土力学-土的抗剪强度与地基承载力.ppt

土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力土力学-土的抗剪强度与地基承载力 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力土土的的抗抗剪剪强强度度是是土土的的重重要要力力学学性性质质之之一一，也也是是土土力力学学的的基基本本问问题题之之一一，本本章章讨讨论论土土的的抗抗剪剪强强度度定定律律（库库仑仑定定律律）、土土的的强强度度理理论论、抗抗剪剪强强度度指指标标的的测测定定方方法法、试试验验成成果果的的整整理理以以及及地地基基的的临临塑塑荷荷载载和和地基地基极限承载力极限承载力的确定方法。的确定方法。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.1概概概概 述述述述4.1.1地基强度的意义地基强度的意义 土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.1概概概概 述述述述4.1.1地基强度的意义地基强度的意义各各类类建建筑筑工工程程设设计计中中，为为了了建建筑筑物物的的安安全全可可靠靠，要要求求建建筑筑地地基基必须同时满足下列两个技术条件：必须同时满足下列两个技术条件：地基变形条件地基变形条件包包括括地地基基的的沉沉降降量量、沉沉降降差差、倾倾斜斜与与局局部部倾倾斜斜，都都不不超超过过国国家家规范规定的地基变形允许值；规范规定的地基变形允许值；地基强度条件地基强度条件在在建建筑筑物物的的上上部部荷荷载载作作用用下下，确确保保地地基基的的稳稳定定性性，不不发发生生地地基基剪切或滑动破坏。剪切或滑动破坏。这这两两个个技技术术条条件件中中，第第一一个个地地基基变变形形条条件件已已在在第第3 3章章中中阐阐述述，本本章着重研究地基强度问题。章着重研究地基强度问题。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.1概概概概 述述述述1 1 1 1、地基承载力与地基稳定性地基承载力与地基稳定性地地基基承承载载力力与与地地基基稳稳定定性性，是是每每一一项项建建筑筑工工程程都都遇遇到到的的问问题题，具有普遍意义。具有普遍意义。当当上上部部荷荷载载N N较较小小，地地基基处处于于压压密密阶阶段段或或地地基基中中塑塑性性变变形形区区很很小小时，地基是稳定的。时，地基是稳定的。若若上上部部荷荷载载N N很很大大，地地基基中中的的塑塑性性变变形形区区越越来来越越大大，最最后后边边成成一一片片，则则地地基基发发生生整整体体滑滑动动，即即强强度度破破坏坏，这这种种情情况况下下地地基基是是不不稳稳定定的。的。4.1.2土的强度成果的应用土的强度成果的应用2 2 2 2、土坡稳定性土坡稳定性土坡稳定性也是工程中经常遇到的问题。土坡包括两类：土坡稳定性也是工程中经常遇到的问题。土坡包括两类：天然土坡天然土坡天然土坡为自然界天然形成的土坡，如山坡、河岸、海滨等。天然土坡为自然界天然形成的土坡，如山坡、河岸、海滨等。人工土坡人工土坡人人工工土土坡坡为为人人类类活活动动造造成成的的土土坡坡，如如基基坑坑开开挖挖、修修筑筑堤堤防防、土土坝、路基等等。坝、路基等等。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.1概概概概 述述述述3 3 3 3、挡土墙及地下结构上的土压力挡土墙及地下结构上的土压力当当地地基基受受外外荷荷作作用用后后，土土中中各各点点产产生生法法向向应应力力和和剪剪应应力力。若若某某点点的的剪剪应应力力达达到到该该点点的的抗抗剪剪强强度度，则则土土沿沿着着剪剪应应力力作作用用方方向向产产生生相相对滑动。此时称该点对滑动。此时称该点强度破坏强度破坏。如如果果达达到到强强度度破破坏坏的的点点随随着着外外荷荷的的增增大大而而愈愈来来愈愈多多，最最后后将将形形成一个成一个连续的滑动面连续的滑动面，整个地基失去稳定而发生破坏。，整个地基失去稳定而发生破坏。由由此此可可见见，土土的的强强度度问问题题，实实质质上上就就是是土土的的抗抗剪剪强强度度问问题题。为为了了对对地地基基的的稳稳定定性性进进行行力力学学分分析析和和计计算算，必必须须了了解解土土的的抗抗剪剪强强度度的的来来源源、影影响响因因素素和和测测试试方方法法，研研究究土土的的极极限限平平衡衡理理论论、地地基基受受力力状状况与承载力况与承载力。