土的抗剪强度及地基承载力

1.直接剪切试验的排水条件（表3-3说明）
表3-3 直接剪切试验工作排水条件说明
2.直接剪切试验特点 直接剪切仪具有仪器简单，操作方便等优 点，但也存在缺点，主要有： ①剪切面限 定在上下盒之间的平面，其破坏面不是最 薄弱剪切斜裂面；②剪切面上剪应力分布 不均匀，土样剪切破坏时先从边缘开始， 在边缘发生应力集中现象；③在剪切过程 中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪 强度时却是按土样的原截面积计算；④试 验时不能严格控制排水条件，不能量测孔 隙水压力。

3.1.4.2三轴剪切（压缩）试验

三轴压缩试验是克服了直接剪切试验存在 上述缺点的测定土抗剪强度指标的最为科 学的试验，三轴压缩试验用的主要仪器是 三轴压缩仪，三轴压缩仪由压力室、轴向 加荷系统，施加周围压力系统，孔隙水压 力量测系统等组成，表3-4插图所示，压力 室是三轴压缩仪的主要组成部分图3-11（a） 所示，它是一个有金属上盖、底座和透明 有机玻璃圆筒组成的密闭容器。
（2）应力历史 天然土层历史上固结过程中所经受过的最 大有效应力，称为先期（前期）固结应力， pc 用 表示；天然土层现有覆盖土层的自重 p 应力称为现有应力，用 表示。先期固结 应力与现有应力之比简称超固结比，用 OCR pc p 表示，根据超固结比大小将土层分为正常 固结土、超固结土、欠固结土三类，其古 街历史分析及对抗剪强度影响（表3-2）
3.1土的抗剪强度 τ f
3.1.1基本概念 3.1.1.1剪应力 τ 与抗剪强度τ f 的区别

图3-1（a）、(b)分别表示边坡及建筑物在荷载 作用下地基失稳破坏示意图，上部一部分土体沿 着下部另一部分土体滑动，也称剪切破坏，地基 的滑动破坏原因是由荷载加到一定程度后，在最 薄弱面上的剪应力大于该处的抗剪强度引起的， 所以地基的破坏也称剪切破坏。
土的抗剪强度及地基承载力
模块概述
土的抗剪强度是土的重要力学性质之一。地 基承载力的确定，挡土墙土压力的计算、土坡稳 定性的研究等问题都与土的抗剪强度直接相关。 所以学习土的抗剪强度对于工程设计施工具有非 常重要的意义。 在建筑工程中，由于地基承载力不足而使地 基产生失稳破坏，导致建筑物出现裂缝、倾缝， 甚至倒塌也是时有发生。为此，工程各部门对地 基土的承载力问题都给予了高度 的重视。 本模块主要研究土的抗剪强度及地基承载力的 确定及影响因素。
3.1.4.3无侧限抗压强度试验
3.1.4.4十字板剪切试验

前面介绍了三种土的抗剪强度试验方法均 是在室内试验室完成，试验须取得原状土， 但对于饱和粘性土由于试验在取样、包装、 运送、保存和制备过程中肯定要受到大的 扰动及水份的蒸发，是试样结果误差很大， 而十字板剪切试验克服了上述缺点，国内 广泛应用测定饱和粘性土抗剪强度及灵敏 度常用原位测试的方法。

测定抗剪强度的方 法室内试验和现场 原位测试的方法， 图3-10所示，本节 着重介绍这几种常 用试验方法。
3.1.4.1直接剪切试验

前面我们简单了解直接剪切试验的工作原理，其目的是根据剪切结果 绘制抗剪强度线，以便确定土样的粘聚力 c 和内摩察角 。 直接剪切实验的主要仪器为直剪仪，它分应变控制式和应力控制式两 种，前者是等速推动试样产生位移，测定相应的剪应力，后者则是对 试件分级施加水平剪应力测定相应的位移，目前我国普遍采用的是应 变控制式直剪仪（表3-3中插图），该仪器的主要部件由固定的上盒 和活动的下盒组成，试样放在盒内上下两块透水石之间。试验时，由 杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力，然后等速 转动手轮对下盒施加水平推力，使试样在上下盒的水平接触面上产生 剪切变形，直至破坏，剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环的变 形值计算确定。它是在室内进行的土工试验，其仪器的构成及操作原 理将在3.3 土的室内直接剪切试验详述。
学习目标
◆掌握土的抗剪强度理论，理解影响土体抗剪强度 的因素、抗剪强度指标测定方法及工程的选用； ◆掌握土中某点应力计算（包括剪应力及法向应力） 及应力圆表示； ◆熟悉土中某点极限平衡状态的条件并应用公式对 土中某点应力状态的判断； ◆明确地基承载力的基本术语、确定地基承载力的 方法及地基承载力的计算； ◆了解载荷试验确定地基承载力操作步骤，掌握地 基承载力特征值修正值计算。
3.1.3土的极限平衡条件
前面我们了解剪应力与抗剪强度的区 别，下面的任务是：从理论上深入分析 应力分析计算某点应力（剪应力及法向应 力）， 应力圆与抗剪强度线的关系 建立土中某点极限平衡的条件。
3.1.3.1土中某点的应力分析
3.1.3.2 土中某点的极限平衡条件
3.1.4测定抗剪强度的方法
3.1.1.2地基承载力与抗剪强度的关系
3.1.2土的抗剪强度
3.1.2.1抗剪强度计算理论
3.1.2.2影响土的抗剪强度的因素 影响土的抗剪强度的因素是多方面的， 主要的有下述几个方面。 （1）土的组成、土的密度及孔隙程度、含 水量、土体结构扰动情况、试验条件，其 分析见表3-1。
2.三轴压缩试验的排水条件


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3.三轴压缩试验特点 优点：①能较为严格地控制排水条件以及可以量 测试件中孔隙水压力的变化；②试件中的应力状 态也比较明确，破裂面是在最弱处，故三轴压缩 试验的结果比较可靠；③三轴压缩仪还用以测定 土的灵敏度、侧压力系数、孔隙水压力等力学性 质，因此，它是土工试验不可缺少的设备。 缺点：①三轴压缩试验的不足之处是试件的中主 应力 σ2 =σ3 ，而实际上土体的受力状态未必都 属于这类轴对称情况；②技术含量高，操作难度 大。
技术提示： 土体在外荷载的作用下，在滑动面上将同时产生剪应力和法向应力； 剪应力方向与滑动面方向一致的，法向应力与滑动方向垂直；土的 剪应力是由荷载引起的，与土体受力状态有关，将在土中某点应力 状态中详细分析，属于荷载效应的范畴；作用在剪切破坏面上抵抗 剪切破坏的能力称为抗剪强度，其作用方向与滑动面方向相反，属 于抗力的范畴，其大小与在滑动面上的法向应力及滑动面之间的摩 擦系数等有关。