土的抗剪强度和地基承载力..

3、施加竖向压力，使试件受剪破坏
4、破坏时大主应力为1，小主应力为3 5、进行不同围压三轴试验绘制破坏状态 的应力摩尔圆，找出公切线，得到c、
【例4】三轴仪测量某黏性土的抗剪强度指标， 经测量其数据如下，试计算c和的值
σ1 试样1 试样2 60KPa 100KPa
σ3 20KPa 50KPa
θ
应力状态：一个点在各方位截面上
应力的集合称为一点的应力状态。
主应力：在剪应力为零的平面上的
最大或最小正应力。
应力圆：在应力平面上，表示某个点
的应力状态轨迹是一个圆心在x轴的圆， 又称为莫尔圆。
f
把土中某个点每一个角度方向的正应 力和剪应力都标注在同一个坐标系中， 就形成了我们工程力学中学到的莫尔应 力圆。
原状土样的无侧限抗压 强度 土的灵敏度 重塑土样的无侧限抗压 强度
【例5】某饱和软黏土作无侧限抗压强 度试验，经测定：该土样的无侧限抗压 强度标准值为qu=100KPa，则：
①该土样在不固结不排水条件下的u=
②进行无侧限抗压强度试验时σ1=
③进行无侧限抗压强度试验时σ3=
④该土样在不固结不排水条件下的cu=
1 3

c cot
c
2
3
1 3 2
1 3 sin 1 3 2c cot
1
2

1 3 tan 45 2c tan 45 2 2
3 1 tan 45 2c tan 45 2 2
●
2 M f D 2 D H 3
地 基 变 形 的 三 阶 段
0 pcr a pu p
p pcr
b
s
c
1、线性变形阶段（又称压密阶段）
oa段，土主要产生压缩变形，荷载与沉降关 系接近于直线，土中各点的剪应力均小于土 的抗剪强度,地基处于弹性平衡状态。
地 基 变 形 的 三ห้องสมุดไป่ตู้阶 段
影响土抗剪强度的因素
5、剪切面上的法向应力越大，土的抗剪 强度越高。
f tan 砂土：
f tan c 黏性土：
6、土的应力历史：
超固结土抗剪强度＞正常固结土抗剪强度＞
欠固结土抗剪强度
f
莫尔库伦强度理论
f tan c

c

不会破坏
【例1】某柱下独立基础的地基土的抗剪强度 指标为黏聚力c=100KPa，内摩擦角φ=30°， 已知某薄弱面上的总应力为170KPa，该应力 和薄弱面的法线的夹角为①θ=37° ② θ=75° ，问该点是否会发生剪切破坏
0
pcr a
pu p
b
s
c
Pcr称临塑荷载：地基土开始出现剪切 破坏时，所承受的基底压力。
Pu称极限荷载：地基土形成整体滑动面， 失去稳定性的开始。
地 基 破 坏 的 三 种 形 式
1、整体剪切破坏（硬黏性土地基）
A、 p-s曲线上有两个明显的转折点，可区 分地基变形的三个阶段 B、地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑 性变形区发展成连续的滑动面 C、荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并 可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起
分固结，然后再慢慢施加水平剪力， 直到土样发生剪切破坏。
慢剪试验适用于：工程施工速度较
慢，地基土排水条件良好，土体易在短 时间内固结的土
慢剪试验的强度指标：
cs 和s
s slow
【例3】直剪仪测量某黏性土的抗剪强度指标， 经测量其数据如下，试计算c和的值
法向应力 破坏时的剪应力
100KPa 80KPa
②、土颗粒越小，黏聚力越大 ③、土颗粒越大、形状越不规则，摩阻力越大 ④、土颗粒级配越好，黏聚力和摩阻力越大
2、土的原始密度越大，黏聚力和内摩阻 力越大
影响土抗剪强度的因素
3、土的含水量增大，抗剪强度减小
①、含水量越高，结合水膜越厚，吸力越小，黏 聚力越小。 ②、水起润滑作用，减小内摩阻力。
4、土的结构扰动性：土受到扰动后，黏 聚力降低，抗剪强度减小。
100
按排水条件和固结程度三轴试验可分为
1、不固结不排水试验：（UU） 剪切过程中始终关闭排水阀门，阻止孔隙 水的排出。 该实验适用于地基透水条件差，排水不良， 且施工速度较快或斜坡稳定性验算
U unconsolid ate
U undrained
2、固结不排水试验：（CU）
对土样施加围压，打开阀门，让土样排水 固结。然后关闭阀门，施加竖向应力，把 土样剪坏，土样受剪过程中，里面的孔隙 水是不能排出的。 该实验适用于地基已充分固结或者建筑物 竣工较久，有突然加载的情况。
第五章、土的抗剪强度和地基承载力
土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能 力，大小等于剪切破坏面上的剪应力。
土 的 抗 剪 强 度
边坡稳定性问题 土压力当土墙问题
地基承载力问题
抗 剪 强 度 库 伦 定 律
f tan 砂土：
f tan c 黏性土：
f —土的抗剪强度
f tan c
抗剪强度线和莫尔圆相离，该点不 会发生剪切破坏

