第4讲 土的抗剪强度与地基承载力.pptVIP

5 土的抗剪强度与地基承载力 在人类文明发展进程的几千年历史中,挖沟筑堤,疏河开渠,建造房屋,首先涉及的都是土的强度问题。人们通过长期实践对土的强度的重要性有较深刻的理解。 任何材料在受到外力作用 后,都会产生一定的变形,当材料应力达到某一特定值时,变形会突然出现质的变化,如有的出现断裂,材料应力随之下降,有的变形成塑流,应力虽不增加,变形速率加快等.这使,材料应力所达到的临界值,也就是材料刚刚开始破坏时的应力,可称为材料的强度. 关于土的破坏标准,将根据土的性质和工程情况而定.对砂土、干硬黏土一般控制最大剪应力； 对于软塑黏土或变形敏感的工程，过大的变形已不允许，应该按照最大变形允许值来确定抗剪强度值。 5.1 莫尔-库仑强度理论 土的强度理论的研究甚至早于“土力学”学科的建立，亦即早于太沙基（Terzaghi)1925年出版其著作《土力学与基础工程》之前。 1776年，库仑在试验的基础上提出了著名的库仑公式，即 1900年莫尔（Mohr）提出，在土的破坏面上的抗剪强度是作用在该面上的正应力的单值函数，即 5.1.1 土的强度的应用 土的强度问题的研究成果在工程上应用很广，归纳起来有下列四方面： 地基承载力与地基稳定性； 土坡的稳定性； 挡土墙的土压力； 地下结构的稳定性； 5.2 土的抗剪强度机理 如前所述，在一定的应力范围之内，莫尔-库仑理论 可以表示为 2）咬合摩擦 由于土颗粒间不可能是平面接触，颗粒之间交错排列，使在剪切面处的颗粒会发生提升、错动、转动、拔出，并 伴随着与体积的变化，颗粒的重新定向排列和颗粒本身的破坏断裂。广义上讲，由于剪切引起的土体积变化称为剪胀。 粘聚力 在有效应力情况下，将总抗剪强度扣除摩擦强度 5.3 土的极限平衡条件 前已说明，土的强度破坏通常是指剪切破坏。当土体的剪应力 等于土的抗剪强度 时的临界状态称为“极限平衡状态”。 5.3.1 任意斜面上的应力 取微元体上任一截面mn，与大主应力面即水平面成 和剪应力 用莫尔应力圆表示斜面上的力 用以上公式即可计算已知 角的截面上相应的法向应力 和 。若斜面与主应面夹角 变化时，即需要重复应用公式进行计算。计算工作十分频繁。 5.3.2 莫尔-库仑破坏理论 5.3.3 土的极限平衡条件 5.4 抗剪强度指标的确定 5.4.1直接剪切试验； 直接剪切实验又叫直剪试验，是最早的测定土的抗剪强度的试验方法，现已得到广泛应用。直剪实验的主要仪器为直剪仪，分应力控制式与应变控制式两种。两者的区别在于施加水平剪切荷载方式不同。目前大多采用应变控制式。 设土样的断面为A，在钢盖板上加垂直压力N，压力 通过盖板均匀分布在土样上，然后对下段剪力盒逐渐 施加水平剪力T，直到土样随着截面a-a被剪断为止。 显然a-a是固定剪切面，其上的平均压力为 ，平均 剪应力为 ，在σ不变的情况下，逐渐增加?值，土样同时 发生剪切位移，当?值达到最大值?max时，则认为土样剪切破坏。 用同样方法求得在新的σ值和另一个最大剪应力?max ，这样用 3-4个同样的土样，采用不同的垂直压力，可以测得3-4 组（ σ ， ?max ）的数据。可以绘制强度线。 直剪仪的优缺点 优点： 1）该仪器构造简单，操作方便。土样易于安装。 2）能用于土样的大剪切应变，可往复加载测得剩余剪切强度。而三轴仪的 而轴向应变仅限于15%-20%。 3）如果把剪切盒尺寸放大，就可用于大尺寸土样。 缺点： 1）剪切面上的应力分布非常复杂，并非想象那样均匀，带来 较大误差。 2）剪切过程中，剪切面在不断减少，这与剪切面为定值的假设不符。 3）直剪仪不能控制孔隙水压，因而不能求出饱和土样在不同排水 条件下的抗剪强度。 5.4.2轴压试验 轴压试验分为单轴试验和三轴试验 单轴试验 三轴试验 三轴压缩实验实质上是三轴剪切实验。这是测试土体抗剪强度的一种较为精确的试验。因此，在重大工程与科学研究中经常进行三轴压缩实验。国家《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)规定，甲级建筑物应采用三轴压缩试验。对于其他等级建筑物，如为可塑状粘性土与饱和度不大于0.5的粉土时，可采用直剪试验。 三轴压力试验是目前研究土的抗剪强度比较完善的试验方法。常用的三轴加压程序有如下两种： 第一种加载方式是先加压p，即将压力水通过盛土样的压