4.1.2土的强度成果的应用土的强度成果的应用土土的的抗抗剪剪强强度度问问题题涉涉及及面面很很广广，现现将将基基本本内内容容和和常常见见的的问问题题阐阐述如下：述如下：土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.2土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件1 1 1 1、最大主应力与最小主应力、最大主应力与最小主应力、最大主应力与最小主应力、最大主应力与最小主应力假定土体是均匀的、连续的半空间材料，研究水平地面下任一假定土体是均匀的、连续的半空间材料，研究水平地面下任一深度深度Z Z处处M M点的应力状态。如图点的应力状态。如图4.44.4（a a）所示。由）所示。由M M点取一微元体点取一微元体dxdydzdxdydz，并使微元体的上、下面平行于地面。因这微元体很小，可，并使微元体的上、下面平行于地面。因这微元体很小，可忽略微元体本身的质量。现分析此微元体的受力情况，将微元体放忽略微元体本身的质量。现分析此微元体的受力情况，将微元体放大，如图大，如图4.4(b)4.4(b)所示。所示。4.2.1土体中任一点的应力状态土体中任一点的应力状态土的强度破坏通常是指剪切破坏。土的强度破坏通常是指剪切破坏。1 1、极极限限平平衡衡状状态态当当土土体体的的剪剪应应力力等等于于土土的的抗抗剪剪强强度度f f时的临界状态称为时的临界状态称为“极限平衡状态极限平衡状态”。2 2、极极限限平平衡衡条条件件土土体体处处于于极极限限平平衡衡状状态态时时土土的的应应力力状状态态和和土土的的抗抗剪剪强强度度指指标标之之间间的的关关系系式式，即即1 1、3 3与与内内摩摩擦擦角角、粘粘聚聚力力c c之间的数学表达式。之间的数学表达式。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.2土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件1 1 1 1、最大主应力与最小主应力、最大主应力与最小主应力、最大主应力与最小主应力、最大主应力与最小主应力4.2.1土体中任一点的应力状态土体中任一点的应力状态微元体顶面和底面作用力，均为微元体顶面和底面作用力，均为 1 1ZZ （4.14.1）式中式中 1 1-作用在微元体上的竖向法向应力，即土的自重应力，作用在微元体上的竖向法向应力，即土的自重应力，kpakpa。1 1Z Z （4.14.1）微元体侧面作用力为：微元体侧面作用力为：2 23 3ZZ （4.24.2）式中式中 2 2、3 3-作用在微元体侧面的水平向法向应力，作用在微元体侧面的水平向法向应力，kpakpa；-土的静止侧压力系数，小于土的静止侧压力系数，小于1 1，可查表，可查表3.13.1。2 23 3Z Z （4.24.2）因因为为土土体体并并无无外外荷荷作作用用，只只有有土土的的自自重重作作用用，故故在在微微元元体体各各个个面面上上没没有有剪剪应应变变，也也就就没没有有剪剪应应力力，凡凡是是没没有有剪剪应应力力的的面面称称为为主主应应面面。作作用用在在主主应应面面上上的的力力称称为主应力，因此图为主应力，因此图4.44.4中的中的1 1为最大主应力，为最大主应力，3 3为最小主应力。同时为最小主应力。同时2 23 3。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.2土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件2 2 2 2、任意斜面上的应力任意斜面上的应力4.2.1土体中任一点的应力状态土体中任一点的应力状态在在微微元元体体上上取取任任一一截截面面mnmn，与与大大主主应应力力面面即即水水平平面面成成角角，斜斜面面mnmn上上作作用用法法向向应应力力和和剪剪应应力力，如如图图4.4(c)4.4(c)所所示示。现现在在求求、与与1 1、3 3之间的关系之间的关系。取取dy=1dy=1，按按平平面面问问题题计计算算。设设直直角角坐坐标标：以以m m点点为为坐坐标标原原点点O O，oxox向向右右为为正正，ozoz向向下下为为正。根据静力平衡条件与竖向合力为零。正。根据静力平衡条件与竖向合力为零。水平方向水平方向 垂直方向垂直方向 解解联联立立方方程程(a)(a)、(b)(b)可可求求得得任任意意截截面面mnmn上上的的法法向向应应力力与与剪剪应应力力：土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.2土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件2 2 2 2、任意斜面上的应力任意斜面上的应力4.2.1土体中任一点的应力状态土体中任一点的应力状态式中式中 与大主应面成与大主应面成角的截面角的截面mnmn上的法向应力，上的法向应力，kPakPa；同一截面上的剪应力，同一截面上的剪应力，kPakPa。