1、土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的 重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。 工程中的地基承載力、擋土墻土壓力、土坡穩(wěn)定工程中的地基承載力、擋土墻土壓力、土坡穩(wěn)定 等問題都與土的抗剪強度直接相關(guān)。因此，土的強度等問題都與土的抗剪強度直接相關(guān)。因此，土的強度 實質(zhì)上就是土的抗剪強度。實質(zhì)上就是土的抗剪強度。 1、抗剪強度參數(shù)的概念、抗剪強度參數(shù)的概念c、 ； 2、土的極限平衡條件；、土的極限平衡條件； 3、各類抗剪強度參數(shù)的

2、實際應(yīng)用。、各類抗剪強度參數(shù)的實際應(yīng)用。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 無粘性土無粘性土 粘性土粘性土 A P F A F A P 222 111 f f P P tan tan c f f tan tan c f f （抗剪強度）（抗剪強度） C土的內(nèi)聚力，土的內(nèi)聚力，kpa -土的內(nèi)摩擦角，度土的內(nèi)摩擦角，度 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 來源于土粒間的摩擦力（內(nèi)摩擦力）。來源于土粒間的摩擦力（內(nèi)摩擦力）。 包括：包括： a.一部分由于土顆粒粗糙產(chǎn)生的表面摩擦力；一部分由于土顆粒粗糙產(chǎn)生的表面摩擦力； b.另一部分是粗顆粒之間互相鑲嵌，聯(lián)鎖作用另一部分是

3、粗顆粒之間互相鑲嵌，聯(lián)鎖作用 產(chǎn)生的咬合力。產(chǎn)生的咬合力。 除內(nèi)摩擦力外，還有內(nèi)聚力。除內(nèi)摩擦力外，還有內(nèi)聚力。 內(nèi)聚力主要來源于：土顆粒之間的電分子吸引力內(nèi)聚力主要來源于：土顆粒之間的電分子吸引力 和土中膠結(jié)物質(zhì)（和土中膠結(jié)物質(zhì)（eg.硅、鐵物質(zhì)和碳酸鹽等）對硅、鐵物質(zhì)和碳酸鹽等）對 土粒的膠結(jié)作用。土粒的膠結(jié)作用。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 影響影響c，的因素可歸納為兩類：的因素可歸納為兩類： a.土粒的礦物成分、顆粒形狀與級配的影響。土粒的礦物成分、顆粒形狀與級配的影響。 b.土的原始密度的影響。土的原始密度的影響。 c.土的含水量的影響。土的含水量的影響。 d.土

4、的結(jié)構(gòu)的影響。土的結(jié)構(gòu)的影響。 工程上，根據(jù)工程上，根據(jù) 實際地質(zhì)情況和孔隙水壓力消散程度，采用三實際地質(zhì)情況和孔隙水壓力消散程度，采用三 種不同方法。種不同方法。 a.排水剪；排水剪；b.不排水剪；不排水剪；c.固結(jié)不排水剪。固結(jié)不排水剪。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 假定土層為均勻、連續(xù)的半空間材料，研究地面以下任一深假定土層為均勻、連續(xù)的半空間材料，研究地面以下任一深 度處度處M點的應(yīng)力狀態(tài)。點的應(yīng)力狀態(tài)。 下面僅研究平面問題，下面僅研究平面問題， 在土體中取一微單元體，作在土體中取一微單元體，作 用在該單元體上的兩個主應(yīng)用在該單元體上的兩個主應(yīng) 力為力為 ，則作，則

5、作 用在與大主應(yīng)力作用面成用在與大主應(yīng)力作用面成 角的角的 平面上的正應(yīng)力平面上的正應(yīng)力 和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力 可根據(jù)靜力平衡可根據(jù)靜力平衡 條件求得：條件求得： 3131, mn 0sincoscos 0cossinsin 1 3 - - dsdsds dsdsds 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 如下圖。如下圖。 31, ,與 - - 2sin 2 1 2cos 2 1 2 1 31 3131 以上以上 可用莫爾圓表示，可用莫爾圓表示， 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 莫爾提出材料的破壞是剪切破壞，當(dāng)任一平面上莫爾提出材料的破壞是剪切破壞，當(dāng)任一平面上 的剪應(yīng)力

