土的抗剪強度和地基承載力

1、4 4 土的抗剪強度與地基承載力土的抗剪強度與地基承載力 主要內(nèi)容主要內(nèi)容土的抗剪強度與極限平衡條件土的抗剪強度與極限平衡條件 抗剪強度的確定及試驗方法抗剪強度的確定及試驗方法 地基承載力地基承載力 土的破壞主要是由于剪切引土的破壞主要是由于剪切引起的，剪切破壞是土體破壞起的，剪切破壞是土體破壞的重要特點。的重要特點。 工程實踐中與土的抗剪強度工程實踐中與土的抗剪強度有關(guān)工程主要有以下有關(guān)工程主要有以下3類：類： （1 1）是土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的）是土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定問題；穩(wěn)定問題；如土壩、如土壩、路堤等填方邊坡及天然土坡的穩(wěn)定問題。路堤等填方邊坡及天然土坡的穩(wěn)定問題。（

2、2 2）是土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)境的問題，即土）是土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)境的問題，即土壓力問題；壓力問題；如擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體。如擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體。（3 3）是土作為建筑物地基的）是土作為建筑物地基的承載力問題承載力問題 。 3.土土工工構(gòu)構(gòu)筑筑物物的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性問問題題1. 土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題 土壩、路堤等填方邊坡以及天然土坡等，在超載、滲流乃至暴雨作土壩、路堤等填方邊坡以及天然土坡等，在超載、滲流乃至暴雨作用下引起土體強度破壞后將產(chǎn)生整體失穩(wěn)邊坡滑坡等事故。用下引起土體強度破壞后將產(chǎn)生整體失穩(wěn)邊坡滑坡等事故。2. 構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問題即土壓力

3、問題構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問題即土壓力問題 擋土墻、基坑等工程中，墻后土體強度破壞將造成過大的側(cè)向土壓力，擋土墻、基坑等工程中，墻后土體強度破壞將造成過大的側(cè)向土壓力，導致墻體滑動、傾覆或支護結(jié)構(gòu)破壞事故導致墻體滑動、傾覆或支護結(jié)構(gòu)破壞事故 。3. 建筑物地基承載力問題建筑物地基承載力問題 基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整體滑動或因局部剪切破壞而導致過大的地基變基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整體滑動或因局部剪切破壞而導致過大的地基變形形 甚至傾覆。甚至傾覆。 建筑物地基承載力問題(圖4) 土的抗剪強度是指在外力作用下，土體內(nèi)部產(chǎn)生剪應力時，土對剪切破壞的極限抵抗能力。 4.1 莫爾莫爾-庫侖強度理論庫侖強度理論4.1

4、.1 庫侖定律庫侖定律 1773年，庫侖（Coulomb，C. A.）通過砂土的剪切試驗，得到砂土的抗剪強度的表達式為tgf 以后通過對黏性土樣進行試驗，得出黏性土的法向應力與抗剪強度之間仍成直線關(guān)系 tgc f抗剪強度 黏聚力 內(nèi)摩擦角 剪切面上的法向應力 PSTA固定滑裂面固定滑裂面一般應力狀態(tài)如何判斷一般應力狀態(tài)如何判斷是否破壞？是否破壞？ f f = tan f f =c+ tan c 黏性土黏性土無無黏性土黏性土庫侖定律庫侖定律：土的抗剪強土的抗剪強度是剪切面上的法向總度是剪切面上的法向總應力應力 的線性函數(shù)的線性函數(shù) 應變式直剪儀應變式直剪儀垂直加載垂直加載水平加載水平加載測微表測

5、微表量力環(huán)量力環(huán)剪切盒剪切盒討論討論:影響土體抗剪強度因素影響土體抗剪強度因素1.1.摩擦力的兩個來源摩擦力的兩個來源 1)1)滑動摩擦滑動摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦。：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦。 2)2)咬合摩擦咬合摩擦：土粒間相互嵌入所產(chǎn)生的咬合力。：土粒間相互嵌入所產(chǎn)生的咬合力。 2.2.粘聚力粘聚力：是由于土粒之間的膠結(jié)作用、結(jié)合水膜以及水分子引力作用等：是由于土粒之間的膠結(jié)作用、結(jié)合水膜以及水分子引力作用等形成的。形成的。3.3.抗剪強度影響因素抗剪強度影響因素 1)1)摩擦力摩擦力：剪切面上的法向總應力、土的初始密度、土粒級配、土：剪切面上的法向總應力、土的