(4.3)(4.4)土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.2土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件3 3 3 3、用摩尔应力圆表示斜面上的应力用摩尔应力圆表示斜面上的应力4.2.1土体中任一点的应力状态土体中任一点的应力状态将将将将(4.3)(4.3)(4.3)(4.3)、(4.4)(4.4)(4.4)(4.4)两边分别平方并相加，整理得：两边分别平方并相加，整理得：两边分别平方并相加，整理得：两边分别平方并相加，整理得：(4.4)显见，在显见，在坐标系中，上式表示坐标系中，上式表示圆心圆心为为(1 1+2 2)/2,0)/2,0，半径半径为为(1 1-3 3)/2)/2的圆的方程。的圆的方程。从圆心逆时针转从圆心逆时针转22角与圆周交于角与圆周交于a a点，点，a a点的坐标点的坐标，即为，即为M M点处与最大主应力面成点处与最大主应力面成角的斜面角的斜面mnmn上的上的法向应力法向应力和和剪应力剪应力值。值。证明如下：证明如下：土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.2土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件关于土的强度理论有多种，通常认为摩尔关于土的强度理论有多种，通常认为摩尔-库仑理论最适合库仑理论最适合土体的情况。土体的情况。摩尔最初提出的强度理论，认为材料破坏是剪切破坏，在破坏摩尔最初提出的强度理论，认为材料破坏是剪切破坏，在破坏面上面上f f=f()=f()，由此函数关系所定的曲线，称为，由此函数关系所定的曲线，称为摩尔破坏包线摩尔破坏包线，如，如图图4.74.7所示。所示。4.2.2摩尔摩尔库仑破坏理论库仑破坏理论 土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.2土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件17761776年，库仑总结出土的抗剪强度规律：年，库仑总结出土的抗剪强度规律：4.2.2摩尔摩尔库仑破坏理论库仑破坏理论砂砂 土土:f ftg (4.5)tg (4.5)粘性土粘性土:f ftgtgc (4.6)c (4.6)f ftg (4.5)tg (4.5)f ftgtgc (4.6)c (4.6)式中式中 公式公式(4.5)(4.5)与与(4.6)(4.6)为为著名的著名的库仑定律库仑定律，如图，如图4.84.8所示。库仑定律是摩所示。库仑定律是摩尔强度理论的特例。此时尔强度理论的特例。此时摩尔破坏包线摩尔破坏包线f ftgtgc c为为一直线。一直线。以库仑定律表示摩尔以库仑定律表示摩尔破坏包线的理论称破坏包线的理论称摩尔摩尔库仑破坏理论库仑破坏理论。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.2土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件4.2.3土的极限平衡条件土的极限平衡条件1 1、地基中任意平面、地基中任意平面mnmn上的应力状态上的应力状态现现将将作作用用在在平平面面mnmn上上的的剪剪应应力力与与地地基土的抗剪强度基土的抗剪强度f f进行比较：进行比较：当当f f，平面，平面mnmn为为稳定稳定状态；状态；当当f f，平面，平面mnmn发生发生剪切破坏剪切破坏；当当f f，平面，平面mnmn极限平衡极限平衡状态。状态。2 2、无粘性土的极限平衡条件、无粘性土的极限平衡条件由由图图4.94.9可可见见，任任意意平平面面mnmn作作用用的的总总应应力力0 0与与法法向向应应力力之之间间的夹角的夹角称为称为倾斜角倾斜角。根据力三角形中，根据力三角形中，tgtg/,/,可得：可得：tg tg （a a）由库仑定律公式（由库仑定律公式（4.54.5）f ftg tg （b b）tg tg （a a）f ftg tg （b b）当当=f f时，即式（时，即式（a a）=式（式（b b），可得），可得，此时，平面，此时，平面mnmn处于处于极限平衡极限平衡状态。状态。