土的抗剪強度與地基承載力內(nèi)容豐富

第一節(jié)概述第三節(jié)

土的抗剪強度試驗方法

第四節(jié)地基承載力第二節(jié)土的抗剪強度第五章土的抗剪強度與

地基承載力設(shè)計程序：上部結(jié)構(gòu)荷載、地基情況基礎(chǔ)形式、材料

選持力層（埋深）

確定基礎(chǔ)尺寸（地基強度與變形）結(jié)構(gòu)計算繪施工圖回顧持力層土抗剪強度地基承載力確定基礎(chǔ)尺寸第五章土的抗剪強度與

地基承載力建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計必須滿足變形和強度兩個基本條件。

第一節(jié)概述剪切破壞：荷載產(chǎn)生法向應(yīng)力與剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力≥土抗剪強度，土粒間相對滑動，即產(chǎn)生剪切強度破壞。地基破壞與地基強度：強度和變形是兩個不同的控制標(biāo)準(zhǔn)，不可互相替代，承載力要求是先決條件。地基失穩(wěn)：地基中形成連續(xù)的剪切滑動破壞面，基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降或傾斜，地基土被擠出，地基破壞?；瑒悠茐拿鎵好軈^(qū)土的抗剪強度：是指在外力作用下，土體內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)力時，土對剪切破壞的極限抵抗能力。

地基破壞即是剪切破壞。土的強度問題實質(zhì)上就是抗剪強度問題。FT土樣水平測力裝置豎向加壓裝置上下剪切盒基座上下透水石T結(jié)論本章學(xué)習(xí)要點本章將主要介紹地基的強度和穩(wěn)定問題，包括土的抗剪強度以及地基基礎(chǔ)設(shè)計時的地基承載力的計算問題。土的抗剪強度主要應(yīng)用于地基承載力的計算和地基穩(wěn)定性分析、邊坡穩(wěn)定性分析、擋土墻及地下結(jié)構(gòu)物上的土壓力計算等。

重點掌握：①抗剪強度理論②指標(biāo)測定方法③地基承載力確定方法第二節(jié)土的抗剪強度一、抗剪強度（一）庫侖定律土的抗剪強度可以通過試驗的方法測定；土的抗剪強度并非是一個定值。不同類型的土其抗剪強度不同，即使同一類土，在不同條件下的抗剪強度也不相同；圖4-1為應(yīng)變式直剪儀示意圖，施加一水平力T，土樣水平面上受剪，試樣的水平截面積為A，則垂直壓應(yīng)力為σ=F／A，此時，土的抗剪強度（土樣破壞時對此推力的極限抵抗能力）為τf=T／A。（一般取4～6個物理狀態(tài)相同的試樣試驗）直剪試驗：圖4-1直剪儀工作原理示意圖FT土樣水平測力裝置豎向加壓裝置上下剪切盒基座上下透水石T垂直壓應(yīng)力：σ=F／A抗剪強度：τf=T／A上下剪切盒應(yīng)變式直剪儀垂直加載水平加載測微表量力環(huán)剪切盒抗剪強度τf與法向應(yīng)力σ關(guān)系曲線：以σ為橫坐標(biāo)，以τf為縱坐標(biāo)繪制，如如圖4－2所示。庫侖定律：庫侖（Coulomb））于1773年提出出下述土的σ～τf關(guān)系規(guī)律，故稱為為。砂性土：粘性土：式中—在法向應(yīng)力作用下土的抗剪強度（kPa）；—作用在剪切面上的法向應(yīng)力（kPa）；—土的內(nèi)摩擦角(°)；

c—土的粘聚力（kPa）。結(jié)論0100200300400σkPa100200300400τfkPaφ砂性土抗剪強度線0100200300400σkPaτfkPaφ粘性土抗剪強度線c100200300400土的抗剪強度構(gòu)成成：內(nèi)摩擦力與粘聚力力。c和φ稱為土的抗剪強度度指標(biāo)（或參數(shù)）。在一定條件下c和φ是常數(shù)，它們是構(gòu)構(gòu)成土的抗剪強度的基本本要素，c和φ（tanφ為土的內(nèi)摩擦系數(shù)）的的大小反映了土的的抗剪強度的高低。（二）抗剪強度的的構(gòu)成因素主要包括以下幾個個方面：1．土顆粒的礦物物成分、形狀及顆顆粒級配；2．初始密度；3．含水量；4．土的結(jié)構(gòu)擾動動情況；5．有效應(yīng)力；6．應(yīng)力歷史；7．試驗條件。（三）抗剪強度的的影響因素二、摩爾—庫侖強強度理論τ＜τfτ＞τfτ＝τf該點處于穩(wěn)定狀態(tài)該點處于極限平衡狀態(tài)該點處于破壞狀態(tài)（塑性變形和應(yīng)力重分布）

