地基与基础-土的抗剪强度与地基承载力.ppt

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1、 地基与基础工程地基与基础工程Soil Mechanics and Foundation Engineering土的抗剪强度 与地基承载力4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 土的抗剪强度土的抗剪强度 4.3 4.3 土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度试验方法4.4 4.4 地基承载力地基承载力第四章第四章4.1概述土的抗剪强度：土的抗剪强度：是指土体对于外力作用下，土体内部产生剪应力时，土是指土体对于外力作用下，土体内部产生剪应力时，土对剪切破坏的极限抵抗能力。主要应用于地基承载力的计算和地基稳定对剪切破坏的极限抵抗能力。主要应用于地基承载力的计算和地基稳定性的分析、边坡稳定性分析、档土墙及

2、地下结构物上的土压力计算等性的分析、边坡稳定性分析、档土墙及地下结构物上的土压力计算等。变形破坏变形破坏 沉降、位移、不均匀沉降等超过规定限值沉降、位移、不均匀沉降等超过规定限值(已学已学)地基破坏地基破坏 强度破坏强度破坏 地基整体或局部滑移、隆起，地基整体或局部滑移、隆起，土工构筑物失稳、土工构筑物失稳、滑坡滑坡土体强度破坏的机理：土体强度破坏的机理：在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点

3、便发生应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。剪切破坏。E4.1 4.1 概述概述工程背景工程背景工程背景工程背景 1.建筑物地基承载力问题建筑物地基承载力问题 基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形甚至倾覆。形甚至倾覆。1.建筑物地基承载力问题(图1)建筑物地基承载力问题(图2)建筑物地基承载力问题(图4)2.构筑物环境的安全性问题即土压力问题构筑物环境的安全性问题即土压力问题 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，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

4、，导致墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故导致墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故。2.构构筑筑物物环环境境的的安安全全性性问问题题即即土土压压力力问问题题 3.土土工工构构筑筑物物的的稳稳定定性性问问题题3.土工构筑物的稳定性问题土工构筑物的稳定性问题 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将产生整体失稳边坡滑坡等事故。用下引起土体强度破坏后将产生整体失稳边坡滑坡等事故。20062006年年年年3 3月月月月2727日日日日下下下下午午午午4 4时时时时4545分分分分，太太太太原原原原到到到到旧旧旧

5、旧关关关关高高高高速速速速公公公公路路路路寿寿寿寿阳阳阳阳段段段段发发发发生生生生严严严严重重重重塌塌塌塌陷陷陷陷，路路路路面面面面整整整整体体体体沉沉沉沉陷陷陷陷，路路路路基基基基向向向向外外外外滑滑滑滑移移移移，塌塌塌塌陷陷陷陷处处处处长长长长130130米米米米，宽宽宽宽1212米米米米，深深深深8.58.5米米米米，所所所所幸幸幸幸没没没没有有有有发生交通事故，未造成人员伤亡。发生交通事故，未造成人员伤亡。发生交通事故，未造成人员伤亡。发生交通事故，未造成人员伤亡。专家勘察后，专家勘察后，专家勘察后，专家勘察后，初步确定此地段原是旧河槽，底层土壤渗水液化造成塌陷初步确定此地段原是旧河槽

6、，底层土壤渗水液化造成塌陷初步确定此地段原是旧河槽，底层土壤渗水液化造成塌陷初步确定此地段原是旧河槽，底层土壤渗水液化造成塌陷。石太高速寿阳段塌陷现场严重石太高速寿阳段塌陷现场严重200620062006年年年年年年030303月月月月月月303030日星期四日星期四日星期四日星期四日星期四日星期四 央视央视央视央视央视央视焦点访谈焦点访谈焦点访谈焦点访谈焦点访谈焦点访谈 石太高速寿阳段塌陷现场严重石太高速寿阳段塌陷现场严重石太高速公路寿阳段塌陷现场（石太高速公路寿阳段塌陷现场（石太高速公路寿阳段塌陷现场（石太高速公路寿阳段塌陷现场（石太高速公路寿阳段塌陷现场（石太高速公路寿阳段塌陷现场（33

7、3月月月月月月282828日摄）。日摄）。日摄）。日摄）。日摄）。日摄）。200620062006年年年年年年030303月月月月月月303030日星期四日星期四日星期四日星期四日星期四日星期四 央视央视央视央视央视央视焦点访谈焦点访谈焦点访谈焦点访谈焦点访谈焦点访谈 石太高速寿阳段塌陷现场严重石太高速寿阳段塌陷现场严重石太高速公路寿阳段塌陷现场石太高速公路寿阳段塌陷现场石太高速公路寿阳段塌陷现场石太高速公路寿阳段塌陷现场石太高速公路寿阳段塌陷现场石太高速公路寿阳段塌陷现场（333月月月月月月282828日摄）。日摄）。日摄）。日摄）。日摄）。日摄）。333月月月月月月282828日，公路勘察