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.2土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件土的极限平衡条件4.2.3土的极限平衡条件土的极限平衡条件土土中中某某点点的的应应力力是是否否达达到到破破坏坏，通通常常用用摩摩尔尔圆圆与与库库仑仑抗抗剪剪强强度度曲曲线线的的关关系系来来说说明明。从从图图可可直直接接看看出出土土中中某某点点各各方方向向代代表表的的平平面面是是否否达达到到极极限限平平衡状态。衡状态。2 2、无粘性土的极限平衡条件、无粘性土的极限平衡条件圆圆在在抗抗剪剪强强度度曲曲线线的的下下方方，两两者者分分离离。过过O O点点作作圆圆的的切切线线，maxmax1p1p，则则据据1 1与与3 3作作的的应应力力圆圆必必与与强强度度包包线线相相割割，该该点点已已破破坏坏；若若1 11p1p该该点点稳定。现稳定。现1 1=100kPa=100kPa1p1p=90kPa,=90kPa,故可判断该点已破坏。故可判断该点已破坏。把把1 1、C C代入代入(4.12)(4.12)，得：，得：3p3p=1 1tgtg2 2(45-/2)=100tg(45-/2)=100tg2 230=33.33kPa30=33.33kPa这这表表明明：在在1 1=1000kPa=1000kPa的的条条件件下下，该该点点如如处处于于极极限限平平衡衡，则则3=3=33.33kPa33.33kPa。1 1不不变变时时，3p3p愈愈小小愈愈易易破破坏坏，因因(1 1-3 3)增增加加。若若 实实 际际 值值 3 33p3p,该该 点点 稳稳 定定。现现3 3=30kPa=30kPa p p，则该点稳定，则该点稳定。由由(4.3)(4.3)、(4.4)(4.4)可计算出破坏面上的正应力和剪应力：可计算出破坏面上的正应力和剪应力：=(=(1 1+3 3)/2+()/2+(1 1-3 3)/2cos2)/2cos2 =(100+30)/2+(100-30)/2cos2(45+30/2)=47.5kPa =(100+30)/2+(100-30)/2cos2(45+30/2)=47.5kPa=(=(1 1-3 3)/2sin2)/2sin2 =(100-30)/2sin2(45+30/2)=30.31kPa =(100-30)/2sin2(45+30/2)=30.31kPa破坏面上土的抗剪强度为：破坏面上土的抗剪强度为：f f=c+tg=47.5tg30=27.42kPa=c+tg=47.5tg30=27.42kPa 固结不排水固结不排水 不固结不排水不固结不排水c cd d、d dc ccucu、cucu c c、6 6、三轴剪切试验的优缺点、三轴剪切试验的优缺点优点优点在在主主应应力力1 1及及3 3作作用用下下，试试样样沿沿最最薄薄弱弱的的面面产产生生剪剪切切破破坏坏或试样产生塑性流动，试样或试样产生塑性流动，试样受力情况明确受力情况明确。可可根根据据工工程程实实际际需需要要，严严格格控控制制试试样样中中孔孔隙隙水水的的排排出出，并并能能准确地测定土样在剪切过程中的孔隙水压力的变化。准确地测定土样在剪切过程中的孔隙水压力的变化。除除抗抗剪剪强强度度指指标标外外，还还可可测测定定孔孔隙隙水水压压力力随随3 3和和1 13 3的的变变化化及及其其相相应应的的系系数数，或或测测定定静静止止侧侧压压力力系系数数以以及及进进行行其其它它项项目目的的试验。试验。缺点缺点：仪器设备与试验操作较复杂等方面。：仪器设备与试验操作较复杂等方面。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.3抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定4.3.3无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验1 1、适用土质、适用土质饱和粘性土饱和粘性土轴向应力，应按下式计算：轴向应力，应按下式计算：2 2、试验原理、试验原理相当三轴压缩试验中，相当三轴压缩试验中，3 3=0=0时的不排水剪。时的不排水剪。