6、等于材料的抗剪強度時該點就發(fā)生破壞，并的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強度時該點就發(fā)生破壞，并 提出在破壞面上的剪應(yīng)力提出在破壞面上的剪應(yīng)力 是該面上法向應(yīng)力是該面上法向應(yīng)力 的函的函 數(shù)，即：數(shù)，即： f f f 是一條曲線，稱為是一條曲線，稱為 莫爾包線（抗剪強度包線），莫爾包線（抗剪強度包線）， 如右圖實線，通常用一直線代如右圖實線，通常用一直線代 替，該直線方程就是庫倫公式替，該直線方程就是庫倫公式 表示的方程。由庫倫公式表示表示的方程。由庫倫公式表示 莫爾包線的強度理論稱為莫爾莫爾包線的強度理論稱為莫爾 庫倫強度理論。庫倫強度理論。 f 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 如果給定

7、了土的抗剪強度參數(shù)如果給定了土的抗剪強度參數(shù) 和和c以及土中某點的應(yīng)力以及土中某點的應(yīng)力 狀態(tài)，則可將抗剪強度包線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一張坐標(biāo)圖上。狀態(tài)，則可將抗剪強度包線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一張坐標(biāo)圖上。 它們之間的關(guān)系有三種情況：它們之間的關(guān)系有三種情況： （1）莫爾圓位于抗剪強度包線下方（圓）莫爾圓位于抗剪強度包線下方（圓1），說明該點在任何），說明該點在任何 平面上的剪應(yīng)力都小于土所能發(fā)揮的抗剪強度平面上的剪應(yīng)力都小于土所能發(fā)揮的抗剪強度 ， 因此不會發(fā)生剪切破壞；因此不會發(fā)生剪切破壞； （2）圓）圓3實際上不存在；實際上不存在； （3）圓）圓2，說明在，說明在A點所代點所代 表的平面上剪

8、應(yīng)力正好等于表的平面上剪應(yīng)力正好等于 抗剪強度抗剪強度 ，該點，該點 處于極限平衡狀態(tài)。處于極限平衡狀態(tài)。 f f c 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 根據(jù)極限應(yīng)力根據(jù)極限應(yīng)力 圓與抗剪強度包線圓與抗剪強度包線 相切的幾何關(guān)系，相切的幾何關(guān)系， 可建立以下極限平可建立以下極限平 衡條件：衡條件： sin 2 1 cot 2 1 3131 -c 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 - - 2 45tan2 2 45tan 2 45tan2 2 45tan 2 13 2 31 c c 對無粘性土：對無粘性土： - 2 45tan 2 45tan 2 13 2 31 破裂

9、面破裂面 2 45 902 f f 破裂角：破裂角： 化簡后得：化簡后得： 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 抗剪強度的試驗方法有多種，抗剪強度的試驗方法有多種，常用的有：常用的有： 直接剪切試驗、三軸壓縮試驗和無側(cè)限抗壓強度試驗；直接剪切試驗、三軸壓縮試驗和無側(cè)限抗壓強度試驗； 的有十字板剪切試驗、大型直接剪切試的有十字板剪切試驗、大型直接剪切試 驗等。驗等。 應(yīng)變控制式直剪儀應(yīng)變控制式直剪儀 1、試驗裝置；、試驗裝置； 2、驗試成果。、驗試成果。 - - f 由由 曲線可得曲線可得 抗剪強度參數(shù)抗剪強度參數(shù) - f , c 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 為了

10、近似模擬土體在現(xiàn)場受剪的排水條件，直剪為了近似模擬土體在現(xiàn)場受剪的排水條件，直剪 試驗可分為試驗可分為和和三種方法。三種方法。 構(gòu)造簡單、操作方便；構(gòu)造簡單、操作方便； 剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最 薄弱的剪切面破壞；薄弱的剪切面破壞；剪切面上剪應(yīng)力分布不均，在剪切面上剪應(yīng)力分布不均，在 邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；在剪切過程中，剪切面逐在剪切過程中，剪切面逐 漸縮小，而計算抗剪強度時卻按圓截面計算；漸縮小，而計算抗剪強度時卻按圓截面計算；試驗試驗 時不能嚴格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力。時不能嚴格控制排水條件，不