土的極限平衡條件件：極限平衡狀態(tài)時，，土中大小主應(yīng)力力與土的抗剪強度度指標(biāo)之間的關(guān)系系。（？）土中某點在剪應(yīng)力力τ的作用下可能處于于以下三種狀態(tài)：：由材料力學(xué)可知，，地基中任意一點點M（用微元體表示））平面應(yīng)力狀態(tài)態(tài)，其上作用的的應(yīng)力為正應(yīng)力力σx、σz和剪應(yīng)力τxz。該點上大、小主主應(yīng)力σ1、σ3為：（一）土中某點點的應(yīng)力狀態(tài)土中某點應(yīng)力狀狀態(tài)xz0σxσzτxzpM當(dāng)主應(yīng)力已知時時，任意斜截面面上的正應(yīng)力σ與剪應(yīng)力τ的大小可用摩爾爾圓來表示：mnσ3σ1σ3ασ1στmnσ3σ1α單元體上的應(yīng)力力摩爾應(yīng)力圓στmnσ3σ1α單元體上的應(yīng)力力σσ1τ2αφαAcσσ3（二）土的極限限平衡條件將土體中某點應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力力圓和土的抗剪剪強度線繪于同同一直角坐標(biāo)系系中，判斷土體體在這一點上是是否達(dá)到極限平平衡狀態(tài)：τ＜τfτ＞τfτ＝τf穩(wěn)定狀態(tài)極限平衡狀態(tài)破壞狀態(tài)應(yīng)力圓與抗剪強強度線相離應(yīng)力圓與抗剪強強度線相切應(yīng)力圓與抗剪強強度線相割摩爾應(yīng)力圓與抗抗剪強度線間的的關(guān)系στφAco123粘性土的極限平平衡條件：砂性土的極限平平衡條件：某點處于極限平平衡狀態(tài)時，破破裂面與最大主主應(yīng)力作用面所所呈角度（稱為為破裂角）為：(b)極限狀態(tài)摩爾應(yīng)應(yīng)力圓(a)單元體上的應(yīng)力力στσ3σ12αcrφαcrAco(σ1+σ3)/2o′BDCmnσ3σ1σ3αcrσ11．土的強度破破壞是剪應(yīng)力達(dá)達(dá)到和超過抗剪剪強度所致。2．破壞狀態(tài)的的應(yīng)力條件必須須是法向應(yīng)力和和剪應(yīng)力的某種種組合符合庫侖侖定律的破壞準(zhǔn)準(zhǔn)則，而不是以以最大剪應(yīng)力τmax達(dá)到了抗剪強度度τf作為判斷依據(jù)，，亦即剪切破壞壞面并不一定發(fā)發(fā)生在最大剪應(yīng)應(yīng)力的作用面上上；3．極限平衡狀狀態(tài)時，極限應(yīng)應(yīng)力圓與抗剪強強度線相切，一一組極限應(yīng)力圓圓的公切線即為為土的強度包線線。4．根據(jù)土的極極限平衡條件，，在已測得抗剪剪強度指標(biāo)的條條件下，已知大大、小主應(yīng)力中中的任何一個，，即可求得另一一個；或在已知知抗剪強度指標(biāo)標(biāo)與大、小主應(yīng)應(yīng)力的情況下，，判斷土體的平平衡狀態(tài)；也可可利用這一關(guān)系系求出土體中已已發(fā)生剪切破壞壞面的位置。結(jié)論：【例4-1】已知一組直剪試試驗結(jié)果，在施施加的法向應(yīng)力力分別為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa時，測得相應(yīng)的的抗剪強度分別別為67kPa、119kPa、162kPa、215kPa。。試作圖求該土的的抗剪強度指標(biāo)標(biāo)c、φ值。若作用在此此土中某點的最最大與最小主應(yīng)應(yīng)力分別為350kPa和100kPa問該點處于何種種狀態(tài)？【解】：（1）以法向應(yīng)應(yīng)力σ為橫坐標(biāo)，抗剪剪強度τf為縱坐標(biāo)，σ、τf取相同比例，將將土樣的直剪試試驗結(jié)果點在坐坐標(biāo)系上，如圖圖4-7所示，，過點群中心繪繪直線即為抗剪剪強度曲線。在圖中量得抗剪剪強度線與縱軸軸截距值即為土土的粘聚力：c=15kPa，直線與橫軸的傾傾角即為內(nèi)摩擦擦角φ=27°。