3 3、试验装置、试验装置4 4、试验成果与计算、试验成果与计算轴向应变轴向应变1 1，应按下式计算：，应按下式计算：1 1h/hh/h0 0 (4.18)(4.18)(h=nl-R)(h=nl-R)1 1h/hh/h0 0 (4.18)(4.18)(4.19)无侧限抗压强度无侧限抗压强度q qu u取取曲曲线线上上峰峰值值maxmax为为无无侧侧限限抗抗压强度压强度q qu u:q qu u=maxmax 土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.3抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定4.3.3无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验4 4、试验成果与计算、试验成果与计算土的粘聚力土的粘聚力c cu u饱饱和和粘粘性性土土不不排排水水剪剪，内内摩摩擦擦角角u u=0=0,无无侧侧限限抗抗压压强强度度的的摩摩尔尔破破损损应应力力圆圆，3 30 0，1 1q qu u，u u=0=0切切线线与与纵纵坐坐标标的的截截距距，即即为为土土的的粘聚力粘聚力c cu u:c cu u=q=qu u/2 (4.20)/2 (4.20)c cu u=q=qu u/2 (4.20)/2 (4.20)土的灵敏度土的灵敏度S St t(2.16)土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.3抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定4.3.4十字板剪切试验十字板剪切试验1 1、适用土质条件、适用土质条件软弱粘性土、取原状土困难的条件软弱粘性土、取原状土困难的条件2 2、试验设备、试验设备3 3、试验方法、试验方法 土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.3抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定4.3.4十字板剪切试验十字板剪切试验十十字字板板剪剪切切破破坏坏扭扭力力矩矩，由由两两部部分组成：分组成：4 4、成果计算、成果计算十字板旋转破坏土柱周围强度十字板旋转破坏土柱周围强度由由土土柱柱圆圆周周DD乘乘以以土土柱柱高高H H为为土土柱柱周周围围面面积积，再再乘乘以以半半径径D/2D/2，即即扭扭力力臂臂，再再乘乘以以土土柱柱侧侧面面的的抗抗剪剪强强度度v v，可可得得土土柱柱周周围围强强度度，如如公式公式(4.22)(4.22)等号右侧第一项所示。等号右侧第一项所示。土柱上、下面强度土柱上、下面强度土柱圆面积土柱圆面积DD2 2/4/4乘以扭矩力臂乘以扭矩力臂D/3D/3，再乘以土柱水平抗剪强度，再乘以土柱水平抗剪强度H H，再乘以，再乘以2 2，可得土柱上、下面强度，如公式（，可得土柱上、下面强度，如公式（4.224.22）等号右侧）等号右侧第二项所示。第二项所示。十字板剪切破坏十字板剪切破坏扭力矩扭力矩M M为：为：(4.22)土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.3抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定4.3.4十字板剪切试验十字板剪切试验4 4、成果计算、成果计算为简化计算，可令为简化计算，可令v vH H，代入公式（，代入公式（4.224.22）可得：）可得：(4.22)(4.23)十十字字板板现现场场剪剪切切试试验验为为不不排排水水剪剪切切试试验验。因因此此，其其结结果果与与无无侧侧限抗压强度试验结果接近，饱和软土限抗压强度试验结果接近，饱和软土u u=0=0,则则:(4.24)土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.3抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定4.3.4十字板剪切试验十字板剪切试验5 5、优点、优点不需取样，对土的结构扰动较小；不需取样，对土的结构扰动较小；仪器构造简单、操作方便；仪器构造简单、操作方便；所所得得的的软软粘粘土土不不排排水水抗抗剪剪强强度度常常比比无无侧侧限限抗抗压压强强度度试试验验的的结结果大，但较反映实际条件；果大，但较反映实际条件；可测定软粘土的灵敏度。可测定软粘土的灵敏度。此此外外，也也应应看看到到，上上述述假假定定圆圆柱柱侧侧面面和和上上下下端端面面的的抗抗剪剪强强度度相相等等是是不不够够合合理理的的。因因为为土土的的各各向向异异性性与与固固结结程程度度的的不不同同，都都会会使使土土的水平向和竖直向的抗剪强度不一致。的水平向和竖直向的抗剪强度不一致。