11、能量測孔隙水壓力。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 1、試驗裝置；、試驗裝置； 2、試驗成果。、試驗成果。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 三軸壓縮試驗按剪切前的固結(jié)程度和剪切時的排三軸壓縮試驗按剪切前的固結(jié)程度和剪切時的排 水條件，分為以下三種試驗方法：水條件，分為以下三種試驗方法： （1）不固結(jié)不排水試驗（）不固結(jié)不排水試驗（ ）；）； （2）固結(jié)不排水試驗（）固結(jié)不排水試驗（ ）；）； （3）固結(jié)排水試驗（）固結(jié)排水試驗（ ）。）。 三軸壓縮儀的優(yōu)點：能較為嚴格地控制排水條件以及三軸壓縮儀的優(yōu)點：能較為嚴格地控制排水條件以及 可以量測試件中孔隙水壓力的變化

12、，試件中的應(yīng)力狀可以量測試件中孔隙水壓力的變化，試件中的應(yīng)力狀 態(tài)比較明確，破裂面發(fā)生在最薄弱的部位。態(tài)比較明確，破裂面發(fā)生在最薄弱的部位。 缺點：試件中的主應(yīng)力缺點：試件中的主應(yīng)力 ，而實際上土體的受，而實際上土體的受 力狀態(tài)未必都屬于軸對稱情況。力狀態(tài)未必都屬于軸對稱情況。 32 uu c, cucu c, dd c, 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 ，對一般粘性土就難以，對一般粘性土就難以 作出破壞包線。而對飽和粘性土，根作出破壞包線。而對飽和粘性土，根 據(jù)在三軸不固結(jié)不排水實驗的結(jié)果，據(jù)在三軸不固結(jié)不排水實驗的結(jié)果， 其破壞包線近于一條水平線，其破壞包線近于一條水平線，

13、 三、無側(cè)限抗壓強度試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗 1、試驗裝置。、試驗裝置。 2、試驗結(jié)果：只能作出一個應(yīng)力圓、試驗結(jié)果：只能作出一個應(yīng)力圓 0, 31 u q 即即 0 u 土的不排水抗剪強度時，就可利土的不排水抗剪強度時，就可利 用構(gòu)造簡單的無側(cè)限抗壓試驗。用構(gòu)造簡單的無側(cè)限抗壓試驗。 。這樣，僅為測定飽和粘性。這樣，僅為測定飽和粘性 2 u uf q c 不排水不排水 抗剪強度。抗剪強度。 u c 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗 1、試驗裝置。、試驗裝置。2、抗剪強度公式：、抗剪強度公式： HV DDD DHM 34 2 2 2 為簡化

14、計算，設(shè)：為簡化計算，設(shè)： VH 3 2 2 D HD M f 3、優(yōu)點：構(gòu)造簡單、操作方便、對土的擾、優(yōu)點：構(gòu)造簡單、操作方便、對土的擾 動小。動小。 4、測定飽和粘性土的原位不排水剪，特別、測定飽和粘性土的原位不排水剪，特別 適用于均勻飽和軟粘土。適用于均勻飽和軟粘土。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 一、不固結(jié)不排水抗剪強度一、不固結(jié)不排水抗剪強度 0 u 31 2 1 - uf c 在試驗中如果分別量測在試驗中如果分別量測 試樣破壞時的孔隙水壓試樣破壞時的孔隙水壓 力力 ，試驗結(jié)果可以，試驗結(jié)果可以 用有效應(yīng)力整理，結(jié)果用有效應(yīng)