（2）當(dāng)最大主主應(yīng)力σ1=350kPa時，如果土體處處于極限平衡狀狀態(tài)，根據(jù)極限限平衡條件其最最大與最小主應(yīng)應(yīng)力間關(guān)系：＞=100kPa，說明該點已處于破壞狀態(tài)。=113.05(kPa)抗剪強度指標(biāo)計計算圖400100300200τfkPaφc0100200300400σkPa實際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓第三節(jié)土的抗剪強度試試驗方法土的抗剪強度指指標(biāo)通過土工試驗確定。試驗方法法分為室內(nèi)土工試驗和現(xiàn)場原位測試兩種。室內(nèi)內(nèi)試驗常用的方方法有直接剪切試驗、、三軸剪切試驗驗；現(xiàn)場原位測試試的方法有十字板剪切試驗驗和大型直剪試試驗。指標(biāo)c、φ值是土的重要力力學(xué)指標(biāo)，用于于確定地基土的的承載力、擋土土墻的土壓力以以及驗算土坡的的穩(wěn)定性等問題題。正確地測定定和選擇土的抗抗剪強度指標(biāo)是是土工試驗與設(shè)設(shè)計計算中十分分重要的問題。。一、不同排水條條件的試驗方法法與適用條件l．不固結(jié)—不排水水剪試驗（UnconsolidationUndrainedShearTest,簡稱UU試驗）（快剪試驗）。模擬建筑場地土土體來不及固結(jié)結(jié)排水就較快地地加載的情況。。在實際工作中中，對滲透性較較差，排水條件件不良，建筑物物施工速度快的的地基土或斜坡坡穩(wěn)定性驗算。。2．固結(jié)—不排水剪剪試驗（ConsolidationUndrainedShearTest，簡稱CU試驗）（固結(jié)快剪試驗）。模擬建筑場地土土體在自重或正正常載荷作用下下已達(dá)到充分固固結(jié)，而后遇到到突然施加載荷荷的情況。對一一般建筑物地基基的穩(wěn)定性驗算算以及預(yù)計建筑筑物施工期間能能夠排水固結(jié)，，但在竣工后將將施加大量活載載荷（如料倉、、油罐等）或可可能有突然活載載荷（如風(fēng)力等等）情況。固結(jié)—排水剪試試驗是模擬地基基土體已充分固固結(jié)后開始緩慢慢施加載荷的情情況。在實際工工程中，對土的的排水條件良好好（如粘土層中中夾砂層）、地地基土透水性較較好（低塑性粘粘性土）以及加加荷速率慢時可可選用。但因工工程的正常施工工速度不易使孔孔隙水壓力完全全消散，試驗過過程既費時又費費力，因而較少少采用。3．固結(jié)—排水剪試試驗（ConsolidationDrainedShearTest，簡稱CD試驗）（慢剪試驗）。二、直接剪切試試驗由于直剪儀構(gòu)造造簡單，土樣制制備和試驗操作作方便等特點，，現(xiàn)仍被一般工工程所采用?！兜鼗A(chǔ)設(shè)計計規(guī)范》規(guī)定，，直剪試驗只適適用于二級及三三級建筑物的可可塑狀粘性土和和飽和度不大于于50%的粉土。試驗結(jié)結(jié)果不不能反反映工工程的的實際際情況況，所所得的的抗剪剪強度度指標(biāo)標(biāo)過大大，對對高等等級建建筑物物安全全度無無法保保證。。問題：：1.不能能有效效地控控制排排水；；2.上下下盒間間縫隙隙的影影響；；3.剪剪切面面是人人為規(guī)規(guī)定的的；4.剪剪切面面應(yīng)力力條件件復(fù)雜雜。圖4-1直直剪儀儀工作作原理理示意意圖FT土樣水平測力裝置豎向加壓裝置上下剪切盒基座上下透水石T三、三三軸剪剪切試試驗圖4-8三三軸剪剪切儀儀1—量量力環(huán)環(huán)；2—活活塞；；3——進水水孔；；4——排水水孔；；5——試樣樣帽；；6——受壓壓室；；7——試樣樣；8—乳乳膠膜膜；9—接接周圍圍壓力力控制制系統(tǒng)統(tǒng)；10——接排排水管管；11——接孔孔隙水水壓力力系統(tǒng)統(tǒng)；12——接軸軸向加加壓系系統(tǒng)三軸剪剪切儀儀由受受壓室室、周周圍壓壓力控控制系系統(tǒng)、、軸向向加壓壓系統(tǒng)統(tǒng)、孔孔隙水水壓力力系統(tǒng)統(tǒng)以及及試樣樣體積積變化化量測測系統(tǒng)統(tǒng)等組組成。