直接剪切试验

C A B

将总应力圆在水平 轴上左移uA得到相 应的有效应力圆， 按有效应力圆强度 包线可确定c 、
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三轴压缩试验

不固结不排水试验（UU试验） cd 、d 1 关闭排水阀门，施加围压，在不固结的情
况下，施加轴力进行剪切。 2 整个试验过程关闭排水阀门，试样中存在孔隙 水压力u。
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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cu
uA
有效应力圆 A
3A
总应力圆
u=0
B
1A
C

试验表明：虽然三个试样的周围压力3不同，但破坏时的主应力差相 等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线。
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无侧限抗压强度试验

试验设备
3=0 的不排水剪切三轴试验
·
pcr
pu
P
·
s
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第五节 地基的临界荷载
一、地基的破坏形式
(1) 整体剪切破坏
pcr pu p
S
密实砂土或硬粘土
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第五节 地基的临界荷载
(2) 局部剪切破坏
p
中密砂土或一般粘性土
四、抗剪强度试验方法的影响
采用的试验方法（包括仪器、试验条件及过程）不同，导 致同一种土的试验结果也会明显不同。
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地基破坏实例
土力学地基基础
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膨胀土对建筑物的危害
活动区域
地基破坏实例
潜在性膨胀土的 分布限与热带和 温带的半干旱地 区内。这种条件 助长了蒙特石形 成。很多国家都 发现了膨胀土。 印度的黑棉土

1 1 3 sin 2 2
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土力学地基基础
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
3 1
O
3

2 1/2(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。

2
cctg 1/2(1 +3 )
粘性土：
无粘性土：
土力学地基基础
o o 1 3 tan 45 2c tan 45 2 2 o 2 o 3 1 tan 45 2c tan 45 2 2 2 o 1 3 t an 45 2 3 1 t an2 45o 2
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 1 3

1
0 0

3
斜 面 上 的 应 力
x z
1 1 3 1 1 3 cos 2 2 2
测力计
qu
ห้องสมุดไป่ตู้
量表
升降 螺杆
试 样
加压 框架
qu
P CR 10 Aa Aa h h
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无侧限压缩仪
土力学地基基础
无侧限抗压强度试验

试验结果

qu f cu 2
u 0
cu
0
qu

无侧限抗压强度试验包线
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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

c
A
max
3
f 2 f
1
1 f 90 45 2 2
cctg 1/2(1 +3 )

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
c 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
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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
砂土在固结排水试验中的应力应变与体变曲线
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第四节 土的抗剪强度的影响因素
影响土的抗剪强度的因素是多方面的，主要有： 一、土的矿物成分、颗粒形状和级配的影响
一般来说，粘性土的抗剪强度随着粘粒和粘土矿物含量的
增加而增大。砂性土在土的颗粒级配中，粗颗粒越多，形状 越不规则，表面越级糙，则其内摩擦角越大，因而其抗剪强
实程度及颗粒间的相对移动是影响无粘性土性质的
决定因素。 一、无粘性土的摩擦强度 摩擦物理过程分为两部分： 1）颗粒间的滑动而产生的滑动摩擦；
2）颗粒间脱离咬合作用而产生的咬合摩擦。
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第三节 无粘性土的抗剪强度
研究表明：就一种砂而言，无论是紧砂还是松砂，
度也越高。
二、土的密实度和含水率的影响
土的原始密度越大，其抗剪强度就越高。含水率增高一般
将使土的抗剪强度降低。
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第四节 土的抗剪强度的影响因素
三、土体结构受扰动情况及应力作用历史影响
粘性土的天然结构如果被破坏时，其抗剪强度就会明显下 降，所以施工时要注意保持粘性土的天然结构。从土体的应 力作用历史来分析，超固结土的抗剪强度值比正常固结土的 大，而正常固结土的抗剪强度值比欠固结土大。
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 3
3
3.施加竖向压力

3 △
试验类型 ——不同排水条件
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办公楼 外墙
回填土
粘土
地基土可能的滑动方向
粘土和石头
岩石
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
砂土
库仑定律：土的抗剪强
度是剪切面上的法向总应 力 的线性函数 。

f tan
后来，根据粘性土剪切试验得出
f
c
土力学地基基础
f tan c
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地基承载力确定
地基的破坏过程 pcr 临塑荷载 pcr~ p1/3
塑性区发展 和临界荷载
pu
连续滑动面 和极限荷载
土力学地基基础
地 基 土 连 开 续 始 滑 出 动 现 面 最终地基中形成一连续的滑动面， 剪 基础急剧下沉或向一侧倾斜，土体 切 被挤出，基础四周地面隆起。 破 坏
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第六章 土的抗剪强度和地基承载力
τ
f c tg
D A B τ＝τf 极限平衡条件 莫尔－库仑破坏准 则
O
σ
剪切破坏面
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
十字板剪切试验
M
一般适用于测定软粘土的
不排水强度指标
钻孔到指定的土层，插入
十字形的探头
通过施加的扭矩计算土的
抗剪强度
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第三节 无粘性土的抗剪强度
无粘性土无粘聚力，其抗剪强度取决于剪切面上 的摩擦性质，故无粘性土又称粒状土。粒状土的密
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第三节 无粘性土的抗剪强度
三、土的空隙比及剪胀性
松砂受剪，一般不出现峰值强度，其体积先是急剧减少，然后 略有回胀；紧砂受剪时，先是颗粒彼此贴紧，体积略有收缩，然 后由于咬合摩擦造成颗粒跨越发生相对位移，体积迅速增大，与 此对应，应力应变曲线开始很陡，达峰值时，由于试样颗粒间咬 合作用削弱，强度亦有所降低。
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？？？

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三轴压缩试验

固结不排水试验（CU试验） ccu 、cu 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 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力 差过程中不排水。（后产生孔隙水压力）
cu
c ccu
uA
土力学地基基础
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。 主机
颗粒的滑动摩擦角差异不大，两者在强度上的差异
主要是由颗粒的排列定向作用与剪胀效应所致。 二、土颗粒组成对内摩擦角的影响 土颗粒的组成主要指颗粒形状、级配及矿物 成份 等。级配良好的土，由于具有较好的接触以及咬合，
较级配均匀的土咬合作用强，接触压力小而不易破
碎，故内摩擦角较大。尖角的砂较圆角的砂其咬合 作用强，内摩擦角也较大。
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
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直接剪切试验
P
上盒 下盒 S 土样
面积A

f3 f2 f1
3 2 1 S

T
直剪仪
(direct shear test apparatus)
承 基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致 载 过大的地基变形甚至倾覆。
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
土体抵抗剪切破坏的极限能力 §6.1 土的抗剪强度和极限平衡条件
土力学地基基础
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第五节 地基的临界荷载
定 义
地基在不破坏、不产生过大沉降的前提下能够承受 的荷载的大小。
特 点
(1) 上部结构－基础－地基系统中的重要组成部分。 （2）性质复杂。
要 求
（1）不破坏。 （2）不产生过大变形（沉降）。
（3）稳定性。
土力学地基基础
土力学地基基础
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 以总应力圆即是 有效应力圆。
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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

B
c
90 f 45 2 2
1 1 3 2 sin 1 c cot 1 3 2
A
3
f 2 f
o
1