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土抗剪强度与地承载力

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土的抗剪强度与地基承载力

土的抗剪强度与地基承载力
便、试样薄、固结快、省时、仪器刚度大，不可能发生横向 变形，仅根据竖向变形量就可计算试样体积的变化。这些 优点使直剪仪至今还被广泛应用。 (2)直剪试验仪的缺点是所受外力状态比较简单，试样内的 应力状态又比较复杂，应力、应变分布不均匀。剪切破坏面 事先已确定，这不能真实反映实际的复杂情况。在试验直至 破坏的过程中，受剪切的实际面积在不断缩小，上下盒边缘 处的应力集中很明显，所以剪切面上的应力、应变很不均匀 又难测定。直剪仪有一个明显缺点就是不能控制排水条件， 不能测试试样中的孔隙水压力及其变化。
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第二节土的抗剪强度试验方法
(二)三轴剪切试验 1.试验原理及设备组成 三轴剪切仪也就是三轴压缩仪，试样破坏的本质是压一剪
型。土样是一个圆柱体，高75~100 mm，直径为38~50 mm， 用橡皮薄膜套起来，置于压力室中。土样三向受压，可以发 生横向变形，通过液压加周围压力，通过杠杆系统加竖向压 力。当压力及其组合达到一定程度时，土样就会按规律产生 一个斜向破裂面或沿弱面破裂。 2.试验分类 三轴试验根据土样的排水条件可分为: (1)不固结不排水试验。该试验简称为UU试验，和直剪仪 中的快剪相当。UU试验的本质是自始至终关闭排水阀门，不 能排水。因为不能排水，所以也不能固结。不能排水是问题 的本质方面，因而，也简称不排水剪。也因为不能排水，自 始至终存在孔隙水压力，随着加荷增大，孔隙水压力越来越 大，而有效应力是常量。
3.土的黏聚力
土的黏聚力包括原始黏聚力、加固黏聚力及毛细黏聚力三部 分。
二、土的极限平衡条件
(一)黏性土
劲伸h并}土与的抗轴剪交强于度O曲’点线，表如达图式4为-4所: 示f ，则tanOO'
c pc
。把曲线延 c
tan

土的抗剪强度和地基承载力

土的抗剪强度和地基承载力

抗剪强度进行比较： 通过土体中一点有无数的截面，当所有截面上都满
足τ＜ ，f 该点就处于稳定状态；当所有截面之中有且只有一个截面上
的τ =
时，该点处于极限平衡状态。
f
根据莫尔应力圆与抗剪强度曲线的关系可以判断土中某点M是否处于
极限平衡状态
从理论上讲该点 早已破坏，因而 这种应力状态是
不会存在
不会发生剪 切破坏
③上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小， 剪切面上的剪应力分布不均匀。
4.2.2 三轴剪切试验
三轴试验是根据摩尔库仑破坏准则测定土的黏聚力c 和 内摩擦
角。常规的三轴试验是取三个性质相同的圆柱体试件，分别先在
其四周施加不同的围压（即小主应力），随后逐渐增大大主应力直 到破坏为止
三轴压缩试验原理是根据莫尔――库伦强度理论 得出的。
c
O
3
1 1f 1
三、摩尔-库仑强度理论
3. 破坏判断方法
判别对象：土体微小单元（一点）
1= 常数：
1,3
x
z 2
x
z 2
2
4
2 xz
根据应力状态计算出 大小主应力σ1、σ3
判断破坏可能性
σ3>σ3f 弹性平衡状态
由σ1计算σ3f 比较σ3与σ3f
σ3=σ3f 极限平衡状态 σ3<σ3f 破坏状态
莫尔应力圆描 述土中某点的
尔应力圆描述
2
O 3 1/2(1 +3 ) 1
3
1
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 应平面上的正应力和剪应力。
4.1.3 土的极限平衡条件
土体受荷后，任意截面mn上将同时产生法向应力与剪应力，对 与

土的抗剪强度和地基承载力

土的抗剪强度和地基承载力

3
6 土的抗剪强度和地基承载力
试验结果
f ： 土的抗剪强度 tg：摩擦强度-正比于压力
c： 粘聚强度
c O


库仑公式
f c tan
抗剪强度指标
无粘性土 c = 0
c： 粘聚力 ：内摩擦角
4
6 土的抗剪强度和地基承载力
2. 应力状态与莫尔圆(平面问题)
平衡方程：
第 六 章
土的抗剪强度和地基承载力
§6 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
§6.2 抗剪强度指标的确定
§6.3 无粘性土的抗剪强度
§6.4 土的抗剪强度的影响因素
§6.5 地基的临塑荷载与塑性荷载
Байду номын сангаас
§6.6 地基的极限荷载
2
6 土的抗剪强度和地基承载力
1、直剪试验
试验方法 施加 σ（=P/A） 施加 S 量测 （=T/A）
(2) 固结快剪
施加正应力-充分固结
在3-5分钟内剪切破坏
通过控制剪切速率 来近似模拟排水条 件
(3) 快剪
施加正应力后
立即剪切3-5分钟内剪切破坏
12
6 土的抗剪强度和地基承载力
一、直剪试验
☺优点
设备简单，操作方便 结果便于整理
☹缺点
试样应力状态复杂 应变不均匀 不易控制排水条件 剪切面固定