6、初始密度、土粒級配、土粒形狀以及表面粗糙程度。粒形狀以及表面粗糙程度。 2)2)粘聚力粘聚力：土顆粒越細，塑性越大，其黏聚力也越大。：土顆粒越細，塑性越大，其黏聚力也越大。 太沙基有效應力原理太沙基有效應力原理 認為只有土粒間傳遞的有效應力才能引起抗剪強度摩擦分量，因此，認為土的抗剪強度應由下式來表示 無黏性土無黏性土： tgtg)u(f黏性土黏性土： tgctg)u(cf抗剪強度 有效黏聚力 孔隙水壓力 有效內(nèi)摩擦角 剪切面上的法向有效應力 4.1.2 土中一點的應力狀態(tài)土中一點的應力狀態(tài) 2xz2zxyx31222cos2231312sin231 由材料力學可知，該點的大、小主應力為任意截

7、面上的應力 土中任意截面上的應力土體內(nèi)一點處土體內(nèi)一點處任意方向任意方向截面上應力的集合截面上應力的集合（剪應力（剪應力 和法向應力和法向應力 ） 3 3 1 1 3 1 斜面上的應力斜面上的應力2cos212131312sin2131莫爾應力圓描莫爾應力圓描述土中某點的述土中某點的應力狀態(tài)應力狀態(tài)莫爾應力圓方程莫爾應力圓方程23122312121圓心坐標圓心坐標1/2(1 +3 )，0應力圓半徑應力圓半徑r1/2(13 ) O 1 31/2( 1 + 3 ) 2 A( , )土中某點的土中某點的應應力狀態(tài)力狀態(tài)可用莫可用莫爾應力圓描述爾應力圓描述 3 1 莫爾圓可以表示土體中一點的應力狀態(tài)，

8、莫爾圓可以表示土體中一點的應力狀態(tài)，莫爾圓圓周上各點的坐標就表示該點在相莫爾圓圓周上各點的坐標就表示該點在相應平面上的應平面上的正應力正應力和和剪應力剪應力。4.1.3 土的極限平衡條件土的極限平衡條件 土體受荷后，任意截面mn上將同時產(chǎn)生法向應力與剪應力，對 與抗剪強度進行比較： 通過土體中一點有無數(shù)的截面，當所有截面上都滿足 ，該點就處于穩(wěn)定狀態(tài)；當所有截面之中有且只有一個截面上的 = 時，該點處于極限平衡狀態(tài)。 ff 根據(jù)莫爾應力圓與抗剪強度曲線的關(guān)系可以判斷土中某點M是否處于極限平衡狀態(tài) 不會發(fā)生剪不會發(fā)生剪切破壞切破壞 極限平極限平衡狀態(tài)衡狀態(tài) 從理論上講該點從理論上講該點早已破壞，

9、因而早已破壞，因而這種應力狀態(tài)是這種應力狀態(tài)是不會存在不會存在 莫爾庫侖破莫爾庫侖破壞準則壞準則 3 1c f2 fM cctg 1/2( 1 + 3 )313121cot21sinc245tan2245tan231ooc245tan2245tan213ooc根據(jù)極限應力圓與抗剪強度線的幾何關(guān)系 黏性土的極限平衡條件 注意注意: :無粘無粘性土取性土取c=0 土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應力作用面土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應力作用面的夾角為的夾角為 f f2 f 3 1c M cctg 1/2(1 +3 )2459021f 說明說明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應力面，而與最大剪：