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.3抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定4.3.5土的抗剪强度指标的取值土的抗剪强度指标的取值1 1、试样条件应与工程实际条件一致、试样条件应与工程实际条件一致当当建建筑筑地地基基为为薄薄层层粘粘性性土土、粉粉土土或或粘粘性性土土与与砂砂土土相相层层，施施工工速速度慢，应采用度慢，应采用三轴固结排水三轴固结排水试验或直接剪切试验或直接剪切慢剪慢剪试验。试验。若若建建筑筑地地基基为为饱饱和和状状态态厚厚层层粘粘土土，快快速速施施工工，则则可可进进行行三三轴轴不不固结排水固结排水试验，或试验，或直接剪切快剪直接剪切快剪试验。试验。地地基基已已充充分分固固结结或或竣竣工工较较久久，荷荷载载突突增增及及一一般般地地基基的的稳稳定定验验算算采用采用固结不排水固结不排水（固结快剪）试验。（固结快剪）试验。2 2、同一类土的试样数量、同一类土的试样数量在在基基础础底底面面以以下下一一倍倍基基础础宽宽度度的的深深度度土土层层内内，同同一一类类土土至至少少取取6 6组试样，使试样具有代表性并减少试验的偶然误差。组试样，使试样具有代表性并减少试验的偶然误差。3 3、抗剪强度指标基本值、抗剪强度指标基本值4 4、抗剪强度指标的标准值、抗剪强度指标的标准值 土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.4影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素4.4.1抗剪强度的来源抗剪强度的来源1 1、无粘性土、无粘性土无无粘粘性性土土抗抗剪剪强强度度指指标标的的来来源源，传传统统的的观观念念为为内内摩摩擦擦力力。作作者者认为，除内摩擦力外还存在一种新的力认为，除内摩擦力外还存在一种新的力-咬合力。咬合力。内摩擦力内摩擦力内摩擦力是指土粒表面之间的摩擦力。内摩擦力是指土粒表面之间的摩擦力。内内摩摩擦擦力力由由作作用用于于剪剪切切面面的的法法向向压压力力与与土土的的内内摩摩擦擦系系数数tgtg组成，内摩擦力的数值为这两项的乘积组成，内摩擦力的数值为这两项的乘积tgtg咬合力咬合力天然休止角天然休止角密实卵石的稳定坡角密实卵石的稳定坡角2 2、粘性土、粘性土粘性土的抗剪强度包括内磨擦力与粘聚力两部分。粘性土的抗剪强度包括内磨擦力与粘聚力两部分。内摩擦力内摩擦力粘聚力粘聚力电分子吸引力电分子吸引力 土中天然胶结物质土中天然胶结物质 土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.4影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素4.4.2影响抗剪强度指标的各种因素影响抗剪强度指标的各种因素土土的的抗抗剪剪强强度度非非标标准准定定值值，受受很很多多因因素素的的影影响响，不不同同地地区区、不不同同成成因因、不不同同类类型型土土的的抗抗剪剪强强度度往往往往有有很很大大的的差差别别，即即使使同同一一种种土土，在在不不同同的的密密度度、含含水水量量、剪剪切切速速率率、仪仪器器型型式式等等不不同同的的条条件件下下，其其抗剪强度的数值也不相等。抗剪强度的数值也不相等。根根据据库库仑仑定定律律中中公公式式（4.64.6）可可知知：土土的的抗抗剪剪强强度度与与法法向向压压力力、土土的的内内摩摩擦擦角角和和土土的的粘粘聚聚力力c c三三者者有有关关。因因此此，影影响响抗抗剪剪强强度度的因素可归纳为两类：的因素可归纳为两类：1 1、土的物理化学性质的影响、土的物理化学性质的影响土粒的矿物成分土粒的矿物成分砂砂土土中中石石英英矿矿物物含含量量多多，大大；云云母母矿矿物物含含量量多多，则则小小。粘粘性性土土的的矿矿物物成成分分不不同同，土土粒粒表表面面结结合合水水和和电电分分子子力力不不同同，其其粘粘聚聚力力c c也不同。土中含有各种胶结物质，可使也不同。土中含有各种胶结物质，可使c c增大。增大。土的颗粒形状与级配土的颗粒形状与级配土土的的颗颗粒粒越越粗粗，表表面面越越粗粗糙糙，大大。土土的的级级配配良良好好，大大；土土粒粒均匀均匀，小。小。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.4影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素4.4.2影响抗剪强度指标的各种因素影响抗剪强度指标的各种因素1 1、土的物理化学性质的影响、土的物理化学性质的影响土的原始密度土的原始密度土的原始土的原始密度越大密度越大，土粒之间接触点多且紧密，则土粒之间的，土粒之间接触点多且紧密，则土粒之间的表面摩擦力和粗粒土之咬合力越大，即表面摩擦力和粗粒土之咬合力越大，即和和越大越大。