1、 1.建建筑筑物物地地基基承承载载力力问问题题(图图1)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。土力学地基基础土力学地基基础http:/土力学地基基础土力学地基基础http:/20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡8km8km土力学地基基础土力学地基基础http:/ 变形破坏变形破坏 位移、不均匀沉降等超过规定限值位移、不均匀沉降等超过规定限值地基破坏地基破坏 强度破坏强度破坏 地基整体或局部滑移、土工构筑地基整体或局部滑移、土工构筑 物失稳物失稳土体强度破坏的机理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在外荷载作用下，土
2、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，剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生该点便发生剪切破坏。剪切破坏。第六章第六章 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力6.1 土的抗剪强度和极限平衡条件土的抗剪强度和极限平衡条件土体抵抗剪切破坏的极限能力土体抵抗剪切破坏的极限能力粘土粘土粘土粘土和石头和石头地基土可能的滑动方向地基土可能的滑动方向岩石办公楼办公楼外墙外墙回填回填土土土力学地基基础土力学地基基础http:/1776年，库仑根据砂土剪切实验得出
3、一、一、 库仑库仑公式公式库仑定律：库仑定律：土的抗剪强土的抗剪强度是剪切面上的法向总应度是剪切面上的法向总应力力 的线性函数的线性函数 。tanf f = tan f后来，根据粘性土剪切试验后来，根据粘性土剪切试验得出得出 f =c+ tan 粘土粘土c cftan f砂土砂土土的粘聚力土的粘聚力土的内摩擦角土的内摩擦角第六章第六章 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力土力学地基基础土力学地基基础http:/-土体内任一点处土体内任一点处不同方位不同方位的截面上应力的集合的截面上应力的集合 3 3 1 1 3 1 斜斜面面上上的的应应力力2cos212131312sin2131
4、二、土二、土体中任一点的应力状态体中任一点的应力状态0 x0z第六章第六章 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力土力学地基基础土力学地基基础http:/ O 1 31/2( 1 + 3 ) 2 A( , )土中某点的土中某点的应应力状态力状态可用莫可用莫尔应力圆描述尔应力圆描述 3 1 莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆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周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力正应力和和剪剪应力应力。第六章第六章 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力土力学地基基础土力学地基基础http:/ 3
5、 1c f2 fA cctg 1/2( 1 + 3 )313121cot21sinc245tan2245tan231ooc245tan2245tan213ooc无粘性土：无粘性土：245tan231o245tan213o粘性土粘性土：904522foB三、莫尔三、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论第六章第六章 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力土力学地基基础土力学地基基础http:/tg cfABDOf极限平衡条件极限平衡条件莫尔库仑破坏准莫尔库仑破坏准则则极限应力圆极限应力圆破坏应力圆破坏应力圆剪切破坏面剪切破坏面第六章第六章 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力土力学
6、地基基础土力学地基基础http:/粘性土的极限平衡条件1= 3tg2(45+/2)2c*tg (45+/2)3= 1tg2(45/2)2c*tg (45/2)1 1= = 3 3tgtg2 2(45+/2)(45+/2)3 3= = 1 1tgtg2 2(45(45/2)/2)无粘性土的极限平衡条件第六章第六章 土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力讨论：破坏面讨论：破坏面= =最大主应力面？最大主应力面？ f2 f 3 1c A cctg 1/2( 1 + 3 )2459021f45max说明：说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力
7、面成剪应力面成 / 2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力由最大剪应力max所控制。所控制。 max 土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主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应力作用面的夹角为土力学地基基础土力学地基基础http:/第二节第二节 抗剪强度指标的确定抗剪强度指标的确定目的：测出土的抗剪强度指标土力学地基基础土力学地基基础http:/PT土样土样下盒下盒上盒上盒S面积面积A Oc 1 S23 f1 f2 f3直剪仪直剪仪(direct shear test apparatus)直接剪切试验直接剪切试验垂直压力可取垂直压力可