10、剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應力面，而與最大剪應力面成應力面成 / 2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應力剪應力max所控制所控制 max45max粘性土的極限平衡條件1= 3tg2(45+/2)2ctg (45+/2)3= 1tg2(45/2)2ctg (45/2)無粘性土的極限平衡條件1 1= = 3 3tgtg2 2(45+/2)(45+/2)3 3= = 1 1tgtg2 2(45(45/2)/2)極限極限平衡應力狀態(tài)平衡應力狀態(tài)極限平衡應力狀態(tài)：極限平衡應力狀態(tài)： 有一對面上的應力狀態(tài)達到有一對面上的應力狀態(tài)達到 = = f f土的強度包線：土

11、的強度包線： 所有達到極限平衡狀態(tài)的莫爾圓的公切線。所有達到極限平衡狀態(tài)的莫爾圓的公切線。 f 1. 1. 莫爾莫爾庫侖強度理論庫侖強度理論莫爾莫爾- -庫侖強度理論表達式極限平衡條件庫侖強度理論表達式極限平衡條件213231452tg 4522452tg 4522fftgctgc 1f 313ctg2ctanfc O c132摩爾摩爾- -庫侖破壞準則庫侖破壞準則213452tg 4522ftgc根據(jù)應力狀態(tài)計算出根據(jù)應力狀態(tài)計算出大小主應力大小主應力1、3221,3422xzxzxz判斷破壞可能性判斷破壞可能性由由3計算計算1f比較比較1與與1f1 1f 破壞狀態(tài)破壞狀態(tài) O c 1f 3

12、 1 12. 2. 破壞判斷方法破壞判斷方法判別對象：土體微小單元（一點）判別對象：土體微小單元（一點） 3 3= = 常數(shù)：常數(shù)：摩爾摩爾- -庫侖破壞準則庫侖破壞準則根據(jù)應力狀態(tài)計算出根據(jù)應力狀態(tài)計算出大小主應力大小主應力1、3221,3422xzxzxz判斷破壞可能性判斷破壞可能性231452tg 4522ftgc由由1計算計算3f比較比較3與與3f3 3f 彈性平衡狀態(tài)彈性平衡狀態(tài)3= =3f 極限平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)3 3f 破壞狀態(tài)破壞狀態(tài) O c 1 3f 3 33. 3. 破壞判斷方法破壞判斷方法三三、摩爾、摩爾- -庫侖強度理論庫侖強度理論判別對象：土體微小單元（一點）判別對

13、象：土體微小單元（一點） 1 1= = 常數(shù)：常數(shù)： O c 1f 32 tanfc290 3 1f45 /2破裂面破裂面2 4. 4. 滑裂面的位置滑裂面的位置 與大主應力面夾角：與大主應力面夾角： =45 + /2摩爾摩爾- -庫侖破壞準則庫侖破壞準則 【 例例3-13-1 】 地基中某一點的大主應力 kPa，小主應力 kPa。通過試驗測得土的抗剪強度指標c=18kPa、 ，問最大剪應力面是否破壞？該點處于什么狀態(tài)？小主應力減小時，該點狀態(tài)如何變化？ 0 .42017 .1803 20【解答解答】（1）最大剪應力為kPa7 .11990sin)kPa7 .180kPa0 .420(212s

14、in231max剪應力最大面上的正應力90cos)kPa7 .180kPa420(21)kPa7 .180kPa0 .420(212cos223131 =300.4 kPa 該面上的抗剪強度kPa2 .12720kPa4 .300kPa18ftgtgc因為在剪應力最大面上 ，所以不會沿該面發(fā)生剪破。 maxf （2）地基中一點所處狀態(tài)的判別:設(shè)達到極限平衡狀態(tài)時所需小主應力為 ，則由式（3-9）得 f3)()()()(22045kPa18222045kPa4202452245221f3tgtgctgtg=180.7 kPa 因為 等于該點的實際小主應力 ，因此該點處于極限平衡狀態(tài)，相應的摩爾應

