪（CU试验） 在σ3 作用下、打开阀门——土样充分固结后，关闭，U=0，施加竖向应力后，土样中产生孔隙水应力 --------------φcu、Ccu 适用：正常固结土在工程竣工或在使用阶段受到的大量的、快速的动荷载或新荷载的作用 如：地震、路基正常使用等 固结排水剪：——排水阀门始终打开U=0 施加 σ 即为有效应力σ/------------------φd、Cd 适用：地基排水条件好，加荷速度慢的情况 优：能控制排水条件，受力条件较符合实际 缺：仪器复杂，试样制备，试验操作麻烦、费用高 3）无侧限抗压试验 4）十字板剪切试验 三、受剪面的破坏准则 1、时，土体受剪面是稳定的，处于弹性平衡状态； 2、时，土体受剪面已经破坏； 3、时，受剪面正好处于将要破坏的临界状态，称受剪面为极限平衡状态 直剪试验的理论依据：土体受剪面在破坏时测得的τ和δ应在库仑直线上，测定若干个τ 和δ ，可绘制直线求出 φ和 C值。 第二节 土的极限平衡条件 一、土中一点的应力状态： 与第一应力平面成α角的任一平面上，其应力 、 分别为： 摩尔应力圆：以 为圆心，以 为半径的圆的方程，即单位体上各个截面的应力可绘成一应力圆。 单位体与摩尔应力圆关系：圆上一点，单元体上一面，转角2倍，转向相同。 二、摩尔——库仑准则 应力圆与库仑直线的关系 （1）应力圆与库仑直线相离， ，稳定状态 （2）应力圆与库仑直线相切，单位体上有一个截面的剪应力刚好等于抗剪强度，处于极限平衡状态。其余截面 （3）应力圆与库仑直线相割：该单元体面剪切破坏。 由此，土中一点的状态，可以通过库仑直线与摩尔应力圆的几何关系判别。 摩尔——库仑准则：土中一点极限平衡的几何条件是库仑直线与摩尔应力圆相切。 土中一点的极限平衡条件式 大主应力： 小主应力： 非粘性土： C=0 剪切破坏方向：与第一平面的夹角为（破坏角） 利用极限平衡条件式判别一点的应力状态 （1）当 一定时， 越大，土体越不稳定。 土体破坏 （2）当 一定时， 越小，土体越不稳定。 土体破坏 三、地基受压变形阶段 1．压密阶段 2．局部破坏阶段 3．全部破坏阶段 思考： 1、应力圆的圆心坐标如何表示？半径为多少？如何表示土