8、人员在日，公路勘察人员在日，公路勘察人员在日，公路勘察人员在日，公路勘察人员在日，公路勘察人员在查看石太高速公路寿阳段查看石太高速公路寿阳段查看石太高速公路寿阳段查看石太高速公路寿阳段查看石太高速公路寿阳段查看石太高速公路寿阳段塌陷后的裂缝。塌陷后的裂缝。塌陷后的裂缝。塌陷后的裂缝。塌陷后的裂缝。塌陷后的裂缝。200620062006年年年年年年030303月月月月月月303030日星期四日星期四日星期四日星期四日星期四日星期四 央视央视央视央视央视央视焦点访谈焦点访谈焦点访谈焦点访谈焦点访谈焦点访谈 20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡第二节第二节 土的抗剪强度土的抗剪强度一

9、、抗剪强度一、抗剪强度（一）、库仑定律（剪切定律）测定方法：测定方法：直接剪切试验（直剪试验）直接剪切试验（直剪试验）应力控制式应力控制式直剪仪直剪仪应变控制式（常用）应变控制式（常用）测定仪器：测定仪器：直剪仪直剪仪工作原理示意工作原理示意 17731773年，库仑根据年，库仑根据砂土砂土剪切试验得出剪切试验得出 f=tan 砂土砂土 f=c+tan 粘土粘土c 库仑定律：库仑定律：在法向压力在法向压力 变化范变化范围不大的范围内，抗剪强度围不大的范围内，抗剪强度f f与法向压力与法向压力之间的关系，可近之间的关系，可近似的用一条直线代替。似的用一条直线代替。c c:土的粘聚力土的粘聚力:土

10、的内摩擦角土的内摩擦角 f f根据根据粘性土粘性土剪切试验剪切试验得出得出:为土的内摩擦力为土的内摩擦力摩尔包线摩尔包线 f=c+tan 库伦公式库伦公式（二）、抗剪强度的构成因素 来源于土的内摩擦力来源于土的内摩擦力 颗粒之间表面颗粒之间表面摩擦力摩擦力；颗粒之间的相互嵌入和互锁作用产生的颗粒之间的相互嵌入和互锁作用产生的咬合力咬合力。粘性土抗剪强度构成粘性土抗剪强度构成主要来源于黏聚力主要来源于黏聚力其次内摩擦力其次内摩擦力内摩擦力内摩擦力无粘性土抗剪强度：无粘性土抗剪强度：度度影影响响因因素素土土的的抗抗剪剪强强土颗粒的矿物成分、形状、粒径及表面粗糙程度土颗粒的矿物成分、形状、粒径及表面

11、粗糙程度（三）、抗剪强度的影响因素 原始密度原始密度天然含水量天然含水量土的结构扰动情况土的结构扰动情况有效应力大小有效应力大小 应力历史应力历史试验条件试验条件二、二、摩尔摩尔库仑强度理论库仑强度理论材料的剪切破坏主要是由于土中某材料的剪切破坏主要是由于土中某一截面上的剪应力达到极限值所致，一截面上的剪应力达到极限值所致，但材料达到破坏时的抗剪强度也与但材料达到破坏时的抗剪强度也与该截面上的正应力有关。该截面上的正应力有关。最大剪应力理论最大剪应力理论土体的稳定状态土体的稳定状态当土中某点的剪应力小当土中某点的剪应力小于土的抗剪强度时，土于土的抗剪强度时，土体不会发生剪切破坏。体不会发生剪切

12、破坏。极限平衡状态极限平衡状态当土中剪应力等于土的抗当土中剪应力等于土的抗剪强度时，土体式处于极剪强度时，土体式处于极限平衡限平衡基本概念基本概念破坏状态破坏状态当土中剪应力大于土的抗剪强度当土中剪应力大于土的抗剪强度时理论上属于破坏状态（实际上时理论上属于破坏状态（实际上这种应力状态根本不存在）这种应力状态根本不存在）（一）、土中一点的应力状态土中一点的应力状态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，一假定土体是均匀的、连续的，一无限长条形荷载作用于半无限体的表无限长条形荷载作用于半无限体的表面上，研究水平地面下任一深度面上，研究水平地面下任一深度z z处处M