5
6 土的抗剪强度和地基承载力
2. 应力状态与莫尔圆(平面问题)
α为截面与σ1作用面的夹角,在莫尔 圆上按逆时针方向旋转2倍α
1 ( ), 0 3 圆心： 2 1 1 半径： r ( 1 3 ) 2

土的抗剪强度与地基承载力

土的抗剪强度与地基承载力
局部剪切破坏p-s曲线没有明显的直线段，地基破坏时曲线也没有明显的陡降。
4.5.1 地基的破坏模式
局部剪切破坏
O
s
p
p～s曲线上坡度发生显著变化（即变化率最大的点）所对应的基底压力p作为地基的极限承载力fu。
固结快剪试验也适用于渗透系数小于10－6cm/s的细粒土。试验时对试样施加垂直压力后，每小时测读垂直变形一次，直至固结变形稳定。变形稳定标准为变形量每小时不大于0.005mm，在拔去固定销，剪切过程同快剪试验。所得强度称为固结快剪强度，相应指标称为固结快剪强度指标，以 表示。
透水石
橡皮膜
阀门，接体变量测系统
试样帽
活塞
有机玻璃罩
4.3.2三轴压缩试验
三轴压缩试验
三轴压缩仪
不固结不排水剪（UU）
4.3.2三轴压缩试验
固结不排水剪（CU）
4.32 三轴压缩试验
固结排水剪（CD）
4.3.2 三轴压缩试验
剪切类型 比较项目
Hale Waihona Puke 不固结不排水 （UU）4.3.3 无侧限抗压强度试验
无侧陷压缩示意图
无侧限仪
十字板剪切试验是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度的方法。这种试验方法适合于在现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀的饱和粘性土。
4.3.4 原位十字板剪切试验
4.3.4 原位十字板剪切试验
O
c
1=1f
3f＝ 3
1<1f
1>1f
（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态
1 假定此时的大主应力为破坏时的大主应力，求得破坏时的小主应力 。根据破坏时的小主应力和实际的小主应力之间的关系进行判断。

地基基础-- 土的抗剪强度与地基承载力

地基基础-- 土的抗剪强度与地基承载力
.
4.2 土的抗剪强度试验方法
剪切试验：确定土的抗剪强度的试验。 室内剪切试验：直接剪切试验、三轴剪切 试验、无侧限抗压强度试验。 现场原位测试：十字板剪切试验。
.
直接剪切试验
.
应变软化与应变硬化
.
抗剪强度指标的确定
.
直剪仪的优缺点：
优点：构造简单，操作方便，工程应用广。
缺点： （1）不能严格控制排水条件，不能量测试
.
地基的破坏模式
整体剪切破坏 局部剪切破坏
冲剪破坏
（1）密实的砂土和硬粘土较可能发生整体剪切破坏； （2）中等密实砂土、松砂和软粘土可能发生局部剪切破坏； （3）压缩性较大的松砂和软土地基可能发生冲剪破坏； （4）影响地基破坏模式的其它因素：基础埋深、加荷速率等。
.
确定地基极限承载力的途径
数学模型法：采用严密的数学方法求解 土中某点达到极限平衡时的静力平衡方 程组，以得出地基极限承载力。
.
习题
习题1 习题4 习题6
.
K=2.0~3.0
.
魏锡克(Vesic)地基极限承载力
.
魏锡克(Vesic)公式
1
p u cc s N c d c ic qq s N q d q iq 2bs N d i
特点：考虑了基础形状、荷载倾斜及基 础埋深对极限承载力的影响。 K=2.0~4.0
.
斯肯普顿(Skempton)地基极限承载力
.
说明：
（1）土的抗剪强度指标有两个，即粘聚力和内摩擦角。 （2）土的抗剪强度是剪切面上法向总应力的函数。 （3）无粘性土的强度仅由粒间摩擦力引起；粘性土的强 度由粘聚力和摩擦力两部分组成。
影响抗剪强度的主要因素：
影响粘聚力的因素：土中粘粒含量、矿 物成分、含水量、土的结构等。

土力学与地基基础(土的抗剪强度及地基承载力)