f
f tan c

抗剪强度线和莫尔圆相切，该点处于 极限平衡状态
f
f tan c

抗剪强度线和莫尔圆相交，该点处于 破坏状态
f
f tan c
应 变 式 直 剪 仪
采用不同加荷速率的试验方法来模拟 土体在受剪时的不同排水条件
快剪：在施加法向压力后直接施加水平剪
力，使土样在3~5min内剪坏。
快剪试验适用于施工速度快地基土排水条
件差，地基土在未固结的情况下承受荷载， 如斜坡的稳定性，厚度很大的饱和黏性土。
快剪试验的强度指标：cq
q quick
2
2

2
工程上可以近似的认为，对于饱和的软 黏土，在不固结不排水条件下，其内摩 擦角u=0。
土 的 内 摩 阻 力
土颗粒之间的滑动摩擦力
土颗粒之间的咬合力
f tanu cu cu
f
cu
f cu
qu
u 0
1
qu f cu 2

无侧限抗压强度试验还可以测量土的灵 敏度：
十字板抗剪强度的计算方法： 2 M f D 2 D H 3 M—十字板转动时的扭矩
H—十字板的高度
D—十字板的直径
【例6】某工地现场作十字板剪切试验， 已知十字板的高度为0.4m，直径为 0.5m，经测得十字板转动时的扭矩为 30KN m，计算土的抗剪强度
B、地基不出现明显连续滑动面
地 基 破 坏 的 三 种 形 式
破坏模式 地基中滑动面 p—s曲线 基础四周地面 整体剪切 连续至地面 有明显拐点 隆起 局部剪切 地基内连续 拐点不易确定 有时稍有隆起 冲切 不连续 拐点无法确定 沿基础下陷
破坏模式 基础的沉降 基础的表现 地基土情况 整体剪切 较小 倾斜 密实 局部剪切 中等 可能倾斜 松散 冲切 较大 仅有下沉 软弱 埋深 小 中 大
D drained
三轴试验的优缺点
一、优点： ①、试验可严格控制排水条件 ②、试验可测量孔隙水压力
③、试件的破裂面在最薄弱处
二、缺点： ①、σ2=σ3，不符合工程实际 ②、设备复杂，无法现场测试
无侧限抗压强度试验
是三轴试验中，围压σ2=σ3=0时的特殊 情况。 1 1
3
1 3 tan 45 2c tan 45 2 2 1 2 c tan 45 破坏时所施加的轴向力
200KPa 150KPa
直剪试验的缺点
①剪切面限定在上下盒之间的平面，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
③在剪切过程中，土样的剪切面逐渐减小，
而在计算抗剪强度时，仍按土的原截面计算
④试验不能严格控制排水条件，不能测定孔
隙水压力。
⑤试验时，上下盒之间的缝隙易嵌入砂粒，
使试验结果偏大
直接剪切试验
三轴剪切试验 无侧限抗压强度试验
十字板剪切试验
大型直剪试验
室内直接剪切试验
所用仪器：直剪仪
常用
按 加 荷 方 式 直 剪 仪 分 为
应变控制式：等速水平推动试样产生 位移并测得相应的剪力
应力控制式：对试样分级施加水平 剪力，同时测定相应的位移
应变控制式直剪仪
f tan c
—作用与剪切面上的正应力

c
—土的内摩擦角 —土的黏聚力
tan —土的内摩阻力
土 的 内 摩 阻 力 土 的 黏 聚 力
土颗粒之间的滑动摩擦力
土颗粒之间的咬合力 土颗粒之间的胶结作用
土颗粒之间结合水膜的分子引力作用
影响土抗剪强度的因素
1、土颗粒矿物成分、形状、大小、级配
①、土颗粒形状不规则的比圆卵形的摩阻力大
和q
固结快剪试验：在法向压力作用下，
让土样完全固结，然后很快施加水平剪 力，使土样在剪切过程中来不及排水
固结快剪试验适用于一般建筑物地基
的稳定性，建筑物在施工期间允许土体 充分排水固结，但完工后可能有突然增 加的荷载作用
固结快剪试验的强度指标
ccq 和cq
c consolidat ion
慢剪试验：先让土样在竖向压力下充
2
f
f tan c

c cot
c
3
2 f
1

土体剪切破坏时，破裂面不是发生在最 大剪应力的作用面上，而是发生在与最 大主应力作用面成 f 45 2 的平面上