σ1σ3三軸試試驗可可以在在三維維空間間模擬擬實際際受力力狀態(tài)態(tài)，克克服直直剪試試驗的的固有有缺點點，不不僅用用于工工程試試驗，，也被被廣泛泛應(yīng)用用于科科學(xué)研研究中中，一一級建建筑物物地基基土應(yīng)應(yīng)予采采用。。0στfφc用若干干土樣樣進行行試驗驗，對對每個個土樣樣施加加不同同σ3，，可分別別求得得剪切切破壞壞時對對應(yīng)的的最大大主應(yīng)應(yīng)力σ1，，將這些些結(jié)果果繪成成一組組摩爾爾圓。。通過過這些些摩爾爾圓的的切點點的直直線就就是土土的抗抗剪強強度線線，由由此可可得抗抗剪強強度指指標(biāo)c和φ值。四、無無側(cè)限限抗壓壓強度度試驗驗無側(cè)限限抗壓壓強度度試驗驗方法法適用用于飽飽和粘粘土。。本試試驗所所用的的主要要儀器器設(shè)備備是應(yīng)應(yīng)變控控制式式無側(cè)側(cè)限壓壓縮儀儀。試樣為為原狀狀土樣樣1—軸向加荷架；；2—軸向測力計計；3—試樣；4—上、下傳壓板板；5—手輪；6—升降板；7——軸向位移計應(yīng)變控制式無側(cè)限限壓縮儀五、十字板剪切試試驗1—轉(zhuǎn)盤；2—搖搖柄；3—滑輪；4—彈彈簧秤；5—槽鋼；6—套套管；7—鉆桿；8—十十字板十字板剪切儀（現(xiàn)場原位測試））鉆孔至需要試驗的的土層深度以上750mm處，然后將裝有十十字板的鉆桿放入入鉆孔底部，并插插入土中750mm，施加扭矩使鉆桿旋旋轉(zhuǎn)直至土體剪切切破壞。土體剪切切面為十字板旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)所形成的圓柱面面。試驗方法Pc—剪切破壞時的總作作用力；fc—軸桿及設(shè)備的機械械阻力；h、D—十字板的高度和直直徑；R—轉(zhuǎn)盤的半徑；kc一十字板常數(shù)；適用于軟塑狀態(tài)的的粘性土。概述：第四節(jié)地基承載力地基承載力特征值值是指在保證地基穩(wěn)穩(wěn)定條件下，地基基單位面積上所能能承受的最大應(yīng)力力。影響因素：土性質(zhì)質(zhì)、基礎(chǔ)埋深與寬寬度、施工方法地基承載力特征值值應(yīng)按下列規(guī)定綜綜合考慮：1.甲、乙級的建建筑物采用載荷試試驗、理論公式計計算及其他原位試試驗等方法綜合確確定；2.丙級的建筑物物可按土的物理力力學(xué)指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)貫貫入、輕便觸探等等方法確定。3.次要要建筑物物可根據(jù)據(jù)鄰近建建筑物的的經(jīng)驗確確定。一、平板板載荷試試驗確定定地基承承載力（一）地地基變形形的三個個階段1．直線變變形階段段（壓密階階段）：：p≤pcr土中即將將出現(xiàn)剪剪切破壞壞（塑性性變形））點時的的基底壓壓力稱為為臨塑壓力力（或比例極限限）。pcr土的變形形主要是是由土的的壓實，，孔隙體體積減小小引起的的，土體體處于彈彈性平衡衡狀態(tài)。2．局部剪剪切階段段（塑性變變形階段段）：pcr＜p＜pupcz地基中的的變形不不再是線線形變化化，壓力力和變形形之間成成曲線關(guān)關(guān)系；隨著壓力力的增加加，地基基除進一一步壓密密外，在在局部（（一般從從基礎(chǔ)邊邊緣開始始）出現(xiàn)現(xiàn)了剪切切破壞區(qū)區(qū)（也稱稱為塑性區(qū)）。此段范圍內(nèi)的的基底壓力稱為為塑性荷載pcz3.失穩(wěn)階段(完全破壞階段段）：p≥pu極限荷載pu：地基剛出現(xiàn)整整體滑裂破壞壞面時的基底底壓力。壓力增加，地地基變形將急急劇增大，塑塑性區(qū)擴大，，形成連續(xù)的的滑動面，土土從荷載板下下擠出，在地地面隆起，這這時地基已完完全喪失穩(wěn)定定性。pu連續(xù)滑動面(二)平板載載荷試驗確定定地基承載力力由試驗結(jié)果可可繪制p～s關(guān)系曲線，并并推斷出地基基的極限荷載載與承載力特特征值。承載力特征值值由載荷試驗驗p～s關(guān)系曲線確定：荷載試驗p～s曲線