13、 M点的应力状态。由点的应力状态。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，并使微元体的上、下面平行于地面。因微元体很小，可忽略微元于地面。因微元体很小，可忽略微元体本身的质量。现分析此微元体的受体本身的质量。现分析此微元体的受力情况，将微元体放大力情况，将微元体放大。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为主主应应力力，因此前图

14、中的因此前图中的1 1为最大主应力，为最大主应力，3 3为最小主应力。为最小主应力。土中某点应力状态是个复杂的三向受力状态，为简化计算只考虑最土中某点应力状态是个复杂的三向受力状态，为简化计算只考虑最大和最小主应力。要计算土中任意点任意截面上的正应力和剪应力大和最小主应力。要计算土中任意点任意截面上的正应力和剪应力可以通过数解法和图解法求得。可以通过数解法和图解法求得。O 1 31/2(1+3)2 A(,)土中某点的土中某点的应应力状态力状态可用摩可用摩尔应力圆描述尔应力圆描述 3 1 摩尔圆可以表示土体中摩尔圆可以表示土体中一点的应力状态，摩尔一点的应力状态，摩尔圆圆周上各点的坐标就圆圆周上

15、各点的坐标就表示该点在相应平面上表示该点在相应平面上的的正应力正应力和和剪应力剪应力。3 3 1 1 斜面上的应力斜面上的应力竖直法向等于竖直法向等于0:0:水平法向等于水平法向等于0 0：根据平衡条件根据平衡条件所有的力在所有的力在列出两个平衡方程：列出两个平衡方程：应力圆与强度线应力圆与强度线相离（圆相离（圆1 1）：强度线强度线应力圆与强度线应力圆与强度线相切（圆相切（圆2 2）：应力圆与强度线应力圆与强度线相割（圆相割（圆3 3）：极限应极限应力圆力圆f 破坏状态破坏状态（一）、土的极限平衡条件土的极限平衡条件A1 2 3 f=c+tan 摩尔库仑破坏准则摩尔库仑破坏准则莫尔应力圆与库

16、仑强度线相切的应力状态作为莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则土的破坏准则(目前判别土体所处状态的最常用准则目前判别土体所处状态的最常用准则)抗剪强抗剪强度包线度包线 摩尔库仑破坏准则摩尔库仑破坏准则 3 1c cr2 crA cctg 1/2(1+3)无粘性土：无粘性土：c=0粘性土：粘性土：ooBC 土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为角为说明：说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成应力面成 /2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由的夹角。因此，土的剪切

17、破坏并不是由最大剪应力最大剪应力max所控制。所控制。内外角之间的关系内外角之间的关系：3 1c cr2 crA cctg 1/2(1+3)ooBC结论结论:（4）已知大小主应力中任何一个，即可求得另）已知大小主应力中任何一个，即可求得另 一个；一个；或在已知抗剪指标与大小主应力的情况下，判断或在已知抗剪指标与大小主应力的情况下，判断 土体的平衡状态；土体的平衡状态；（1）土的强度破坏原因：由于土中某点剪切面上的剪）土的强度破坏原因：由于土中某点剪切面上的剪 应力达到和超过了土的抗剪应力达到和超过了土的抗剪 强度所致。强度所致。（3）强度包线：当土体处于极限状态时，土中该点的）强度包线：当土体

18、处于极限状态时，土中该点的 极限应力圆与抗剪强度线相切，一极限应力圆与抗剪强度线相切，一 组极限应力圆的公切线。组极限应力圆的公切线。内摩擦角：强度包线与纵坐标的截距为土的黏聚内摩擦角：强度包线与纵坐标的截距为土的黏聚 力，与横坐标夹角为土的内摩擦角。力，与横坐标夹角为土的内摩擦角。（2）土中某点达到剪切破坏状态的应力条件：必须）土中某点达到剪切破坏状态的应力条件：必须是法向应力和剪应力的某种组合符合库仑定律的破坏是法向应力和剪应力的某种组合符合库仑定律的破坏准则（大主应力作用面成某一夹角准则（大主应力作用面成某一夹角 的平面的平面上。上。第三节第三节 抗剪强度的测定方法抗剪强度的测定方法室内

19、试验：室内试验：室内试验：室内试验：应力状态被改变，取土过程受到干扰应力状态被改变，取土过程受到干扰应力状态被改变，取土过程受到干扰应力状态被改变，取土过程受到干扰原位测试：原位测试：原位测试：原位测试：精度不高精度不高精度不高精度不高直接剪切试验直接剪切试验直接剪切试验直接剪切试验三轴压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验十字板剪切实验十字板剪切实验十字板剪切实验十字板剪切实验 测测测测定定定定土土土土的的的的抗抗抗抗剪剪剪剪强强强强度度度度的的的的最最最最简简简简单单单单方方方方法法法法是是是是直直直直接接接接剪

