土力学与地基基础——土的强理论

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。
土体强度及其特点
土的抗剪强度 土的强度的特点
工程中土的强度问题
各种类型的滑坡(sliding) 挡土和支护结构的破坏 地基的破坏 砂土的液化(liquefaction)
c和是决定土的抗剪强度的两个指标，称
为抗剪强度指标
• 当采用总应力时，称为总应力抗剪强度指标 • 当采用有效应力时，称为有效应力抗剪强度指标
对无粘性土通常认为，粘聚力C=0
土的抗剪强度指标
土体抗剪强度来源与影响因素
摩擦力来源： ✓ 滑动摩擦--剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦 ✓ 咬合摩擦--土粒间互相嵌入所产生的咬合力 粘聚力来源：
由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成
抗剪强度影响因素： ✓ 摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土
粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度 ✓ 粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的
结构
度
的
第
抗剪强度的第二种表达式：
二 种
上述法向应力采用总应力 表示，称为抗剪强度的总应力表
表 达
达式。
滑动摩擦角 u
粗粉
30
细砂 中砂 粗砂
20 0.02 0.06
0.2 0.6
2
颗粒直径 (mm)
由颗粒之间发生滑动时颗粒接触
面粗糙不平所引起，与颗粒的形
状，矿物组成，级配等因素有关
摩擦强度
摩擦强度：决定于剪切面上的正应力σ和土的内摩擦角
包括如下两个 组成部分 ：
A
C 剪切面
AC
B
B
滑动摩擦 咬咬合合摩摩擦擦
第五章 土的抗剪强度和地基承载力
❖ 土的抗剪强度 ❖ 土的极限平衡条件 ❖ 抗剪强度指标的确定(直剪，三轴，十字板） ❖ 地基的临塑荷载和极限荷载 ❖ 地基承载力的确定
第一节、土的抗剪强度
土的抗剪强度：是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极 限抵抗能力。
变形破坏 地基破坏
强度破坏
沉降、位移、不均匀沉降等超过规定限值(已学) 地基整体或局部滑移、隆起， 土工构筑物失稳、 滑坡
细粒土：粘聚力c取决于土粒间的各种物理化学作用力
作用机理：库伦力（静电力）、范德华力、
式
当法向应力采用有效应力 '表示时，则称为抗剪强度的有效
应力表达式。
wk.baidu.com
根据有效应力原理，土中某点的总应力 等于有效应力 ' 和
孔隙水压力u 之和，即
'u
而抗剪强度的有效应力表达式为：
f c' ' tan '
或
f c'( u) tan '
式中c' 、 ' 分别为有效粘聚力和有效内摩擦角
库仑公式: f c tg
由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成
抗剪强度影响因素： ✓ 摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土
粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度 ✓ 粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的
结构
摩擦强度：决定于剪切面上的正应力σ和土的内摩擦角
包括如下两个 组成部分 ： 滑滑动动摩摩擦擦
咬合摩擦
度破坏后将产生整体失稳边坡滑坡等事故。
崩塌
滑裂面 旋转滑动
平移滑动 流滑
各种类型的滑坡
乌江武隆鸡冠 岭
山体崩塌
1994年4月30日 崩塌体积400万方，10万方
进入乌江 死4人，伤5人，失踪12人；
击沉多艘船只 1994年7月2-3日降雨引起再
次滑坡 滑坡体崩入乌江近百万方；
江水位差数米，无法通航。
(1736-1806)
法国军事工程师，在摩擦、电磁方 面做出了奠基性的贡献。1773年 发表了关于土压力方面论文，成为 土压力的经典理论
1776年，库仑根据砂土剪切试验
剪切试验模拟
f
砂土
后来，根据粘性土剪切试验
f
库仑定律：在一般应力水平下，
土的抗剪强度与滑动面上的法向应
力之间呈直线关系
f tan
承
工程背景 1. 建筑物地基承载力问题
载
力 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过大的地基变
形 甚至倾覆。
P
问
题
(
图
滑裂面
1 地基 )
地基的破坏
建 筑 物 地 基 承
某 谷 仓 地 基 的 破 坏
2. 构筑物环境的安全性问题即土压力问题 挡土墙、基坑等工程中，墙后土体强度破坏将造成过大的侧向土压力，导致
4. 砂土的液化问题
大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾
日本新泻1964年地震引起大面积液化
砂土的液化(liquefaction)
挡土结构物破坏 各种类型的滑坡 地基的破坏 砂土的液化
土压力 边坡稳定性 地基承载力 振动液化特性
核心问题: 土体的强度理论
土的破坏准则:土体在发生剪切破坏时应力组合关系 称为土的破坏准则。
• 是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用 • 当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A
必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处 被剪断（C），才能移动 • 土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量
摩擦强度
影响土的摩擦强度的主要因素:
密度 粒径级配 颗粒的矿物成分 粒径的形状 粘土颗粒表面的吸附水膜
摩擦强度
墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故 。
锚固破坏
整体滑动
底部破坏
土体下沉
墙体折断
挡土支护结构的破坏
境 的 安 全 性 问 题 即 土 压 力 问 题
使基坑旁办公室、民工宿舍 和仓库倒塌，死3人，伤17人
广州京光广场基坑塌方
3. 土工构筑物的稳定性问题 土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等，在超载、渗流乃至暴雨作用下引起土体强
第二节、土的极限平衡条件
土的极限平衡状态：当土体剪应力等于土的抗剪强度时的临界 状态 土的极限平衡条件：土体处于极限平衡状态时土的应力状态和 土的抗剪强度指标之间的关系式。
土的抗剪强度理论－摩尔－库仑破坏理论
土的抗剪强度：土体破坏时剪切面上的剪应力称为土的抗剪强度 1、库仑定律
库仑 （C. A. Coulomb）
f tan c
c
粘土
c O
库仑公式：（1776） f ： 土的抗剪强度（剪切破裂
f c tg
面上的剪应力） tg： 摩擦强度-正比于压力
： 土的内摩擦角
c： 粘聚强度-与所受压力无关
土体抗剪强度来源与影响因素
摩擦力来源： ✓ 滑动摩擦--剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦 ✓ 咬合摩擦--土粒间互相嵌入所产生的咬合力 粘聚力来源：