15、力整理，結(jié)果 表明，三個試件只能得到同一個有效應(yīng)力圓，并且有效應(yīng)力圓表明，三個試件只能得到同一個有效應(yīng)力圓，并且有效應(yīng)力圓 的直徑與三個總應(yīng)力圓的直徑相等，即：的直徑與三個總應(yīng)力圓的直徑相等，即： f u cBA31313131 - 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 這是由于在不排水條件下，試樣在試驗過程中含這是由于在不排水條件下，試樣在試驗過程中含 水量不變，體積不變，飽和粘性土的孔隙壓力系數(shù)水量不變，體積不變，飽和粘性土的孔隙壓力系數(shù) B=1，改變周圍壓力增量只能引起孔隙水壓力的變化，改變周圍壓力增量只能引起孔隙水壓力的變化， 并不會

16、改變試樣中的有效應(yīng)力，各試件在剪切前的有并不會改變試樣中的有效應(yīng)力，各試件在剪切前的有 效應(yīng)力相等，因此抗剪強度不變。效應(yīng)力相等，因此抗剪強度不變。 由于一組試件實驗結(jié)果，有效應(yīng)力圓是同一個，由于一組試件實驗結(jié)果，有效應(yīng)力圓是同一個， 因而就不能得到有效應(yīng)力破壞包線和因而就不能得到有效應(yīng)力破壞包線和 值，所以值，所以 這種試驗一般只用于測定飽和土的不排水強度。這種試驗一般只用于測定飽和土的不排水強度。 , c 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力正常固結(jié)飽和土正常固結(jié)飽和土 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 二、固結(jié)不排水抗剪強度二、固結(jié)不排水抗剪強度 分兩種情況討論：一種是

17、試樣所受到的周圍壓力分兩種情況討論：一種是試樣所受到的周圍壓力 3 大于前期固結(jié)壓力大于前期固結(jié)壓力 ，屬正常固結(jié)狀態(tài)的試樣；，屬正常固結(jié)狀態(tài)的試樣； c p 如果如果 c p 3 其抗剪強度的性狀是不同的。其抗剪強度的性狀是不同的。 ，則屬于超固結(jié)試樣。這兩種狀態(tài)，則屬于超固結(jié)試樣。這兩種狀態(tài)， 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 超固結(jié)土的固結(jié)不排水強度：超固結(jié)土的固結(jié)不排水強度： cucuf ctan tanc f 總應(yīng)力強度指標(biāo)；總應(yīng)力強度指標(biāo)； 有效應(yīng)力強度指標(biāo)。有效應(yīng)力強度指標(biāo)。 cucu c, , c 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土

18、抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 三、固結(jié)排水抗剪強度三、固結(jié)排水抗剪強度 固結(jié)排水試驗在整個試驗過程中，孔隙水壓力始終為零，固結(jié)排水試驗在整個試驗過程中，孔隙水壓力始終為零， 總應(yīng)力最后全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓就是有效應(yīng)力總應(yīng)力最后全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓就是有效應(yīng)力 圓，總應(yīng)力破壞包線就是有效應(yīng)力破壞包線。下圖為固結(jié)排水圓，總應(yīng)力破壞包線就是有效應(yīng)力破壞包線。下圖為固結(jié)排水 試驗的應(yīng)力試驗的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和體積變化，在剪切過程中，正常固結(jié)應(yīng)變關(guān)系和體積變化，在剪切過程中，正常固結(jié) 粘性土發(fā)生剪縮，而超固結(jié)土則是先壓縮，繼而主要呈現(xiàn)剪脹。粘性土發(fā)

19、生剪縮，而超固結(jié)土則是先壓縮，繼而主要呈現(xiàn)剪脹。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 正常固結(jié)正常固結(jié) 超固結(jié)超固結(jié) 固結(jié)不排水試驗結(jié)果固結(jié)不排水試驗結(jié)果 正常固結(jié)土的破壞包線通過原正常固結(jié)土的破壞包線通過原 點，粘聚力點，粘聚力 ，內(nèi)摩擦，內(nèi)摩擦 角角 為為 。超固結(jié)。超固結(jié) 土的破壞包線略彎曲，實用上土的破壞包線略彎曲，實用上 用一條直線代替，用一條直線代替， 約約 為為 ， 比正常固比正常固 結(jié)土的內(nèi)摩擦角要小。結(jié)土的內(nèi)摩擦角要小。 試驗證明，試驗證明， 與固結(jié)不排與固結(jié)不排 水試驗得到的水試驗得到的 很接近，很接近， 由于固結(jié)排水試