20、剪剪剪切切切切试试试试验验验验。这这这这种种种种试试试试验验验验使使使使用用用用的的的的仪仪仪仪器器器器称为直接剪切仪称为直接剪切仪称为直接剪切仪称为直接剪切仪(简称简称简称简称直剪仪直剪仪直剪仪直剪仪)，仪器的主要部件见下图。，仪器的主要部件见下图。，仪器的主要部件见下图。，仪器的主要部件见下图。1.1.试验装置试验装置试验装置试验装置应应应应变变变变控控控控制制制制式式式式与与与与应应应应力力力力控控控控制制制制式式式式两两两两种种种种，前前前前者者者者以以以以等等等等应应应应变变变变速速速速率率率率使使使使试试试试样样样样产产产产生生生生剪剪剪剪切切切切位位位位移移移移直直直直至至至至剪

21、剪剪剪破破破破，后后后后者者者者是是是是分分分分级级级级施施施施加加加加水水水水平平平平剪剪剪剪应应应应力力力力并并并并测测测测定定定定相相相相应应应应的的的的剪剪剪剪切切切切位位位位移移移移。目目目目前前前前我我我我国国国国使使使使用用用用较较较较多的是应变控制式直剪仪。多的是应变控制式直剪仪。多的是应变控制式直剪仪。多的是应变控制式直剪仪。应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪二、直接剪切试验二、直接剪切试验 直剪仪(图2)通过控制剪切速率通过控制剪切速率来近似模拟排水条来近似模拟排水条件件PSTA为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响为了考虑固结程度和排水条

22、件对抗剪强度的影响为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为快剪、固结快剪和慢剪快剪、固结快剪和慢剪快剪、固结快剪和慢剪快剪、固结快剪和慢剪三种试验类型。三种试验类型。三种试验类型。三种试验类型。1.1.快剪快剪快剪快剪Q Q(施加正应力后立即剪切施加正应力后立即剪切施加正应力后立即剪切施加正应力后立即剪切3 35 5分钟内剪坏分钟内剪坏分钟内剪坏分钟内剪坏)适用于渗透系数小于适用于渗透系数小于适用于渗透系数小于适用于

23、渗透系数小于1010-6-6cm/scm/s的细粒土，的细粒土，的细粒土，的细粒土，以以以以cq，f fq表示。表示。表示。表示。2.2.固结快剪固结快剪固结快剪固结快剪R R（施加正应力施加正应力施加正应力施加正应力-充分固结在充分固结在充分固结在充分固结在3-53-5分钟内分钟内分钟内分钟内 剪切破坏剪切破坏剪切破坏剪切破坏)也适用于渗透系数小于也适用于渗透系数小于也适用于渗透系数小于也适用于渗透系数小于1010-6-6cm/scm/s的细粒土，的细粒土，的细粒土，的细粒土，以以以以c ccqcq，f f f fcqcq表示。表示。表示。表示。3.3.慢剪慢剪慢剪慢剪S S(施加正应力施加

24、正应力-充分固结慢慢施加剪应力充分固结慢慢施加剪应力-小小 于于0.02mm/分，以保证无超静孔压分，以保证无超静孔压)以以以以cs，f fs表示。表示。表示。表示。上述三种方法的试验结果如图所示。上述三种方法的试验结果如图所示。上述三种方法的试验结果如图所示。上述三种方法的试验结果如图所示。从图中可以看出，从图中可以看出，从图中可以看出，从图中可以看出，c cq q c ccqcq c cs s ，而，而，而，而 f f f fq q f f f fcqcq f f f fs s 。PSTA Oc fl 设备简单，操作方便设备简单，操作方便l 结果便于整理结果便于整理l 测试时间短测试时间短

25、优点优点l 试样应力状态复杂试样应力状态复杂l 应变不均匀应变不均匀l 不能控制排水条件不能控制排水条件l 剪切面固定剪切面固定缺点缺点PSTA直接剪切验：直接剪切验：（一）、抗剪强度包线（一）、抗剪强度包线 分别在不同的周围压力分别在不同的周围压力 3作用下进行剪切，得作用下进行剪切，得到到3 34 4 个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线。线即为土的抗剪强度包线。抗剪强度包线抗剪强度包线 c 三、三轴接剪切试验三、三轴接剪切试验（二）、三轴剪切试验（二）、三轴剪切试验n试验仪器：试验仪器：应变控制式应变控制式三轴仪：三轴仪：应力

