三轴压缩试验土力学地基基础

1


3


1 2
1


3
c
os2


1 2
1


3
sin
2
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第六章 土的抗剪强度和地基承载力

A(, )
土中某点的应 力状态可用莫
尔应力圆描述
2

O 3 1/2(1 +3 ) 1

3

1
莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆 周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪 应力。
回填土 粘土
地基土可能的滑动方向
粘土和石头
岩石
办公楼 外墙
第六章 土的抗剪强度和地基承载力
一、 库仑公式
1776年，库仑根据砂土剪切实验得出
f
库仑定律：土的抗剪强
度是剪切面上的法向总应
砂土
力 的线性函数 。

后来，根据粘性土剪切试验得出
f tan
f
f tan c
由最大剪应力τmax所控制。
第二节 抗剪强度指标的确定
直接剪切试验 三轴压缩试验 无侧限抗压强度试验 十字板剪切实验
目的：测出土的抗剪强度指标
土力学地基基础
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直接剪切试验
上盒 下盒
P
面积A
土样

f3 f2 f1
3
2 1
S
S
T


直剪仪
(direct shear test apparatus) c
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第六章 土的抗剪强度和地基承载力
三、莫尔-库仑强度理论

A
B
c
3
f
2 f
o
1

f

90 2

45 2
sin
1 2
1

3

c
c ot

1 2
1

3

cctg 1/2(1 +3 )
粘性土：
变形破坏 位移、不均匀沉降等超过规定限值 地基破坏
强度破坏 地基整体或局部滑移、土工构筑 物失稳
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， 该点便发生剪切破坏。
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三轴压缩试验
固结排水试验（CD试验） cu 、u
1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超
静孔隙水压力完全消散；
2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以 便充分排水，避免产生超静水压力。

抗剪强度包线
c
土力学地基基础
在整个排水剪试

验过程中，uf ＝0， 总应力全部转化
为有效应力，所
σ1= σ3tg2(45+φ/2)＋2c*tg (45+φ/2) σ3= σ1tg2(45－φ/2)－2c*tg (45－φ/2)
无粘性土的极限平衡条件
σ 1= σ 3tg2(45+φ /2) σ 3= σ 1tg2(45－φ /2)
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讨论：破坏面=最大主应力面？？？
以总应力圆即是
有效应力圆。

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三轴压缩试验
土力学地基基础
缺点
试样应力状态复杂 剪切过程中，应变不均匀 不能控制排水条件 剪切面固定
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三轴压缩试验
三轴压缩试验 三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和试样均为圆柱形，因
此，两个侧向(或称周围)的应力相等并为小主应力3，而竖向(或轴向)的应 力为大主应力1。在增加1时保持3不变，这样条件下的试验称为常规三轴 压缩试验。

c
土力学地基基础
粘土

土的内摩擦角 土的粘聚力
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第六章 土的抗剪强度和地基承载力
二、土体中任一点的应力状态
--土体内任一点处不同方位的截面上应力的集合
1
3
3

1
x 0 z 0
土力学地基基础
斜

3
面 上

的
1
应 力


1 2

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

A
max
c f 2 f
3
1
cctg 1/2(1 +3 )

f

1 90 45
2
2
max 45
说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大 剪应力面成 / 2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是
基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导承致
过大的地基变形甚至倾覆。
载
力
问
题
(
图
1
)
土力学地基基础
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2000年西藏易贡巨型滑坡
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第六章 土的抗剪强度和地基承载力
§6.1 土的抗剪强度和极土限体平抵衡抗条件剪切破坏的极限能力
土力学地基基础
O 垂直压力可取100KPa、200KPa、300KPa和

400Kpa等。
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直接剪切试验
四联式 直剪仪
土力学地基基础
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直接剪切试验
P
A
S T
优点
设备简单，操作方便 结果便于整理 测试时间短
主机
三轴压缩仪
稳压调压系统
量测系统
三轴压缩试验
试验设备
应 变 控 制 式 三 轴 仪
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三轴压缩试验
试验步骤
1.装样
2.施加周围压力
3
3
3.施加竖向压力
试验类型 ——不同排水条件
△ 3
3 3
3 △
土力学地基基础
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无粘性土：
土力学地基基础
1

3
tan2 45o


2


2c tan 45o


2

3


1
tan
2

45
o


2

2c tan 45o


2

1

3
tan2 45o


2

3

1
tan2 45o


2

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第六章 土的抗剪强度和地基承载力
τ
τ＝τf 极限平衡条件
f c tg
莫尔－库仑破坏准 则
D
A
B
O
σ
剪切破坏面
土力学地基基础
极限应力圆 破坏应力圆
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第六章 土的抗剪强度和地基承载力
粘性土的极限平衡条件