0spcrpuabcs1p原位荷載試驗裝置荷載試坑支墩次梁主梁承壓板千斤頂百分表基準(zhǔn)梁1.當(dāng)p～s曲線上有比例例界限時，取取該比例界限限所對應(yīng)的荷荷載值；2.當(dāng)極限荷載小小于對應(yīng)比例例界限的荷載載值的2倍時，取極限限荷載值的一一半；3.當(dāng)不能按上述述要求確定時時，當(dāng)壓板面面積為0.25～0.50m2，可取s/b=0.01～0.015所對應(yīng)的荷荷載，但其其值不應(yīng)大大于最大加加載量的一一半。4．同一土層層實驗不應(yīng)應(yīng)少于三點點，當(dāng)試驗驗實測值的的極差不超超過其平均均值的30%時，取此平平均值作為為該土層的的地基承載力力特征值fak。二、理論公公式確定地地基承載力力塑性區(qū)范圍圍不超過一一定限度，，可采用一一定深度的的塑性區(qū)的的基底壓力力pcz作為地基承承載力特征征值。當(dāng)偏心距e≤0.33倍基礎(chǔ)底面面寬度時，，通過抗剪剪強度指標(biāo)標(biāo)計算地基基土承載力力特征值。。fa—地基承載力力特征值（（kPa）；γ—基礎(chǔ)底面以以下土的重重度，地下下水位以下下取有效重度（（kN／m3）；γm—基礎(chǔ)底面以以上土的加加權(quán)平均重重度，地下下水位以下取取有效重度度（kN／m3）；Mb、Md、Mc—承載力系數(shù)數(shù)，按表4-1確定定；b—基底寬度（（m），當(dāng)基底寬度度大于6m按6m考慮，對于砂砂土小于3m時按3m考慮；ck—基底下一倍倍基礎(chǔ)底面面短邊寬深深度內(nèi)土的的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值值（kPa）。三、確定地地基承載力力的其它方方法（一）其它它試驗方法法確定地基基承載力上述載荷試試驗只能用用來測定淺淺層土的承承載力，如如果需要要測定的土土層位于地地下水位以以下或位于于比較深的的地方，應(yīng)應(yīng)采用如下下載荷試驗驗的方法：：深層平板載載荷試驗、、旁壓試驗驗和螺旋壓壓板載荷試試驗，適用于地下下水位以下下的土層和和埋藏很深深的土層，，是較理想想的原位測測定地基承承載力的方方法。1.間接原原位測試的的方法靜力觸探試試驗和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)貫入試驗驗與載荷試試驗結(jié)果對對比分析，，建立經(jīng)驗驗關(guān)系，間間接確定地地基承載力。2．規(guī)范推推薦的地基基承載力表表應(yīng)注意這些些承載力表表的局限性性。新版本本的《建筑筑地基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范范》GB50007—2002已將所有的的承載力表表取消，可可以在本地地區(qū)得到驗驗證的條件件下，作為為一種推薦薦性的經(jīng)驗驗方法使用用。（二）經(jīng)驗驗方法確定定地基承載載力四、地基承承載力特征征值的修正正當(dāng)基礎(chǔ)寬度度大于3m或埋置深度度大于0.5m時，從載荷荷試驗或其其它原位測測試、經(jīng)驗驗值等方法法確定的地地基承載力力特征值，，尚應(yīng)按下下式修正：：式中fa