26、控制式三轴仪应力控制式三轴仪受压室受压室周围压力控制系统周围压力控制系统轴向加压系统轴向加压系统孔隙水压力系统孔隙水压力系统试样体积变化量测系统试样体积变化量测系统n试验步骤试验步骤:3 3 3 3 3 3 2.2.施加周围压力施加周围压力3.3.施加竖向压力施加竖向压力1.1.装样装样三轴压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验 三三三三轴轴轴轴是是是是指指指指一一一一个个个个竖竖竖竖向向向向和和和和两两两两个个个个侧侧侧侧向向向向而而而而言言言言，由由由由于于于于压压压压力力力力室室室室和和和和试试试试样样样样均均均均为为为为圆圆圆圆柱柱柱柱形形形形，因因因因此此此此，两两两两个个个个

27、侧侧侧侧向向向向(或或或或称称称称周周周周围围围围)的的的的应应应应力力力力相相相相等等等等并并并并为为为为小小小小主主主主应应应应力力力力 3 3，而而而而竖竖竖竖向向向向(或或或或轴轴轴轴向向向向)的的的的应应应应力力力力为为为为大大大大主主主主应应应应力力力力 1 1。在在在在增增增增加加加加 1 1时时时时保保保保持持持持 3 3不不不不变变变变，这这这这样样样样条条条条件件件件下下下下的的的的试试试试验验验验称称称称为为为为常常常常规规规规三三三三轴轴轴轴压压压压缩试验缩试验缩试验缩试验。三轴压缩仪三轴压缩仪三轴压缩仪三轴压缩仪主机主机主机主机量测系统量测系统量测系统量测系统稳压调压

28、系统稳压调压系统稳压调压系统稳压调压系统稳压调压系统稳压调压系统应用范围应用范围应用范围应用范围重大工程与科学研究；重大工程与科学研究；重大工程与科学研究；重大工程与科学研究；一级建筑物一级建筑物一级建筑物一级建筑物 试验仪器和试验方法试验仪器和试验方法试验仪器和试验方法试验仪器和试验方法 三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定周围压力下的抗压强度，然三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定周围压力下的抗压强度，然三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定周围压力下的抗压强度，然三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定周围压力下的抗压强度，然 后利用莫尔库仑准则间接推求土的抗剪强度。后利用莫尔库仑准则

29、间接推求土的抗剪强度。后利用莫尔库仑准则间接推求土的抗剪强度。后利用莫尔库仑准则间接推求土的抗剪强度。三轴压缩仪（又称三轴剪切仪）三轴压缩仪（又称三轴剪切仪）三轴压缩仪（又称三轴剪切仪）三轴压缩仪（又称三轴剪切仪）应变控制式三轴仪：应变控制式三轴仪：n压力室压力室n加压系统加压系统n量测系统量测系统轴向加压系统轴向加压系统三轴压缩试样三轴压缩试样三轴压缩试样三轴压缩试样方法：方法：首先试样施加静水压力首先试样施加静水压力室压（围压）室压（围压）1 1=2 2=3 3 ；然后通过活塞杆施加的是应力差然后通过活塞杆施加的是应力差 1 1=1 1-3 3 。（1 1）试样应力特点与试验方法：）试样应

30、力特点与试验方法：特点：特点：试样是轴向对称应力状态。垂直应力试样是轴向对称应力状态。垂直应力 z z一般是最大主应力；径向与切向应一般是最大主应力；径向与切向应力总是相等力总是相等 r r=x x，亦即，亦即 1 1=z z；2 2=3 3=r rv固结排水试验（CDCD试验）1 打打开开排排水水阀阀门门，施施加加围围压压 后后充充分分固固结，超静孔隙水压力完全消散；结，超静孔隙水压力完全消散；2 打打开开排排水水阀阀门门，慢慢慢慢施施加加轴轴向向应应力力差差 以以便便充充分分排排水水，避避免免产产生生超超静静孔压孔压v固结不排水试验（CUCU试验）1 打开排水阀门，打开排水阀门，施加围压施

31、加围压 后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水过程中不排水v不固结不排水试验（UUUU试验）1 关闭排水阀门，关闭排水阀门，围压围压 下不固结；下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水过程中不排水cd、d ccu、cu cu、u（2 2）试验类型）试验类型（3 3）三轴试验结果）三轴试验结果 三轴试验结果三轴试验结果抗剪强度包线抗剪强度包线抗剪强度包线抗剪强度包线 c v分别在不同

32、的周围压力分别在不同的周围压力 3作用下进行剪切，得作用下进行剪切，得到到3 34 4 个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线公切线即为土的抗剪强度包线即为土的抗剪强度包线 有效应力圆有效应力圆总应力圆总应力圆 u u=0=0B C cu uAA 3A 1A饱和粘性土饱和粘性土在三组在三组 3 3下的不排水剪试验得到下的不排水剪试验得到A、B、C三个三个不同不同 3 3作用下破坏时的总应力圆作用下破坏时的总应力圆 试验表明：试验表明：三个试样的周围压力三个试样的周围压力 3 3不同，但破坏时的主不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度