15、力圓與強度包絡線相切，如圖3-6中的圓A。f33 （3）當小主應力 變小時，摩爾圓直徑變大，與強度包絡線相割，如圖3-6中的B圓，該點已破壞。 3小主應力小主應力 變變小時，摩爾圓直小時，摩爾圓直徑變大徑變大4.2 4.2 抗剪強度的確定及試驗方法抗剪強度的確定及試驗方法 4.2.14.2.1直剪試驗直剪試驗 直剪試驗的目的是用直剪儀測定土的抗剪強度指標c、 值 直剪試驗原理 對某一種土體而言，一定條件下抗剪強度指標c、 值為常數(shù)，所以，f與 為線性關(guān)系，試驗中，通常采用4個試件，分別在不同的垂直壓力p下，施加水平剪切力進行剪切，使試件沿人為制造的水平面剪壞，得到4組數(shù)據(jù)（， ），其中，為剪壞

16、面上所受最大剪應力，為相應正應力，這4組數(shù)據(jù)（， ）對應以f為縱坐標， 為橫坐標的坐標系中的4個點，根據(jù)4點繪一直線 ，直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角，縱軸截距為土的黏聚力c，見圖試驗儀器：試驗儀器：直剪儀直剪儀（應力控制式，（應力控制式，應變控制式）應變控制式）應變控制式直剪儀直剪儀應力控制式直剪儀TA直接剪切試驗：用用直接剪切儀直接剪切儀（簡稱直剪儀）簡稱直剪儀）測測 定土的抗剪強度的試驗。定土的抗剪強度的試驗。TT剪切剪切面面PT剪切剪切面面TPPA試驗儀器：直剪儀（應力控制式，應變控制式）試驗儀器：直剪儀（應力控制式，應變控制式）剪切位移剪切位移 （mm） 剪應力剪應力 （kPa) 4 f

17、f = 100KPa = 200KPa = 300KPacmmkPa = 400KPakPafkPa 4根據(jù)試驗時剪切速率和排水條件的不同 快剪 固結(jié)快剪 慢剪 在試件上施加垂在試件上施加垂直壓力后，立即直壓力后，立即施加水平剪切力施加水平剪切力 在試件上施加垂直在試件上施加垂直壓力，待排水固結(jié)壓力，待排水固結(jié)穩(wěn)定后，施加水平穩(wěn)定后，施加水平剪切力剪切力 在試件上施加垂直在試件上施加垂直力及水平力的過程力及水平力的過程中均應使試件排水中均應使試件排水固結(jié)固結(jié) 快剪試驗快剪試驗用于模擬在土體來不及固結(jié)排水就較快加載的情況，對實際工程中，對滲透性差，排水條件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡穩(wěn)定

18、分析時，可采用快剪；固結(jié)快剪固結(jié)快剪用于模擬建筑場地上土體在自重和正常荷載下作用下達到完全固結(jié)，而后遇到突然施加荷載的情況例如地基土受到地震荷載的作用屬于此情況；慢剪慢剪指標用于模擬在實際工程中，土的排水條件良好（如砂土層中夾砂層）、地基土透水性良好（如低塑性黏土）且加荷速率慢的情況。因此，應根據(jù)實際的工程情況選擇合適的試驗方法。因此，應根據(jù)實際的工程情況選擇合適的試驗方法。 應變式直剪儀應變式直剪儀垂直加載垂直加載水平加載水平加載測微表測微表量力環(huán)量力環(huán)剪切盒剪切盒百分表百分表剪切盒剪切盒量力環(huán)量力環(huán)直剪試驗的優(yōu)缺點直剪試驗的優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點：儀器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于操作。儀

19、器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于操作。 缺點：缺點： 剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實際情況，不一定是土樣的最薄弱面。際情況，不一定是土樣的最薄弱面。 試驗中不能嚴格控制排水條件，對透水性強的土試驗中不能嚴格控制排水條件，對透水性強的土尤為突出，不能量測土樣的孔隙水壓力。尤為突出，不能量測土樣的孔隙水壓力。 上下盒的錯動，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減上下盒的錯動，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應力分布不均勻。小，剪切面上的剪應力分布不均勻。4.2.2 三軸剪切試驗三軸剪切試驗 三軸試驗是根據(jù)摩爾庫侖破壞準則測定土的黏聚力c

