第4章__土的抗剪强度与地基承载力__(土力学与地基基础教案).doc

第4章 地基变形计算 一、知识点： 4.1 概述 4.1.1? 地基强度的意义 4.1.2? 土的强度成果的应用 4.2 土的极限平衡条件 4.2.1? 土体中任一点的应力状态 4.2.2? 摩尔一库伦破坏理论 4.2.3? 土的极限平衡条件 4.3 抗剪强度指标的确定 4.3.1? 直接剪切试验 4.3.2? 三轴压缩试验 4.3.3? 无侧限抗压强度试验 4.3.4? 十字板剪切试验 二、考试内容： 重点掌握内容 1．土的抗剪强度的概念及其基本规律，抗剪强度指标的来源及影响因素。 2．用莫尔圆表示土中某点的应力状态。 一般掌握内容 抗剪强度指标的测定方法。 三、本章内容： §4.1 概述 ??? 土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。工程中的地基承载力、挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。 建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗这种剪应力的能力，并随剪应力的增加而增大，当这种剪应力达到某一极限值时，土就要发生剪切破坏，这个极限值就是土的抗剪强度。如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。 本章主要介绍土的强度理论、抗剪强度的测定方法以及饱和粘性土和无粘性土的抗剪强度性状，并简要介绍孔隙压力系数和应力路径等问题。 4.1.1 地基强度的意义 为了保证建筑工程安全与正常使用，除了防止地基的有害变形外，还应确保地基的强度足以承受上部结构的荷载。 各类建筑工程设计中，为了建筑物的安全可靠，要求建筑地基必须同时满足下列两个技术条件： （1）地基变形条件 包括地基的沉降量、沉降差、倾斜与局部倾斜，都不超过国家《规范》规定的地基变形允许值； （2）地基强度条件 在建筑物的上部荷载作用下，确保地基的稳定性，不发生地基剪切或滑动破坏。 这两个技术条件中，第一个地基变形条件已在第3章中阐述，本章着重研究地基强度问题。为便于理解地基强度问题的具体内容，先对几个国内外地基强度破坏的工程实例进行分析： 在“绪论”中叙述的加拿大特朗斯康大型谷仓与美国纽约汉森河旁一座水泥仓库的严重事故，都是地基强度破坏的典型工程实例。分析这两起灾难性事故的原因，均为仓库满载时超过地基强度的极限荷载，引起地基整体滑动破坏。这是设计工程师的失误。 另一工程实例为南美洲巴西的一幢11层大厦，这幢高层建筑长度为29m，宽度为12m。地基软弱，设计桩基础。柱长21m，共计99根桩。此大厦于1955年动工，至1958年1月竣工时，发现大厦背面产生明显沉降，如图4-2所示。1月 30日，大厦沉降速率高达4mm/h。晚间 8时沉降加剧，在 20秒钟内整幢大厦倒塌，平躺在地面。分析这一起重大事故的原因：大厦的建筑场地为沼泽土，软弱土层很厚；邻近其它建筑物采用的桩长为26m，穿透软弱土层，到达坚实土层，而此大厦的桩长仅21m，桩尖悬浮在软弱粘土和泥炭层中，必然导致地基产生整体滑动而破坏。 又一工程事故实例为挪威弗莱德里克斯特T8号油罐。该油罐的直径为25．4m，高度为19.3m，容重为6 230rn3。1952年快速建造这座大油罐。竣工后试水，在35小时内注入油罐的水量约6000m3，因荷载增加太快，两小时后，发现此油罐向东边倾斜，同时发现油罐东边的地面有很大隆起。事故发生后，立即将油罐中的水放空，量测油罐最大的沉降差达508mm，最大的地面隆起为406m。，同时地基位移扩展约10．36m。事后查明：油罐的地基为海积粉质粘土和海积粘土，高灵敏度，且油罐东部地基中存在局部软粘土层。在油罐充水荷载为55 000kN，相当于承受110．9kPa均布荷载时，油罐地基通过局部软粘土层产生滑动破坏。由此吸取教训，采取分级向油罐充水的办法，使每级充水之间的间隔时间能使地基发生固结。1954年，油罐正式运用，没有发现新问题。 由此可见，对地基土的强度问题如不注意，可能发生上述地基滑动事故。尽管这类地基强度事故的数量比起地基变形引起的事故要少，但其后果极为严重，往往是灾难性的破坏，难以挽救。为此，建设各部门对地基土的强度问题都应当予以高度的重视。 4.1.2 土的强度成果的应用 土的强度问题的研究成果在工程上的应用很广，归纳起来主要有下列3方面： 1．地基承载力与地基稳定性 地基承载力与地基稳定性，是每一项建筑工程都遇到的问题，具有普遍意义。这是本章要研究解决的课题。 当上部荷载N较小，地基处于压密阶段或地基中塑性变形区很小时，地基是稳定的。