33、包应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线线是一条水平线 三个试样只能得到三个试样只能得到一个有效应力圆一个有效应力圆（1）不固结不排水剪（）不固结不排水剪（UU）v不同试验方法的剪切试验结果不同试验方法的剪切试验结果（1）不不固固结结不不排排水水剪剪的的剪剪切切试试验验结结果果虚线应力圆：将总应力圆在水平轴上左移虚线应力圆：将总应力圆在水平轴上左移u uf f得到相应得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定c 、ccuc cucu 实线应力圆：饱和粘性土实线应力圆：饱和粘性土在三组在三组 3 3下进行固结不排水剪试下进行固

34、结不排水剪试验得到验得到A、B、C三个不同三个不同 3 3作用下破坏时的总应力圆，由作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标ccu、cuABC（2）固结不排水剪（）固结不排水剪（CU）（2）固固结结不不排排水水剪剪的的剪剪切切试试验验结结果果在整个排水剪试验过程中，在整个排水剪试验过程中，uf 0 0，总应力全部转化为有，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线。强度指标为是有效应力强度线。强度指标为cd、d d cd d

35、d 总结总结:对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同指标完全不同 有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系有效应力有唯一的对应关系（3）固结排水剪（）固结排水剪（CD）（3）固固结结排排水水剪剪的的剪剪切切试试验验结结果果剪切过程中的超静孔隙水压力剪切过程中的超静孔隙水压力 u u对于饱和土试样：孔压系数对于饱和土试样：孔压系数B=1.0B=1.0 u=BA(u=BA(=A(A(对于剪切过程中无体积变化：对于剪切过程中无体积变化：

36、A=1/3A=1/3剪切过程中发生剪缩：剪切过程中发生剪缩：A1/3A1/3剪切过程中发生剪胀：剪切过程中发生剪胀：A1/3(A1/3(甚至可能甚至可能A0A0，u 0 u 0）v优点：优点：1 应力状态和应力路径明确；应力状态和应力路径明确；2 排水条件清楚，可控制；排水条件清楚，可控制；3 破坏面不是人为固定的；破坏面不是人为固定的；4 试验单元体试验试验单元体试验v缺点：缺点：设备相对复杂，现场无法试验设备相对复杂，现场无法试验说明：说明：3 30 0 即为即为无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验（4 4）优点和缺点）优点和缺点 三轴压缩试验中当周围压力三轴压缩试验中当周围压力三轴压缩试

37、验中当周围压力三轴压缩试验中当周围压力 3 3=0=0=0=0时即为时即为时即为时即为无无无无侧侧侧侧限限限限试试试试验验验验条条条条件件件件，这这这这时时时时只只只只有有有有q q=1 1。所所所所以以以以，也也也也可可可可称称称称为为为为单单轴轴压压缩缩试试验验。由由由由于于于于试试试试样样样样的的的的侧侧侧侧向向向向压压压压力力力力为为为为零零零零，在在在在侧侧侧侧向向向向受受受受压压压压时时时时，其其其其侧侧侧侧向向向向变变变变形形形形不不不不受受受受限限限限制制制制，故故故故又又又又称称称称为为为为无无侧侧限限压压缩缩试试验验。把把把把这这这这种种种种情情情情况况况况下下下下所所所所

38、能能能能承承承承受受受受的的的的最最最最大大大大轴轴轴轴向向向向压压压压力力力力称称称称为为为为无无无无侧侧侧侧限限限限抗抗抗抗压压压压强强强强度度度度以以以以q qu u表表表表示示示示。试试试试验验验验时时时时仍仍仍仍用用用用圆圆圆圆柱柱柱柱状状状状试试试试样样样样，可可可可在在在在专专专专门门门门的的的的无无无无侧侧侧侧限限限限仪仪仪仪上上上上进进进进行行行行，也也也也可可可可在在在在三轴仪上进行。三轴仪上进行。三轴仪上进行。三轴仪上进行。1.1.1.1.适用土质适用土质适用土质适用土质饱和粘性土饱和粘性土饱和粘性土饱和粘性土2.2.2.2.试试试试验验验验原原原原理理理理相相相相当当当