20、 和 內(nèi)摩擦角 。常規(guī)的三軸試驗是取三個性質(zhì)相同的圓柱體試件，分別先在其四周施加不同的圍壓（即小主應力），隨后逐漸增大大主應力直到破壞為止 三軸壓縮試驗原理是根據(jù)莫爾庫倫強度理論得出的。 三軸壓縮儀主要由壓力室、加壓系統(tǒng)和量測系統(tǒng)三大部分組成，三軸壓縮儀的壓力室，是一個由金屬頂蓋、底座和透明有機玻璃圓筒組成的密閉容器。 取35個相同土樣，在不同的周圍壓力作用下進行剪切破壞，可得到相應的作用力，便可繪出幾個極限應力圓，這些極限應力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強度線。由此得出抗剪強度指標。圖圖4.10 三軸剪切儀壓力室示意圖三軸剪切儀壓力室示意圖1豎向加荷活塞；豎向加荷活塞；2頂蓋；頂蓋；3有機玻

21、璃圓筒；有機玻璃圓筒；4乳膠膜；乳膠膜；5底座；底座；6活塞座；活塞座；7壓力表壓力表圖圖4.12 三軸剪切試驗成果三軸剪切試驗成果 在三軸剪切試驗中，根據(jù)試件排水條件的不同，可分為不固結(jié)不排水剪(UU)，固結(jié)不排水剪（CU）和固結(jié)排水剪（CD）3種試驗方法。 對于飽和黏性土，在不同圍壓下測得不固結(jié)不排水剪的破損摩爾圓直徑相等，其包絡線為水平線， 0u固結(jié)不排水剪試驗（測孔壓）確定c和 的方法 將所得的總應力摩爾圓（將所得的總應力摩爾圓（圖圖 中各實線圓中各實線圓）向坐標）向坐標原點平移一相應的孔隙水壓力原點平移一相應的孔隙水壓力u值，圓的半徑保持值，圓的半徑保持不變不變 根據(jù)試驗排水條件的不

22、同，對應于直接剪切試驗的根據(jù)試驗排水條件的不同，對應于直接剪切試驗的快剪快剪、固結(jié)快剪固結(jié)快剪和和慢慢剪試驗剪試驗，三軸壓縮試驗也可，三軸壓縮試驗也可分為分為不固結(jié)不不固結(jié)不排水剪排水剪、固結(jié)不排水剪固結(jié)不排水剪和和固結(jié)排水固結(jié)排水剪剪三種試驗方法：三種試驗方法： 不排水剪不排水剪是在試樣施加是在試樣施加 和和q時始終關(guān)閉時始終關(guān)閉B閥，不讓試樣排水；固結(jié)不閥，不讓試樣排水；固結(jié)不排水剪是在施加固結(jié)壓力排水剪是在施加固結(jié)壓力 時，打開時，打開B閥，讓試樣充分排水固結(jié)。然后關(guān)閉閥，讓試樣充分排水固結(jié)。然后關(guān)閉B閥，逐級增大閥，逐級增大q，使試樣剪破；，使試樣剪破； 排水剪排水剪則是在試驗時，始終

23、打開閥門則是在試驗時，始終打開閥門B，讓試樣自由排水。對于不排水，讓試樣自由排水。對于不排水剪和固結(jié)不排水剪試驗，還可測出試樣中產(chǎn)生的孔隙水壓力剪和固結(jié)不排水剪試驗，還可測出試樣中產(chǎn)生的孔隙水壓力 ，因而可以，因而可以求出土的有效應力抗剪強度指標值求出土的有效應力抗剪強度指標值 ，這種方法稱為，這種方法稱為有效應力法有效應力法。 三軸壓縮試驗較直接剪切試驗完善，其優(yōu)點是能比較嚴格地控制排水條三軸壓縮試驗較直接剪切試驗完善，其優(yōu)點是能比較嚴格地控制排水條件，并能測定試樣的孔隙水壓力件，并能測定試樣的孔隙水壓力變化，受力條件比較符合實際，沒有人為地變化，受力條件比較符合實際，沒有人為地限定破裂面，