8、取100KPa100KPa、200KPa200KPa、300KPa300KPa和和400Kpa400Kpa等。等。土力学地基基础土力学地基基础http:/直接剪切试验直接剪切试验四联式直剪仪土力学地基基础土力学地基基础http:/l 设备简单，操作方便设备简单，操作方便l 结果便于整理结果便于整理l 测试时间短测试时间短优点优点l 试样应力状态复杂试样应力状态复杂l 剪切过程中，剪切过程中，应变不均匀应变不均匀l 不能控制排水条件不能控制排水条件l 剪切面固定剪切面固定缺点缺点PSTA直接剪切试验直接剪切试验三轴压缩试验三轴压缩试验土力学地基基础土力学地基基础http:/三轴压缩试验三轴压缩试
9、验 应应变变控控制制式式三三轴轴仪仪n试验设备试验设备土力学地基基础土力学地基基础http:/n试验步骤试验步骤 3 3 3 3 3 3 2.2.施加周围压力施加周围压力3.3.施加竖向压力施加竖向压力1.1.装样装样三轴压缩试验三轴压缩试验n试验类型试验类型不同排水条件不同排水条件土力学地基基础土力学地基基础http:/v固结排水试验（CDCD试验）1 打开排水阀门打开排水阀门，施加围压施加围压 后充分固结，超后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；静孔隙水压力完全消散；2 打开排水阀门打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差，慢慢施加轴向应力差 以以便充分排水，避免产生超静便充分排水，避免产生超静水压
10、力。水压力。三轴压缩试验三轴压缩试验cu 、 u 抗剪强度包线抗剪强度包线 c 在整个排水剪试在整个排水剪试验过程中，验过程中，uf 0 0，总应力全部转化总应力全部转化为有效应力，所为有效应力，所以总应力圆即是以总应力圆即是有效应力圆。有效应力圆。土力学地基基础土力学地基基础http:/v固结不排水试验（CUCU试验）1 打开排水阀门打开排水阀门，施加围压施加围压 后充分固结，超静孔后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；隙水压力完全消散；2 关闭排水阀门关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力，很快剪切破坏，在施加轴向应力差差 过程中不排水过程中不排水。（后产生孔隙水压力）（后产生孔隙水压力
11、）ccu 、 cu 三轴压缩试验三轴压缩试验 ccuc cucu ABCuA将总应力圆在水平将总应力圆在水平轴上左移轴上左移u uA A得到相得到相应的有效应力圆，应的有效应力圆，按有效应力圆强度按有效应力圆强度包线可确定包线可确定c 、 土力学地基基础土力学地基基础http:/v不固结不排水试验（UUUU试验）1 关闭关闭排水阀门排水阀门，施加围压施加围压 ，在不固结的情，在不固结的情况下，施加轴力进行剪切。况下，施加轴力进行剪切。2 整个试验过程整个试验过程关闭关闭排水阀门排水阀门，试样中存在孔隙试样中存在孔隙水压力水压力u。cd 、 d 三轴压缩试验三轴压缩试验有效应力圆有效应力圆总应力
12、圆总应力圆 u u=0=0B C cu uAA 3A 1A试验表明：试验表明：虽然三个试样的周围压力虽然三个试样的周围压力 3 3不同，但破坏时的主应力差相不同，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。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。土力学地基基础土力学地基基础http:/ 的不排水剪切三轴试验的不排水剪切三轴试验ququ加压加压框架框架量表量表测测力力计计升降升降螺杆螺杆无侧限压缩仪无侧限压缩仪 3=0试试样样无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验n试验设备试验设备hhACRAPaa10土力学地基基础土力学地基基础http:/ 0cu
13、0 u 无侧限抗压强度试验包线无侧限抗压强度试验包线qu2uufqc 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验n试验结果试验结果土力学地基基础土力学地基基础http:/F一般适用于测定软粘土的一般适用于测定软粘土的不排水强度指标不排水强度指标F钻孔到指定的土层，插入钻孔到指定的土层，插入十字形的探头十字形的探头F通过施加的扭矩计算土的通过施加的扭矩计算土的抗剪强度抗剪强度M十字板剪切试验十字板剪切试验土力学地基基础土力学地基基础http:/ 无粘性土无粘聚力，其抗剪强度取决于剪切面上无粘性土无粘聚力，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。粒状土的的摩擦性质，故无粘性土又称粒状土
14、。粒状土的密密实程度及颗粒间的相对移动实程度及颗粒间的相对移动是影响无粘性土性质的是影响无粘性土性质的决定因素。决定因素。一、无粘性土的摩擦强度一、无粘性土的摩擦强度 摩擦物理过程分为两部分：摩擦物理过程分为两部分： 1 1）颗粒间的滑动而产生的滑动摩擦；）颗粒间的滑动而产生的滑动摩擦； 2 2）颗粒间脱离咬合作用而产生的咬合摩擦。）颗粒间脱离咬合作用而产生的咬合摩擦。第三节第三节 无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度土力学地基基础土力学地基基础http:/ 研究表明：就一种砂而言，无论是紧砂还是松砂，研究表明：就一种砂而言，无论是紧砂还是松砂，颗粒的滑动摩擦角差异不大，两者在强度上的差异颗粒
15、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。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、级配及矿物土颗粒的组成主要指颗粒形状、级配及矿物 成份成份等。级配良好的土，由于具有较好的接触以及咬合，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。作用强，内摩擦角也较大。 第三节第