39、当三三三三轴轴轴轴压压压压缩缩缩缩试试试试验验验验中中中中，3 3=0=0=0=0时的不排水剪。时的不排水剪。时的不排水剪。时的不排水剪。3.3.3.3.试验装置试验装置试验装置试验装置ququ 3=0（三）、无侧限抗压强度试验（三）、无侧限抗压强度试验加压加压框架框架量表量表量力环量力环升降升降螺杆螺杆无侧限压缩仪无侧限压缩仪试试样样无侧限无侧限压缩仪压缩仪试验成果与计算试验成果与计算试验成果与计算试验成果与计算 轴向应变轴向应变轴向应变轴向应变e e e e1 1，应按下式计算：，应按下式计算：，应按下式计算：，应按下式计算：轴向应力，应按下式计算轴向应力，应按下式计算轴向应力，应按下式计

40、算轴向应力，应按下式计算：无侧限抗压强度无侧限抗压强度无侧限抗压强度无侧限抗压强度A Aa a取取取取e-se-se-se-s曲线上峰值为无侧限抗压强度曲线上峰值为无侧限抗压强度曲线上峰值为无侧限抗压强度曲线上峰值为无侧限抗压强度0cu无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验qu无侧限抗压强度试验所得的极限无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的应力圆的水平切线水平切线就是破坏包线就是破坏包线v一般适用于测定软粘土的不一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；排水强度指标；v钻孔到指定的土层，插入十钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；字形的探头；v通过施加的扭矩计算土的抗通过施加的扭矩计算土的抗剪强度剪强

41、度（四）、十字板剪切试验（四）、十字板剪切试验 试试试试验验验验时时时时，先先先先钻钻钻钻孔孔孔孔至至至至需需需需要要要要试试试试验验验验的的的的土土土土层层层层深深深深度度度度以以以以上上上上750mm750mm750mm750mm处处处处，然然然然后后后后将将将将装装装装有有有有十十十十字字字字板板板板的的的的钻钻钻钻杆杆杆杆放放放放入入入入钻钻钻钻孔孔孔孔底底底底部部部部，并并并并插插插插入入入入土土土土中中中中750mm750mm750mm750mm，施施施施加加加加扭扭扭扭矩矩矩矩使使使使钻钻钻钻杆杆杆杆旋旋旋旋转转转转直直直直至至至至土土土土体体体体剪剪剪剪切切切切破破破破坏坏坏坏

42、。土土土土体体体体剪剪剪剪切切切切面面面面为为为为十十十十字字字字板板板板旋转形成的圆柱面。旋转形成的圆柱面。旋转形成的圆柱面。旋转形成的圆柱面。1.1.1.1.适用土质条件适用土质条件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2.2.2.2.试验设备试验设备试验设备试验设备3.3.3.3.试验方法试验方法试验方法试验方法 土的抗剪强度：土的抗剪强度：M1H HDM2优点优点优点优点 (1)(1)(1)(1)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；不需取样，对土的结构扰动较

43、小；不需取样，对土的结构扰动较小；(2)(2)(2)(2)仪仪仪仪器器器器构构构构造造造造简简简简单单单单、操操操操作作作作方方方方便便便便，具具具具有有有有快快快快速速速速经经经经济济济济的的的的优优优优点；点；点；点；(3)(3)(3)(3)所所所所得得得得的的的的软软软软粘粘粘粘土土土土不不不不排排排排水水水水抗抗抗抗剪剪剪剪强强强强度度度度常常常常比比比比无无无无侧侧侧侧限限限限抗抗抗抗压压压压强度试验的结果大，但较反映实际条件；强度试验的结果大，但较反映实际条件；强度试验的结果大，但较反映实际条件；强度试验的结果大，但较反映实际条件；(4)(4)(4)(4)可测定软粘土的灵敏度。可测

44、定软粘土的灵敏度。可测定软粘土的灵敏度。可测定软粘土的灵敏度。(5)(5)(5)(5)涉及的土体积比室内试验样品大很多涉及的土体积比室内试验样品大很多涉及的土体积比室内试验样品大很多涉及的土体积比室内试验样品大很多 (6)(6)(6)(6)可可可可连连连连续续续续进进进进行行行行，可可可可得得得得到到到到完完完完整整整整的的的的土土土土层层层层剖剖剖剖面面面面及及及及物物物物理理理理力力力力学指标学指标学指标学指标缺点缺点缺点缺点 (1)(1)(1)(1)难难难难于于于于控控控控制制制制测测测测试试试试中中中中的的的的边边边边界界界界条条条条件件件件，如如如如排排排排水水水水条条条条件件件件和