20、驗所需時間太由于固結(jié)排水試驗所需時間太 長，故實用上用長，故實用上用 代替代替 0 d c 4020 d d c a kP255d dd c, , c , cdd c, 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 三種不同排水條件下的試驗結(jié)果：三種不同排水條件下的試驗結(jié)果： 如果以總應(yīng)力表示，將得出完全不同的試驗結(jié)果，而以如果以總應(yīng)力表示，將得出完全不同的試驗結(jié)果，而以 有效應(yīng)力表示，則不論采用那種試驗方法，都得到近乎一條有效應(yīng)力表示，則不論采用那種試驗方法，都得到近乎一條 有效應(yīng)力破壞包線（虛線），可見，抗剪強度與有效應(yīng)力的有效應(yīng)力破壞包線（虛線

21、），可見，抗剪強度與有效應(yīng)力的 唯一對應(yīng)關(guān)系。唯一對應(yīng)關(guān)系。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 四、抗剪強度指標(biāo)的選擇四、抗剪強度指標(biāo)的選擇 首先要根據(jù)工程問題的性質(zhì)確定分析方法，進而首先要根據(jù)工程問題的性質(zhì)確定分析方法，進而 決定采用總應(yīng)力或有效應(yīng)力強度指標(biāo)，然后選擇測試決定采用總應(yīng)力或有效應(yīng)力強度指標(biāo)，然后選擇測試 方法。一般認為，由三軸固結(jié)不排水試驗確定的有效方法。一般認為，由三軸固結(jié)不排水試驗確定的有效 應(yīng)力強度參數(shù)應(yīng)力強度參數(shù) 和和 宜用于分析地基的長期穩(wěn)定性宜用于分析地基的長期穩(wěn)定性 （如土坡的長期穩(wěn)定分析，估計擋土結(jié)構(gòu)的長期

22、土壓（如土坡的長期穩(wěn)定分析，估計擋土結(jié)構(gòu)的長期土壓 力等）；而對于飽和粘性土的短期穩(wěn)定問題，則宜采力等）；而對于飽和粘性土的短期穩(wěn)定問題，則宜采 用不固結(jié)不排水試驗的強度指標(biāo)用不固結(jié)不排水試驗的強度指標(biāo) ，即，即 ， 以總應(yīng)力法分析。一般工程問題多采用總應(yīng)力法分析，以總應(yīng)力法分析。一般工程問題多采用總應(yīng)力法分析， 其指標(biāo)和測試方法大致如下：其指標(biāo)和測試方法大致如下： c )( u c0 u 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 若建筑物施工速度較快，而地基土的透水若建筑物施工速度較快，而地基土的透水 性和排水條件不良時，可采用三軸儀不固結(jié)不性

23、和排水條件不良時，可采用三軸儀不固結(jié)不 排水試驗或直剪儀快剪試驗的結(jié)果；如果地基排水試驗或直剪儀快剪試驗的結(jié)果；如果地基 荷載增長速率較慢，地基透水性不太小（如低荷載增長速率較慢，地基透水性不太小（如低 塑性的粘土）以及排水條件又較佳時（如粘土塑性的粘土）以及排水條件又較佳時（如粘土 中夾砂層），則可采用固結(jié)排水或慢剪試驗；中夾砂層），則可采用固結(jié)排水或慢剪試驗； 如介于上述兩種情況之間，可用固結(jié)不排水或如介于上述兩種情況之間，可用固結(jié)不排水或 固結(jié)快剪試驗結(jié)果固結(jié)快剪試驗結(jié)果。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土

24、抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 由由 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 不同加荷方法的應(yīng)力路徑不同加荷方法的應(yīng)力路徑 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑 對加荷過程中的土體內(nèi)某點，其應(yīng)力狀態(tài)的變化對加荷過程中的土體內(nèi)某點，其應(yīng)力狀態(tài)的變化 可在應(yīng)力坐標(biāo)圖中以應(yīng)力點的移動軌跡表示，這種軌可在應(yīng)力坐標(biāo)圖中以應(yīng)力點的移動軌跡表示，這種軌 跡稱為應(yīng)力路徑。常用的特征點是應(yīng)力圓的頂點（剪跡稱為應(yīng)力

