柱下钢筋混凝土独立基础设计

土力

学与地基基础

2

1

1

级

建

筑

4

班

肖

华

江课

程

设

计

第一部分

一，直接剪切试验步骤

1快剪

先将试样的上，下两面均贴以不透水薄膜,在施加垂直压力后,立即快速施加水平剪力,使试样在

3~5min 内剪切破坏。由于剪切速率快,可认为试样在短暂的剪切过程中来不及排水固结。得到的强度指标用Cq ，υq 表示。

2.固结快剪

施加垂直压力后,让试样充分排水固结,待固结完成后,再快速施加水平力,使试样再剪切过程中有充分的时间排水固结,直至剪切破坏,得到强度指标Ccq ，υcq 表示。

3.慢剪

施加垂直压力并待试样固结完成后,以缓慢的剪切速率施加水平剪力,使试样在剪切过程中有充分的时间排水固结,直至剪切破坏。得到的强度指标用Cs ，υs 表示。

a.直剪试验具有设备简单，土样制备及试验操作方便，易于掌握等优点,因而至今仍为一般工程所广泛使用。

b.缺点

(1)人为地限制剪切面在上，下盒之间,而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏。 (2)剪切面上剪应力分布不均匀,应力条件复杂。

(3)在剪切过程中,图样剪切面是逐渐减小的,而在计算抗剪强度时却是按土样的原截面积计算的。 (4)试验时不能严格控制排水条件和测量空隙水压力值。

二，三轴压缩试验

1.不固结不排水剪（UU 试验）

试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水,试验自始自终关闭排水阀门。

图4-10是饱和粘性土的不固结不排水剪切试验结果。图中应力圆A ，B ，C 分别表示一组三个试验在不同的周围压力δ3作用下的总应力圆。由于试验处在不排水的条件下,增加δ3值只能引起孔隙水压力增加,

故在τ-σ图上表现为三个极限应力圆的直径相等,因而破坏包线是一挑水平线,即

υu=0

τf =Cu=1/2(σ1 - σ3）

式中： υu--------不排水内摩擦角,度 Cu---------不排水抗剪强度,KPa

2.固结不排水剪（CU 试验）

试样在施加周围压力σ3时打开排水阀门, 允许试样排水固结,待固结完成后关闭排水门, 再施加竖向压力,使试样在不排水的条件下剪切破坏。

图4---11为饱和粘性土固结不排水剪切试验结果。图中实线为总应力圆及相应的破坏包线,总应力强度指标为C CU 和υCU,虚线为有效应力圆及相应的破坏包线,有效应力强度指标为C ’和υ‘（υ‘>υcu ）。于是,固结不排水剪的总应力强度包线可表达为：

τf =Ccu +σtanυcu

有效应力强度包线可表达为

：τf =c’+σtanυ‘

3.固结排水剪（CU 试验）

试样在施加周围压力σ3时允许排水固结, 待固结完成后,再在排水条件下施加竖向压 力至试样剪切破坏。

固结排水剪在整个试验过程中,均让试验充分排水固结,故孔隙水压力始终为零（u=0),所施加的应力均为有效应力,总应力圆就是有效应力圆,总应力包线就是有效应力强度包线。试验证明,固结排水剪强度指标cd ，υd 与固结不排水试验得到的c ’，υ‘很接近,由于固结排水试验所需的时间太长,故适用中常用c ’，υ‘来代替cd ，υd 。

优点：能严格控制排水条件以及可以量测试样中孔隙水压力的变化。此外,试样中的应力状态也比较明

确,破裂面是在最薄弱处,而不像直接剪切试验那样限定在上，下盒之间

缺点：机器设备与试验操作较为复杂。

三．无侧限抗压强度试验

无侧限抗压强度试验宜在8~12min 内完成。由于试验时间较短,可以认为试样在受剪过程中处于不排

水条件。由于σ3=0,试验结果只能作出一个极限应力圆（σ1=qu,σ3=0）,如图4---12（b ）所示。根据三轴不固结不排水剪切试验的结果,饱和粘性土的抗剪强度包线为一条水平线,即υu=o,因此,由无侧抗压强度试验所得的极限应力圆的水平切线就是抗剪强度包线,于是有：

τf =Cu=q u/2

式中：Cu------------土的不排水抗剪强度,KPa qu-------无侧限抗压强度,KPa

无侧限抗压强度试验还可用来测定粘性土的灵敏度。粘性土的强度与其结构性有关,当土的天然结构收到破坏时,其强度将降低。粘性土的这种结构性对其强度的影响一般用灵敏度St 来表达：

St=q u /q ur

式中：qu-------原状试样（保持天然状态下土的结构和含水量不变的试样）的无侧限抗压强度或十字板（见本节四：十字板剪切试验）抗剪强度,KPa

qur------具有原状土样相同含水量并彻底破坏其结构的重塑土样的无侧限抗压强度或十字板抗剪强度,KPa

按灵敏度的大小,饱和粘性土可分为：低灵敏（14）三类。土的灵敏度愈高,其结构性愈强,受扰动后土的强度降低就愈多。所以在高度灵敏土上进行基础施工时,应注意保护槽（坑）底土体,尽量减少对土结构的扰动。

土的触变性：饱和粘性土的结构受到扰动,

将导致强度降低,但当扰动停止后, 土的强度又会随时间而逐渐增大。 这是由于粒，离子和水分子体系随时 间而逐渐趋于新的平衡状态的缘故。 粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶 体化学性质称为土的触变性

优点：无侧限压力仪设备简单,操作方便,工程上常用来测定饱和软土（指强度低，压缩性高和透

水性小的粘性土,如淤泥和淤泥质土）的不排水抗剪强度和灵敏度。

四．十字板剪切试验

在抗剪强度的原位测试方法中，十字板剪切试验常用于现场测定饱和软粘土的原位不排水抗剪强度。试验采用的仪器为十字版剪力仪（图4--13）。试验时，先将套管打到预定深度，并清除管内的土。把十字板安装在钻杆的下端，通过套管压入土中，压入深度约750mm 。然后由地面的扭力设备对钻杆施加扭矩，带动十字板旋转，使十字板内的圆柱形土体与周围不动的土体之间发生相对的剪切位移直至土剪切破坏。这时土的剪切面为十字板旋转所形成的圆柱面及上,下端面。设圆柱侧面和上下表面的抗剪强度相等，通过量力设备可测得破坏时的扭矩M ，它等于圆柱形土体侧面和上,下表面上的抵抗力矩之和，由此可求得土的不排水抗剪强度。

优点：不需取样对土的结构扰动较小，仪器构造简单，操作方便，被认为是目前测定饱和软粘土抗剪强

度的较好方法。这种试验的到软粘土不排水抗剪强度常比无侧限抗压强度试验的结过大，但较能反映实际情况。也可用来测定软粘土的灵敏度。