45、和和和应应应应力条件力条件力条件力条件 (2)(2)(2)(2)测测测测试试试试数数数数据据据据和和和和土土土土的的的的工工工工程程程程性性性性质质质质的的的的关关关关系系系系建建建建立立立立在在在在统统统统计计计计经经经经验关系上验关系上验关系上验关系上 (3)(3)(3)(3)测试设备进入土层对土层也有一定扰动测试设备进入土层对土层也有一定扰动测试设备进入土层对土层也有一定扰动测试设备进入土层对土层也有一定扰动 (4)(4)(4)(4)试试试试验验验验应应应应力力力力路路路路径径径径无无无无法法法法很很很很好好好好控控控控制制制制，试试试试验验验验时时时时的的的的主主主主应应应应力力力力方

46、向与实际工程往往不一致方向与实际工程往往不一致方向与实际工程往往不一致方向与实际工程往往不一致 (5)(5)(5)(5)应应应应变变变变场场场场不不不不均均均均匀匀匀匀，应应应应变变变变速速速速率率率率大大大大于于于于实实实实际际际际工工工工程程程程的的的的正正正正常常常常固结固结固结固结平板载荷试验确定地基承载力平板载荷试验确定地基承载力理论公式确定地基承载力理论公式确定地基承载力确定地基承载力的其他方法确定地基承载力的其他方法主要内容主要内容第四节第四节 地基承载力地基承载力地基破坏的模式地基破坏的模式 地基破坏主要是由于基础下持力层抗剪地基破坏主要是由于基础下持力层抗剪强强 度不够，土体

47、产生剪切破坏所致，度不够，土体产生剪切破坏所致，地基的破坏模式可分为：地基的破坏模式可分为：1.1.整体破坏整体破坏 （密实砂土，坚硬粘土）2.2.局部剪切破坏局部剪切破坏 （土质较软）3.3.冲剪破坏冲剪破坏 （软粘土，深埋）2.2.局部剪切局部剪切 松软地基，埋深较大；曲线开始松软地基，埋深较大；曲线开始就是非线性，没有明显的骤降段。就是非线性，没有明显的骤降段。3.3.冲剪破坏冲剪破坏松软地基，埋深较大；荷载板几乎松软地基，埋深较大；荷载板几乎垂直下切，两侧无土体隆起。垂直下切，两侧无土体隆起。1.1.整体破坏整体破坏 土质坚实土质坚实,基础埋深浅；曲线开基础埋深浅；曲线开始近直线，随后

48、沉降陡增，两侧始近直线，随后沉降陡增，两侧土体隆起。土体隆起。（1 1）整体破坏）整体破坏PS （2 2）局部剪切）局部剪切PS（3 3）冲剪破坏）冲剪破坏PS深深土土层层表表面面土土地基破坏的模式特征地基破坏的模式特征1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆水泥仓地基水泥仓地基整体破坏整体破坏蓝粘土蓝粘土石头和粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向地基土可能的滑动方向岩石办公楼办公楼外墙外墙黄粘土黄粘土在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏相邻建筑物施工引起的原有建筑物的局部倾斜（软粘土地基）膨胀土地基上建筑物的开裂（美国加拿大）潜在性膨胀土的潜在性膨胀土的分布限与热带和

49、分布限与热带和温带的半干旱地温带的半干旱地区内。这种条件区内。这种条件助长了蒙特石形助长了蒙特石形成。成。很多国家都发现很多国家都发现了膨胀土。了膨胀土。印度的黑棉土印度的黑棉土膨胀土对建筑物的危害膨胀土对建筑物的危害活动区域活动区域荷载试验沉降曲线（荷载试验沉降曲线（p-s)p-s)pcrpupcr pu临塑荷载连续滑动面和极限荷载塑性区发展和临界荷载pcr pu地地基基土土开开始始出出现现剪剪切切破破坏坏s连连续续滑滑动动面面p一、一、平板载荷试验确定地基承载力平板载荷试验确定地基承载力特征值fa(设计承载力)2.2.局部剪切阶段局部剪切阶段（一）地基变形的三个阶段（一）地基变形的三个阶段

50、1.1.直线变形阶段直线变形阶段-2.2.压密阶段压密阶段3.失稳阶段失稳阶段（二）、（二）、平板荷载试验确定地基承载力：平板荷载试验确定地基承载力：（1）荷载板周围的土有明显侧向挤出；）荷载板周围的土有明显侧向挤出；（2）荷载）荷载p增加很小，但沉降量增加很小，但沉降量s却急剧增大，荷载沉降曲线出现陡降段；却急剧增大，荷载沉降曲线出现陡降段；（3）在某一级荷载下，）在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准。内沉降速率不能达到稳定标准。（4）沉降量与承压板宽度或直径之比）沉降量与承压板宽度或直径之比(s/b)大于或等于大于或等于0.06。（1 1）当）当p ps s曲线上有比例界限时，