25、路徑。常用的特征點是應(yīng)力圓的頂點（剪 應(yīng)力為最大），其坐標(biāo)為應(yīng)力為最大），其坐標(biāo)為 和和 。 按應(yīng)力變化過程順序把這些點連接起來就是應(yīng)力路徑，按應(yīng)力變化過程順序把這些點連接起來就是應(yīng)力路徑， 并以箭頭指明應(yīng)力狀態(tài)發(fā)展方向。并以箭頭指明應(yīng)力狀態(tài)發(fā)展方向。 2 31 p2 31 -q 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑 下圖表示正常固結(jié)粘土三軸固結(jié)不排水試驗的應(yīng)力路徑，總下圖表示正常固結(jié)粘土三軸固結(jié)不排水試驗的應(yīng)力路徑，總 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑AB是直線，而有效應(yīng)力路徑是直線，而有效應(yīng)力路徑 是曲線，兩者之間的距是曲線，兩者之間的距 離即為孔隙水壓力離即

26、為孔隙水壓力 ，因為正常固結(jié)粘性土在不排水剪切時產(chǎn)，因為正常固結(jié)粘性土在不排水剪切時產(chǎn) 生正的孔隙水壓力，如果生正的孔隙水壓力，如果AB線上任意一點的坐標(biāo)為線上任意一點的坐標(biāo)為 ，則相應(yīng)于，則相應(yīng)于 上該點的坐標(biāo)為上該點的坐標(biāo)為 ，故有效應(yīng)力路徑在總應(yīng)力路徑的左邊，從，故有效應(yīng)力路徑在總應(yīng)力路徑的左邊，從A點點 開始，沿曲線至開始，沿曲線至 點剪破，點剪破， B A u 31 2 1 -q 31 2 1 p和 3131 2 1 2 1 -q B A up- 31 2 1 和 B f u f K f K 為剪破時的孔隙水壓力，為剪破時的孔隙水壓力， 圖中圖中 和和 分別為以總應(yīng)分別為以總應(yīng) 力和

27、有效應(yīng)力表示的極限應(yīng)力和有效應(yīng)力表示的極限應(yīng) 力圓頂點的連線。力圓頂點的連線。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑 下圖為超固結(jié)土的應(yīng)力路徑，下圖為超固結(jié)土的應(yīng)力路徑， 為弱超固結(jié)為弱超固結(jié) 土的總應(yīng)力路徑和有效應(yīng)力路徑，由于弱超固結(jié)土在土的總應(yīng)力路徑和有效應(yīng)力路徑，由于弱超固結(jié)土在 受剪過程中產(chǎn)生正的孔隙水壓力，故有效應(yīng)力路徑在受剪過程中產(chǎn)生正的孔隙水壓力，故有效應(yīng)力路徑在 總應(yīng)力路徑左邊；總應(yīng)力路徑左邊； 表示一強超固結(jié)試樣的表示一強超固結(jié)試樣的 應(yīng)力路徑，由于強超固結(jié)試樣開始出現(xiàn)正的孔隙水壓應(yīng)力路徑，由于強超固結(jié)試樣開始出現(xiàn)正的孔隙水壓 力，以后逐漸轉(zhuǎn)為負值

28、，故有效應(yīng)力路徑開始在總應(yīng)力，以后逐漸轉(zhuǎn)為負值，故有效應(yīng)力路徑開始在總應(yīng) 力路徑左邊，后來逐漸轉(zhuǎn)移到右邊，至力路徑左邊，后來逐漸轉(zhuǎn)移到右邊，至 點剪壞。點剪壞。 BAAB和 DCCD和 D 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑 利用固結(jié)不排水試驗的有效應(yīng)力路徑確定的利用固結(jié)不排水試驗的有效應(yīng)力路徑確定的 線，可以求得有效應(yīng)力強度參數(shù)線，可以求得有效應(yīng)力強度參數(shù) 和和 ，多數(shù)試驗，多數(shù)試驗 表明，在試件發(fā)生剪切破壞時，應(yīng)力路徑發(fā)生轉(zhuǎn)折或表明，在試件發(fā)生剪切破壞時，應(yīng)力路徑發(fā)生轉(zhuǎn)折或 趨于水平，因此認為應(yīng)力路徑發(fā)生轉(zhuǎn)折點可作為判斷趨于水平，因此認為應(yīng)力路徑發(fā)生轉(zhuǎn)折點可作