同时，土的原。同时，土的原始密度大，土的孔隙小，接触紧密，粘聚力始密度大，土的孔隙小，接触紧密，粘聚力c c也必然大也必然大。土的含水量土的含水量当土的当土的含水量增加含水量增加时，水分在土粒表面形成润滑剂，使内摩擦时，水分在土粒表面形成润滑剂，使内摩擦角角减小减小。对粘性土来说，含水量增加，将使薄膜水变厚，甚至增。对粘性土来说，含水量增加，将使薄膜水变厚，甚至增加自由水，则填料之间的电分子力减弱，使粘聚力降低。联系实际，加自由水，则填料之间的电分子力减弱，使粘聚力降低。联系实际，凡是山坡滑动，通常都在雨后，雨水入渗使山坡土中含水量增加，凡是山坡滑动，通常都在雨后，雨水入渗使山坡土中含水量增加，降低土的抗剪强度，导致山坡失稳滑动。降低土的抗剪强度，导致山坡失稳滑动。土的结构土的结构粘性土具有结构强度，如粘性土的粘性土具有结构强度，如粘性土的结构受扰动结构受扰动，则其粘聚力，则其粘聚力c c降降低低。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.4影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素影响抗剪强度指标的因素4.4.2影响抗剪强度指标的各种因素影响抗剪强度指标的各种因素2 2、孔隙水压力的影响孔隙水压力的影响孔隙水压力的影响孔隙水压力的影响固结排水剪（慢剪）固结排水剪（慢剪）测得的抗剪强度测得的抗剪强度c cd d、d d值最大值最大。不固结不排水剪（快剪）不固结不排水剪（快剪）测得的抗剪强度测得的抗剪强度c c、值最小值最小。固结不排水剪（固结快剪固结不排水剪（固结快剪 ）测得的抗剪强度测得的抗剪强度c ccucu、cucu值居中值居中。由由此此可可见见，试试样样中中是是否否存存在在孔孔隙隙水水压压力力，对对抗抗剪剪强强度度有有重重要要影影响响。如如前前所所述述，这这三三种种不不同同的的试试验验方方法法，各各适适用用于于不不同同的的土土层层分分布布、土质、排水条件和施工的速度。土质、排水条件和施工的速度。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.5地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地地基基的的承承载载力力地地基基土土单单位位面面积积上上承承受受荷荷载载(压压力力)的的能能力力，地基极限承载力地基极限承载力地基土体完全剪切破坏时所承受的荷载。地基土体完全剪切破坏时所承受的荷载。本本节节和和下下一一节节将将介介绍绍据据极极限限平平衡衡原原理理，按按土土的的抗抗剪剪强强度度确确定定浅浅基基础础地地基基承承载载力力的的方方法法。本本节节通通过过控控制制地地基基塑塑性性变变形形区区的的发发展展范范围围来确定承载力，下一节讨论确定地基极限承载力的方法。来确定承载力，下一节讨论确定地基极限承载力的方法。下面要介绍的方法，其思路是：下面要介绍的方法，其思路是：先先建建立立基基底底附附加加压压力力(p(p0 0)与与地地基基中中塑塑性性变变形形区区(或或称称极极限限平平衡衡区区)开开展展深深度度(Z(Zmaxmax)之之间间的的关关系系。然然后后通通过过控控制制塑塑性性区区的的允允许许发发展展深深度度(根据实践经验根据实践经验)来确定地基承载力。来确定地基承载力。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.5地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载1 1、地基变形的三个阶段、地基变形的三个阶段线性变形线性变形(压密压密)阶段阶段塑性变形塑性变形(局部剪切局部剪切)阶段阶段完全完全(滑动滑动)破坏阶段破坏阶段2 2、地基破坏的三种型式、地基破坏的三种型式整整体体剪剪切切破破坏坏psps曲曲线线可可明明显显分分出出上上述述三三个个变变形形阶阶段段。当当地地基基上上的的压压力力达达到到极极限限后后，地地基基内内塑塑性性变变形形区区发发展展接接合合而而出出现现连连续续的的滑滑动动面面，地地基基土土发发生生整整体体剪剪切切破破坏坏。只只要要荷荷载载稍稍有有增增加加，基基础础就就会会急急剧剧下下沉沉、倾倾斜斜、地地面面严严重重隆隆起起，并并往往往往使使建建筑筑物物发发生生破破坏坏。对对于于压压缩缩性性较较小小的的土土，如如密密实实砂砂土土和和坚坚硬硬粘粘土土，当当压压力力p p足足够够大大时时，一一般般都都发发生生这这种种型型式式的的破破坏坏。