16、三节 无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度土力学地基基础土力学地基基础http:/第三节第三节 无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度砂土在固结排水试验中的应力应变与体变曲线砂土在固结排水试验中的应力应变与体变曲线三、土的空隙比及剪胀性三、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
17、力应变曲线开始很陡，达峰值时，由于试样颗粒间咬此对应，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。合作用削弱，强度亦有所降低。土力学地基基础土力学地基基础http:/ 影响土的抗剪强度的因素是多方面的，主要有：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、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
18、越大，因而其抗剪强越不规则，表面越级糙，则其内摩擦角越大，因而其抗剪强度也越高。度也越高。二、土的密实度和含水率的影响二、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。将使土的抗剪强度降低。 第四节第四节 土的抗剪强度的影响因素土的抗剪强度的影响因素土力学地基基础土力学地基基础http:/三、土体结构受扰动情况及应力作用历史影响三、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
19、性土的天然结构。从土体的应降，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。大，而正常固结土的抗剪强度值比欠固结土大。四、抗剪强度试验方法的影响四、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。致同一种土的试验结果也会明显不同。 第四节第四节 土的抗剪强度的影响因素土的抗剪强度的影响因素土力学地基基础土力学地基基础http:/地基破坏实例
20、地基破坏实例膨胀土对建筑物的危害膨胀土对建筑物的危害活动区域活动区域土力学地基基础土力学地基基础http:/潜在性膨胀土的潜在性膨胀土的分布限与热带和分布限与热带和温带的半干旱地温带的半干旱地区内。这种条件区内。这种条件助长了蒙特石形助长了蒙特石形成。很多国家都成。很多国家都发现了膨胀土。发现了膨胀土。印度的黑棉土印度的黑棉土地基破坏实例地基破坏实例土力学地基基础土力学地基基础http:/第五节第五节 地基的临界荷载地基的临界荷载定 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
21、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http:/地基的破坏过程地基的破坏过程pcrpupcr p1/3临塑荷载连续滑动面和极限荷载塑性区发展和临界荷载pcr pu地基土开始出现剪切破坏地基土开始出现剪切破坏s连续滑动面连续滑动面P地基承载力确定地基承载力确定最终地基中形成一连续的滑动面，最终地基中形成一连续的滑动面，基础急剧下沉或向一侧倾斜，土体基础急剧下沉或向一侧倾斜，土体被挤出，基础四周地面隆起。被挤出，基础四周地面隆起。土力学地基基础土力学地基基础http:/第五节第五节 地基的临界荷载地基的临界荷载一、地基的破坏形式一、地基的破坏形式(1) 整体剪切破坏密实
22、砂土或硬粘土pSpcrpu土力学地基基础土力学地基基础http:/第五节第五节 地基的临界荷载地基的临界荷载(2) 局部剪切破坏中密砂土或一般粘性土或基础埋深较大pS土力学地基基础土力学地基基础http:/第五节第五节 地基的临界荷载地基的临界荷载(3) 冲剪破坏松 砂pS土力学地基基础土力学地基基础http:/第五节第五节 地基的临界荷载地基的临界荷载二、浅基础的地基临塑荷载和临界荷载二、浅基础的地基临塑荷载和临界荷载1、 临塑荷载临塑荷载003001sinsinrdprdp13()()r zdr zd土力学地基基础土力学地基基础http:/第五节第五节 地基的临界荷载地基的临界荷载dzrr
23、dpdzrrdp003001sinsinsincot21213131cdrcrrdpztansinsin0000ddz01sincos00rrdpddz20土力学地基基础土力学地基基础http:/第五节第五节 地基的临界荷载地基的临界荷载drcrrdpztan2cotmax0maxzrdcrdpcr2cotcot临塑荷载饱和粘土0rdcpcr0dcpcr土力学地基基础土力学地基基础http:/第五节第五节 地基的临界荷载地基的临界荷载2、 临界荷载临界荷载4maxbz3maxbz01031cot3cot2r dcbpr d 01041cot4cot2r dcbpr d 土力学地基基础土力学地基
24、基础http:/一、普朗德尔极限承载力理论一、普朗德尔极限承载力理论 第六节第六节 地基的极限荷载地基的极限荷载普朗待尔公式：普朗待尔公式：cucNp 式中式中 cot1)245(tan2taneNcb b245CBDFEAGup245地面土力学地基基础土力学地基基础http:/第六节第六节 地基的极限荷载地基的极限荷载雷斯诺公式： qcuqNcNp式中 )245(tan2taneNq泰勒公式： bqcurbNqNcNp21式中 1)245(tan)245tan(2taneNqb bCBDFEAG地面245245rdq up土力学地基基础土力学地基基础http:/第六节第六节 地基的极限荷载地基的极限荷载二、太沙基承载力理论二、太沙基承载力理论 12ucqpcNqNrbNbCBDFEAG地面rdq 245up适用于地基土较为密实发生整体剪切破坏的情况土力学地基基础土力学地基基础http:/第六节第六节 地基的极限荷载地基的极限荷载 对于软粘土或松砂，地基可能发生局部剪切破坏。 上式改为：12ucqpc NqNrbN cc32)tan32tan(ar式中式中 宽度为b的方形基础： bqcurbNqNcNp4 . 02 . 1直径为d的圆形基础：01.20.6ucqpcNdNrdN