24、破裂面是最弱面，試驗結(jié)果較為準確。限定破裂面，破裂面是最弱面，試驗結(jié)果較為準確。 33u、c 【 例例 】對某飽和土做固結(jié)不排水試驗，4個試樣破壞時的 、 和相應的孔隙水壓力u列表于3-1中。試確定該試樣 、 和 、 。13cuccuc表3-1 三軸試驗成果 試樣編號 / kPa / kPa u / kPa 1234 145218310405 60100150200 21386284 13【解答解答】（1）采用直角坐標系，在橫坐標上，按適當比例尺繪制，繪制 、 點，以 - 為直徑，（ ，0）為圓心繪制摩爾圓，4組試樣共4個圓，如圖3-13中實線所示，然后作此4圓的公切線，即為土的抗剪強度包線。

25、量得 =17 kPa， =17 13132/ )(31cuccu（2）采用表3-2的數(shù)據(jù)作有效應力圓，如圖3-13中虛線所示，方法同上，然后作此4圓的公切線，量得 =12 kPa， =25 ccu 表3-2 三軸試驗成果（有效應力） (單位： kPa) 試樣編號 1234124391806224888321116u11u33圖圖 3-13 例例3-2 4.2.3無側(cè)限壓縮試驗無側(cè)限壓縮試驗 無側(cè)限抗壓強度試驗是三軸剪切試驗的特例，對試樣不施加周圍壓無側(cè)限抗壓強度試驗是三軸剪切試驗的特例，對試樣不施加周圍壓力，即力，即 3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無側(cè)限壓力條件下，只施加軸向壓力直

26、至發(fā)生破壞，試樣在無側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時試樣承受的最大軸向壓力剪切破壞時試樣承受的最大軸向壓力qu，稱為稱為無側(cè)限抗壓強度無側(cè)限抗壓強度 2uufqc 飽和軟飽和軟粘土粘土土的靈敏度土的靈敏度 粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強度的比值的重塑土的無側(cè)限抗壓強度的比值0qqSut反映土的結(jié)構(gòu)反映土的結(jié)構(gòu)受撓動對強度受撓動對強度的影響程度的影響程度 根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：低靈敏度土低靈敏度土 1St2中靈敏度土中靈敏度土 244.2.4十字板剪切試驗十字板剪切試驗 適用于現(xiàn)場測定

27、飽和適用于現(xiàn)場測定飽和粘性土的不排水強度，尤粘性土的不排水強度，尤其適用于均勻的飽和軟粘其適用于均勻的飽和軟粘土土十字板剪切破十字板剪切破壞扭力矩壞扭力矩 十字板現(xiàn)場十字板現(xiàn)場試驗強度試驗強度 H2v3422DDDDHM)DH(DM322f4.3 地基承載力和地基破壞形式地基承載力和地基破壞形式 地基承載力是指地基單位面積上所能承受荷載的能力。通常把地基土單位面積上所能承受的最大荷載稱為極限荷載或極限承載力。地基基礎(chǔ)設(shè)計和施工中，為保證荷載作用下地基不破壞，地基規(guī)范規(guī)定地基承載力必須滿足akfp 相應于荷載效應標準組合時，基礎(chǔ)底面處的平均總壓力 修正后地基承載力的特征值建筑物對建筑物對地基的要

28、地基的要求求1.1.變形要求變形要求2.2.穩(wěn)定要求穩(wěn)定要求 地基承載力：地基承載力：地基所能承受荷載的能力。地基所能承受荷載的能力。4.3.1 地基的破壞形式地基的破壞形式 試驗研究表明，在荷載作用下，建筑物地基的破壞通常是由承載力不足而引起的剪切破壞，地基剪切破壞的形式可分為整體剪切破壞、局整體剪切破壞、局部剪切破壞部剪切破壞和和沖剪破壞沖剪破壞三種形式 整體剪切整體剪切破壞破壞 局部剪切局部剪切破壞破壞 沖剪破壞沖剪破壞 地基變形的三個階段：地基變形的三個階段：（1）線性變形階段：相應于）線性變形階段：相應于P-S曲線曲線的的部分。由于荷載較小，地基部分。由于荷載較小，地基主要產(chǎn)生壓密變