也也可可能能在在承承载载力力低低、相相对对埋埋深深小的基础下出现。小的基础下出现。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.5地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载2 2、地基破坏的三种型式、地基破坏的三种型式刺刺入入剪剪切切破破坏坏地地基基不不出出现现明明显显的的连连续续滑滑动动面面，基基础础四四周周的的地地面面也也不不隆隆起起，基基础础没没有有很很大大倾倾斜斜，其其psps曲曲线线无无明明显显的的转转折折点点。地地基基的的破破坏坏是是由由基基础础下下面面软软弱弱土土变变形形并并沿沿基基础础周周边边产产生生竖竖向向剪剪切切，导致基础连续下沉，就象基础导致基础连续下沉，就象基础“切入切入”土中。土中。此此种种型型式式多多出出现现于于基基础础相相对对埋埋深深较较大大和和压压缩缩性性较较大大的的松松砂砂和和软软土土中。中。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.5地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载2 2、地基破坏的三种型式、地基破坏的三种型式局部剪切破坏局部剪切破坏界于整体剪切破坏与剌入剪切破坏之间。界于整体剪切破坏与剌入剪切破坏之间。破破坏坏时时地地基基的的塑塑性性变变形形区区局局限限于于基基础础下下方方，滑滑动动面面也也不不延延伸伸到到地地面面。可可能能有有轻轻微微隆隆起起，但但基基础础不不会会明明显显倾倾斜斜或或倒倒塌塌，psps曲曲线线转转折点也不明显。折点也不明显。土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.5地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载2 2、地基破坏的三种型式、地基破坏的三种型式 土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.5地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载4.5.1地基的临塑荷载地基的临塑荷载1 1、定定定定义义义义在在外外荷荷作作用用下下，地地基基中中刚刚开开始始产产生生塑塑性性变变形形（即即局局部剪切破坏）时基础底面单位面积上所承受的荷载。部剪切破坏）时基础底面单位面积上所承受的荷载。a a点点对对应应的的荷荷载载p pcrcr称称为为临临塑塑荷荷载载，也也就就是是随随着着荷荷载载的的增增大大，地地基基土土由由弹弹性性变变形形开开始始产生塑性变形的产生塑性变形的界限荷载界限荷载。2 2 2 2、临塑荷载计算公式、临塑荷载计算公式、临塑荷载计算公式、临塑荷载计算公式地基的临塑荷载地基的临塑荷载p pcrcr，按下式计算：，按下式计算：(4.26)N Nd d、N Nc c-承承载载力力系系数数，可可据据值值按按公公式式(4.27)(4.27)、(4.28)(4.28)计计算算或查表或查表(4.4)(4.4)确定。确定。(4.27)(4.28)土力学土力学土力学土力学4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力4.5地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载4.5.1地基的临塑荷载地基的临塑荷载公式公式(4.26)(4.26)推导如下：推导如下：在在条条形形基基础础均均布布荷荷载载作作用用下下，地地基基中中任任一一点点M M的的应应力力来来源源于于下下列列几几方方面，如图面，如图4.294.29所示：所示：基底的附加应力基底的附加应力p p0 0=p-d=p-d；基底以下深度基底以下深度Z Z处，土的自重压处，土的自重压力力ZZ；由基础埋深由基础埋深d d构成的旁载构成的旁载dd。严严格格地地说说，M M点点土土的的自自重重应应力力在在各各向向是是不不等等的的，因因此此，p p0 0与与ZZ、dd在在M M点点产产生生的的应应力力在在数数值值上上不不能能叠叠加加，但但为为简简化化起起见见，在在推推导导临临塑塑荷荷载载公公式式时时，假假定定土土的的自自重重应应力力在在各各向向相相等等（即即假假定定土土的的侧侧压压力系数力系数=1.0=1.0(实际上实际上=0.25=0.250.72)0.72)。因而地基中任意一点因而地基中任意一点M M的最大主应力和最小主应力为：的最大主应力和