29、為判斷 試件破壞的標(biāo)準(zhǔn)。試件破壞的標(biāo)準(zhǔn)。 將將 線與破壞包線繪在同一張圖上，有如下關(guān)系：線與破壞包線繪在同一張圖上，有如下關(guān)系： f K c f K tansin cos a c 可以根據(jù)可以根據(jù) 反算反算 。 a , , c 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 無粘性土的抗剪強度無粘性土的抗剪強度 下圖表示不同初始空隙比的同一種砂土在相同周圍壓力下圖表示不同初始空隙比的同一種砂土在相同周圍壓力 下受剪時的應(yīng)力下受剪時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和體積變化。由圖可見，密實的應(yīng)變關(guān)系和體積變化。由圖可見，密實的 緊砂初始孔隙比較小，其應(yīng)力緊砂初始孔隙比較小，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有明顯的峰值，超過應(yīng)變

30、關(guān)系有明顯的峰值，超過 峰值后，隨應(yīng)變的增加應(yīng)力逐漸降低，呈應(yīng)變軟化型，其體積峰值后，隨應(yīng)變的增加應(yīng)力逐漸降低，呈應(yīng)變軟化型，其體積 變化是開始稍有減小，繼而增加（剪脹），這是由于較密的砂變化是開始稍有減小，繼而增加（剪脹），這是由于較密的砂 土顆粒之間排列比較緊密，剪切時顆粒之間產(chǎn)生相對滾動，土顆粒之間排列比較緊密，剪切時顆粒之間產(chǎn)生相對滾動， 土顆粒之間的位置重新排列的結(jié)土顆粒之間的位置重新排列的結(jié) 果。松砂的強度隨軸向壓力的增果。松砂的強度隨軸向壓力的增 加而增大，應(yīng)力加而增大，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈應(yīng)應(yīng)變關(guān)系呈應(yīng) 變硬化型，對同一種土，緊砂和變硬化型，對同一種土，緊砂和 松砂的強度最終趨向同

31、一值。松松砂的強度最終趨向同一值。松 砂受剪其體積減少（剪縮），在砂受剪其體積減少（剪縮），在 高周圍壓力下，不論砂土的松緊高周圍壓力下，不論砂土的松緊 如何，受剪時都將減縮。如何，受剪時都將減縮。 3 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 無粘性土的抗剪強度無粘性土的抗剪強度 由不同初始空隙比的試樣在同一壓力下進行剪切由不同初始空隙比的試樣在同一壓力下進行剪切 試驗，可以得出初始孔隙比試驗，可以得出初始孔隙比 與體積變化與體積變化 之間之間 的關(guān)系，如下圖所示，相應(yīng)于體積變化為零的初始孔的關(guān)系，如下圖所示，相應(yīng)于體積變化為零的初始孔 隙比稱為臨界孔隙比隙比稱為臨界孔隙比 。在三軸試

32、驗中，臨界孔隙比。在三軸試驗中，臨界孔隙比 是與側(cè)壓力是與側(cè)壓力 有關(guān)的，不同的有關(guān)的，不同的 可以得出不同的值。可以得出不同的值。 如果飽和砂土的初始孔隙比如果飽和砂土的初始孔隙比 大于臨界孔隙比大于臨界孔隙比 ，在，在 剪應(yīng)力作用下由于剪縮必然剪應(yīng)力作用下由于剪縮必然 使孔隙水壓力增高，而有效使孔隙水壓力增高，而有效 應(yīng)力降低，致使砂土的抗剪應(yīng)力降低，致使砂土的抗剪 能力降低。能力降低。 0 e VV / cv e 3 3 0 e cv e 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 無粘性土的抗剪強度無粘性土的抗剪強度 當(dāng)飽和松砂受到動荷載作用（例如地震），由當(dāng)飽和松砂受到動荷載作用

