土质土力学06土的抗剪性与地基土承载力计算.pptx

6 土的抗剪性与地基土承载力计算6.1 土的抗剪性6.2 地基承载力概述6.3 土的极限平衡条件6.4 地基承载力理论计算 第一页，共六十二页。土是一种抗压不抗拉的材料，其破坏一般认为符合库仑—莫尔强度理论，即土在外力作用下发生的破坏通常属于剪切破坏。土抵抗外力剪切破坏的性能称为土的抗剪性。土的抗剪性是土的重要的力学性质之一。抗剪性的指标是抗剪强度，即土受到外力作用以后，土粒间发生滑动，土抵抗剪切破坏的极限强度，或土发生剪切破坏时，在剪切破坏面上的最大剪应力。土体的抗剪能力来自于土粒间的摩擦阻力(即内摩擦力)和土粒间的连结力(凝聚力、粘聚力)。第二页，共六十二页。1、土的抗剪强度的测定 土的抗剪性通过试验方法进行测定，主要是测定抗剪强度指标：（1）反映土粒间摩擦阻力的指标——内摩擦角?；（2）反映土粒间结构连接强度的指标——粘聚力c。试验方法包括室内试验和野外试验，具体有直接剪切试验、三轴剪切试验、十字板剪切试验等。第三页，共六十二页。p 垂直压力p 垂直压力水平力T水平力T1）直接剪切试验(直剪试验)实验前实验后直剪试验一般平行做3个以上的相同土样不同正压力的试验。试验成果包括剪应力与剪应变的关系曲线和剪应力与正应力的关系曲线。第四页，共六十二页。剪应力与剪应变关系曲线上有一个峰值点，其对应的剪应力即为相应正压力下的抗剪强度，不同正压力下的剪应力与剪应变曲线的形状基本上一样的，但之间存在位移。利用剪应力与剪应变曲线，可以获得不同正压力下的抗剪强度值。同时，该曲线也表明，当剪应力超过抗剪强度后，土体发生剪切破坏，但破坏以后土体仍具有一定的强度，具体表现为剪应力与剪应变曲线在峰值后下降到一定程度后曲线变的平缓，其对应的剪应力称为残余抗剪强度。残余抗剪强度在评价土坡稳定性时经常被使用，通常在研究坚硬粘土坡首次滑动、正在滑动或刚停止不久的滑坡以及古滑坡复活等时应提供残余抗剪强度。第五页，共六十二页。取不同正压力下的抗剪强度作与正压力的关系曲线，即为抗剪强度曲线。所谓正压力是指垂直作用在剪切破坏面上的压力，即剪切面的正压应力。剪应力与正应力关系曲线实际上莫尔包络线(一系列极限莫尔圆的公切线，三轴剪切试验所确定)，当该曲线为直线时，称为库仑强度曲线，其方程称为库仑定律。抗剪强度曲线与正压应力轴的夹角称为内摩擦角? ，该曲线在剪应力轴上的截距称为粘聚力c。第六页，共六十二页。干或饱和砂土、湿砂土及粘性土的库仑定律有些差别。干或饱和砂土的抗剪强度曲线为通过原点的曲线；而湿砂土和粘性土的抗剪强度曲线不通过原点，即曲线在纵轴上存在截距，粘性土的截距较大，而湿砂土的截距往往很小。当抗剪强度曲线呈直线时，其方程为：干或饱和砂土：?f=?tg?湿砂土：?f=?tg?+c粘性土：?f=?tg?+c上述各式中，tg?——内摩擦力，是强度曲线的斜率；?——内摩擦角；c——粘聚力。第七页，共六十二页。通常湿砂土的强度曲线在纵轴上的截距称为表观粘聚力，是毛细连结力所引起的，一般很小，在工程实践中往往忽略不计。而粘性土强度曲线在纵轴上的截距c称为粘聚力，是粘性土颗粒之间的水胶连接甚至胶结连接力所引起的，其数值往往较大，粘性土的抗剪强度往往主要由粘聚力构成的，土粒间的摩擦阻力通常较小，表现在曲线斜率一般不大，因此，其粘聚力是不能被忽略的。 第八页，共六十二页。对于砂土，其内摩擦角近似等于土的天然休止角，其大小与土的密实程度有关，中密砂的内摩擦角一般在26~30?，密实砂的内摩擦角一般为30~35?。对于粘性土，内摩擦角一般较小，而粘聚力较大，其大小与土的类型有关，粘土的内摩擦角一般6~22?，粘聚力为5~100kpa，粉质粘土的内摩擦角一般为10~25?，粘聚力为5~60kpa，粘质粉土一般为14~28?，粘聚力为0~20kpa。第九页，共六十二页。2）三轴剪切试验直接剪切试验存在以下四个方面的问题：（1) 试验过程中不能控制排水条件，这是试验装置本身的缺陷，没有测定孔隙水压力的装置，而土在剪切过程中，随着正压力的施加以及剪应力的增加，孔隙水压力也发生变化，从而使有效应力发生相应的变化，对测定结果产生影响，由于无法测定孔隙水压力，因此也就无从了解有效应力的变化，测定的结果通常用总应力表示，忽略了孔隙水压力的影响，使结果与实际不符；（2) 直接剪切试验时，剪切面是固定的，即土体沿着指定的剪切面发生剪切位移和破坏，这个面不一定是实际土体的破坏面，实际土体在受到外力发生剪切破坏时，破坏面是土体中剪应力超过抗剪强度的面(即所谓的最薄弱面)；第十页，共六十二页。（3) 直接剪切试验时剪切面的应力状态很复杂，往往在某些部位产生应力集中现象，正压力也容易因上下盒的中轴线不重合发生偏转，而且剪切面在剪切位移的过程中其面积由于产生空洞或剪切位移作用而发生改变(变小)，剪应力相应