29、形，荷載與沉降的主要產(chǎn)生壓密變形，荷載與沉降的關(guān)系接近于直線。關(guān)系接近于直線。（）彈塑性變形階段：相應于（）彈塑性變形階段：相應于P-S曲線曲線部分。當荷載增加到超過部分。當荷載增加到超過點壓力時，荷載與沉降之間成曲點壓力時，荷載與沉降之間成曲線。線。（）破壞階段：相應于（）破壞階段：相應于P-S曲線的曲線的段。在這個階段塑性區(qū)已發(fā)展段。在這個階段塑性區(qū)已發(fā)展到形成一連續(xù)的滑動面，荷載略有到形成一連續(xù)的滑動面，荷載略有增加或不增加，沉降均有急劇變化，增加或不增加，沉降均有急劇變化，地基喪失穩(wěn)定。地基喪失穩(wěn)定。O Ospa b c 壓力與沉降關(guān)系曲線1.1.整體剪切破壞整體剪切破壞 1)p-s1

30、)p-s曲線上有兩個明顯的轉(zhuǎn)曲線上有兩個明顯的轉(zhuǎn)折點，可區(qū)分地基變形的三個階段折點，可區(qū)分地基變形的三個階段 2) 2) 地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連續(xù)的滑動面續(xù)的滑動面 3) 3) 荷載達到極限荷載后，基荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起2.2.局部剪切破壞局部剪切破壞 1)p-s1)p-s曲線轉(zhuǎn)折點不明顯，沒有曲線轉(zhuǎn)折點不明顯，沒有明顯的直線段。明顯的直線段。 2)2)塑性變形區(qū)不延伸到地面，塑性變形區(qū)不延伸到地面，限制在地基內(nèi)

31、部某一區(qū)域內(nèi)。限制在地基內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi)。 3)3)荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起。兩側(cè)地面微微隆起。3. 3. 沖剪破壞沖剪破壞 1)p-s1)p-s曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點。曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點。 2)2)地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動面。地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動面。 3)3)荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)兩兩 側(cè)地面不隆起，而是下陷。側(cè)地面不隆起，而是下陷。 整體剪切破壞的曲線1有兩個轉(zhuǎn)折點a和b，相應于a點的荷載稱為臨塑荷臨塑荷載載pcr，指地基土即將出現(xiàn)剪切破壞時的基礎(chǔ)底面的壓力；相應于b點壓力稱為極限荷載極限荷載pu，是地基承受基礎(chǔ)荷載的極限壓力

32、，當基底壓力達到Pu時，地基就會發(fā)生整體剪切破壞。臨塑荷載pcr和極限荷載pu稱為地基的兩個臨界荷載。 某谷倉的地基整體剪切破壞沖剪破壞沖剪破壞沖 剪 破 壞4.4 地基的臨塑荷載和臨界荷載地基的臨塑荷載和臨界荷載一、臨塑荷載的基本公式建立于下述理論之上：一、臨塑荷載的基本公式建立于下述理論之上：（1 1）應用彈性理論計算附加應力；）應用彈性理論計算附加應力；（2 2）利用強度理論建立極限平衡條件。）利用強度理論建立極限平衡條件。二、塑性區(qū)的邊界方程二、塑性區(qū)的邊界方程 通過研究地基中任一點通過研究地基中任一點M M處產(chǎn)生的大、小主應力（如下處產(chǎn)生的大、小主應力（如下圖所示）和該點的大、小主應

33、力應滿足的極限平衡條件圖所示）和該點的大、小主應力應滿足的極限平衡條件。均布條形荷載作用下地基中的應力均布條形荷載作用下地基中的應力1313sin2 cotc1300=(sin)()pddz00sinsintanpdczd00dzdmaxcot2tanpdczd由上式可得：由上式可得：條形基礎(chǔ)邊緣的塑性區(qū)塑性區(qū)的最大深度塑性區(qū)的最大深度Zmax，可由，可由 的條件求得，即的條件求得，即： 當當Zmax=0時，表示地基中即將出現(xiàn)塑性區(qū)，相應的荷載即為時，表示地基中即將出現(xiàn)塑性區(qū)，相應的荷載即為臨塑荷載臨塑荷載Pcr，即：，即：(cot )cot2crdcpd 理論公式法確定地基承載力理論公式法確