33、（例如地震），由 于孔隙水來不及排出，孔隙水壓力不斷增加，就有于孔隙水來不及排出，孔隙水壓力不斷增加，就有 可能使有效壓力降低到零，因而使砂土象流體那樣可能使有效壓力降低到零，因而使砂土象流體那樣 完全失去抗剪強度，這種現(xiàn)象稱為砂土的液化，因完全失去抗剪強度，這種現(xiàn)象稱為砂土的液化，因 此，臨界孔隙比對研究砂土液化也具有重要意義。此，臨界孔隙比對研究砂土液化也具有重要意義。 無粘性土的抗剪強度決定于有效法向應(yīng)力和內(nèi)無粘性土的抗剪強度決定于有效法向應(yīng)力和內(nèi) 摩擦角。密實砂土的內(nèi)摩擦角與初始孔隙比、土粒摩擦角。密實砂土的內(nèi)摩擦角與初始孔隙比、土粒 表面的粗糙度以及顆粒級配等因素有關(guān)。初始孔隙表面的

34、粗糙度以及顆粒級配等因素有關(guān)。初始孔隙 比小、土粒表面粗糙、級配良好的砂，其內(nèi)摩擦角比小、土粒表面粗糙、級配良好的砂，其內(nèi)摩擦角 較大。較大。 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 破壞時形成了延續(xù)至地面的連續(xù)滑動面，破壞曲破壞時形成了延續(xù)至地面的連續(xù)滑動面，破壞曲 線三階段明顯，如曲線（線三階段明顯，如曲線（A）。）。 形成局部滑動面，壓力與沉降關(guān)系一開始就呈顯形成局部滑動面，壓力與沉降關(guān)系一開始就呈顯 非線性關(guān)系，如曲線（非線性關(guān)系，如曲線（B）。）。 基礎(chǔ)近乎豎直基礎(chǔ)近乎豎直 刺如土中，如刺如土中，如 曲線（曲線（C）。）。 整體剪切破壞整體剪切破壞 局部剪切破壞局部剪切破壞

35、沖剪破壞沖剪破壞 P-S曲線曲線 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 P-S曲線曲線 1、密砂、硬粘土地基一般發(fā)生整體剪切破壞；松砂、軟粘土、密砂、硬粘土地基一般發(fā)生整體剪切破壞；松砂、軟粘土 地基發(fā)生局部或沖剪破壞。地基發(fā)生局部或沖剪破壞。 Kpp ua / 容許承載力：容許承載力： 極限承載力；極限承載力；K 安全系數(shù)（安全系數(shù)（23）； u p 臨塑荷載：臨塑荷載： cr p 2、基礎(chǔ)埋深較淺時會發(fā)生整體剪切破壞；、基礎(chǔ)埋深較淺時會發(fā)生整體剪切破壞； 較深時會發(fā)生局部或沖剪破壞較深時會發(fā)生局部或沖剪破壞。 地基承載力：指地基承受荷載的能力。地基承載力：指地基承受荷載的能力。

36、土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 無埋深無埋深 1、地基受條形均布荷載；、地基受條形均布荷載； 2、各向的自重應(yīng)力相等。、各向的自重應(yīng)力相等。 1、無埋深情況下、無埋深情況下M點的大小主應(yīng)力為：點的大小主應(yīng)力為： 00 0 3 00 0 1 sin sin - p p 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 2、有埋深情況下地基中任、有埋深情況下地基中任 意點的大小主應(yīng)力為：意點的大小主應(yīng)力為： zd dp zd dp - - - 000 0 3 000 0 1 sin sin 有埋深有埋深 土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第6章土抗剪強 度與地基承載力 當(dāng)當(dāng)M點達到極限平衡狀態(tài)時，該點的大、小主應(yīng)力點達到極限平衡狀態(tài)時，該點的大、小主應(yīng)力 應(yīng)滿足極限平衡條件：應(yīng)滿足極限平衡條件： sin 2 1 cot 2 1 3131 -c 將將 代入上式得：代入上式