34、定地基承載力 按塑性區(qū)的深度確定地基承載力 按塑性區(qū)開展深度確定地基承載力的方法，就是將地基中的剪切破壞區(qū)限制在某一范圍，確定地基土所能承受多大的基底壓力，該壓力即為所求的地基承載力。（1 1）臨塑荷載）臨塑荷載 是指地基土即將出現(xiàn)剪切破壞時的基礎(chǔ)底面的壓力。設(shè)條形基礎(chǔ)的寬度為b，埋置深度為d，均布垂直壓力為p，按彈性理論可推導出地基的臨塑荷載計算公式為cd0crcMdMp 其中Md，Mc為承載力系數(shù) （2）臨界荷載）臨界荷載 p1/4和和p1/3 理論計算和工程實踐表明，用臨塑荷載作為地基特征承載力特征值比較保守，也不夠經(jīng)濟。國內(nèi)某些地區(qū)的經(jīng)驗認為，塑性區(qū)的最大開展深度zmax可達到基礎(chǔ)寬度

35、b的1/4或1/3，并把這時的基底壓力稱為臨界荷載 p1/4和p1/3 。 中心受壓基礎(chǔ)可取 ，其臨界荷載為 4maxbzcd04141cMdMbMp/ 偏心受壓基礎(chǔ)可取 ，其臨界荷載為 3maxbzcd03131cMdMbMp/ 承載力系數(shù)承載力系數(shù)2cot44/1M2cot33/1M2ccotcotM 提示提示：上述公式是在條形基礎(chǔ)承受均布荷載條件下推導出來的，可以直接作為地基承載力特征值使用，對于矩形、圓形基礎(chǔ)可近似應用，結(jié)果偏于安全 也可改用：也可改用：1 40bdcpNbNdN c4(cot)2bNcot2cot2dNcotcot2cN對于偏心荷載作用的基礎(chǔ)，也可取對于偏心荷載作用的

36、基礎(chǔ)，也可取z zmaxmax=b/3=b/3相應的塑性荷載相應的塑性荷載p p1/31/3作為地基的承載力，即作為地基的承載力，即 01 30(cot/3)cot2dcbpd 【 例例 】某條形基礎(chǔ)，寬度b=3m，埋置深度d=1.0m。地基土為粉質(zhì)黏土，其物理力學性質(zhì)指標為： =18kN/m3，黏聚力c=10kPa，內(nèi)摩擦角 =10，飽和重度 kN/m3。試求：地基承載力 、 ；當?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時，承載力有何變化。 0819m.4/1p3/1p【解答解答】（1 ）由c = 1 0 k Pa 、 = 1 0 ， 根 據(jù) 承 載 力 系 數(shù) 計 算 公 式 ，得 、 、 、 ，分別代入式

37、（3-19）和式（3-20）得18. 041M24. 031M731d.M 174c.M kPacd0414/182.56cMdMbMpkPacd0313/185.8cMdMbMp（2）當?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時，若抗剪強度指標c、 不變，則承載力系數(shù)也不變，但基底以下土的重度按浮重度計，其值為174kPa10731m1kN/m18180m3kN/m89kN/m819333cd0b41.cMdMbMp/)(=78.24 kPa 82.56 kPa174kPa10731m1kN/m18240m3kN/m89kN/m819333cd0b31.cMdMbMp/)(=80.04 kPa85.8kPa 從計算結(jié)果可知，當?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時，地基承載力將降低。 太沙基公式太沙基公式太沙基假定基礎(chǔ)太沙基假定基礎(chǔ)是條形基礎(chǔ)，均是條形基礎(chǔ)，均布荷載作用，且布荷載作用，且基礎(chǔ)底面粗糙基礎(chǔ)底面粗糙, ,當?shù)鼗l(fā)生滑動當?shù)鼗l(fā)生滑動時，滑動面的形時，滑動面的形狀如圖，可以分狀如圖，可以分成成3 3個區(qū)。個區(qū)。4.5 4.5 地基的極限承載力地基的極限承載力u12q