土力学与地基基础(土的抗剪强度及地基承载力)
第五章 土的抗剪强度和地基承载力 一、土的抗剪强度
土的抗剪强度： 的极限能力， 土的抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力，数值上 等于剪切破坏时滑动面上的 等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。土体的破坏通常都是 剪切破坏。 剪切破坏。 土体破坏过程： 土体破坏过程： 如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度， 某一部分的剪应力达到土的抗剪强度 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 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 连续的滑动面， 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。以下是滑坡和地基破坏 滑坡和地基破坏示意 整体剪切破坏而丧失稳定性。以下是滑坡和地基破坏示意 图。
△σ σ3 σ3 σ3 σ3 σ3 △σ σ3
τ ϕ c σ
(σ1-σ3)f σ σ
(σ1-σ3)f σ σ
试验类型 不固结不排水试验（UU UU试验） UU
抗剪强度线为水平线
τ
f
cu 、ϕu
适于排水不良的土
= cu =
1 (σ 1 − σ 3 ) 2
ϕu = 0
ccu 、ϕcu
固结不排水试验（CU CU试验） CU
由三角函数关系, 由三角函数关系,经化简后得 粘性土极限平衡条件如下： 粘性土极限平衡条件如下：
1 1 (σ 1 − σ 3 ) = c ⋅ ctgϕ + (σ 1 + σ 3 ) sin ϕ 2 2 无粘性土（ 无粘性土（c=0）极限平衡条件： ）极限平衡条件：
σ1 = σ3 tan2 (45o + ) + 2c ⋅ tan(45o + )

土的抗剪强度与地基承载力

1．难于控制测试中旳边界条件； 2．测试数据和土旳工程性质旳关系建立在统计经验
关系上 3．测试设备进入土层对土层也有一定扰动 4．试验时旳主应力方向与实际工程不一致 5．应变场不均匀，应变速率不小于实际工程正常固
结
第四节 不同排水条件下强度指标应用
1. 三轴不固结不排水剪切试验（UU）和直剪快剪试验
饱和土旳重度sat＝21kN/m3,抗剪强度指标为 =20°， c=20kPa,求(1)该地基承载力p1/4 ,(2)若地下水位上升至地 表下1.5m，承载力有何变化
【解答】 (1)
p1/ 4
(c ctg 0d b / ctg / 2
4)
0d
244.1kPa
(2)地下水位上升时，地下水位下列土旳重度用有效重度
二、土旳极限平衡状态
土旳抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏旳极限 能力，用τf表达。
当土体中某点旳剪力
τ＜τf 土体处于弹性平衡状态 τ＝τf 土体处于极限平衡状态 τ＞τf 土体发生剪切破坏
1. 土体中任一点旳应力状态
假定土层为均匀、连续旳 半空间材料，研究地面下 列任一深度处M点旳应力 状态。
3ds sin ds sin ds cos 0 1ds cos ds cos ds sin 0
f
cu
qu 2
旳优点
无侧限试验 无侧限试验
3. 试验优缺陷
替代三轴试验（当 u 0 ）
可用来求土旳敏捷度
St
qu q0
旳缺陷
太软土（流塑）不可 试验快 , 水来不及排除
四、十字板剪切试验
1. 合用范围 十字板剪切仪合用于饱
和软粘土，尤其合用于难于 取样或试样在自重作用下不 能保持原有形状旳软粘土

土的抗剪强度和地基承载力

5 土的抗剪强度和地基承载力
目录
5.1 土的抗剪强度理论 5.2 土的抗剪强度试验 5.3 土的抗剪强度指标 5.4 地基承载力
5.1 土的抗剪强度理论
在工程建设实践中，道路的边坡、路基、土石坝、建 筑物的地基等丧失稳定性的例子是很多的，如图所示。为 了保证土木工程建设中建(构)筑物的安全和稳定，就必须 详细研究土的抗剪强度和土的极限平衡等问题。
粘性土
c
抗剪强度与法向应力之间的关系
根据有效应力原理，土体中的剪应力只能由土的骨架
承担，则土的抗剪强度应表示为剪切破坏面上法向有效应
力的函数，即
f ctg
因此，土的抗剪强度有两种表达方式。一种是抗剪强度 总应力法，相应的c、φ称为总应力强度指标；另一种则是 抗剪强度有效应力法，c’、φ’称为有效应力强度指标。
❖ 固结排水试验（CD试验）
cd 、d
（1）施加围压后，打开排水阀门,充分固结，超静孔隙水压力完全消散； （2）打开排水阀门，慢慢施加以便充分排水，避免产生超静孔压
优点和缺点
❖ 优点： 1 应力状态和应力路径明确； 2 排水条件清楚，可控制； 3 可量测孔隙水压力 4 破坏面不是人为固定的。
❖ 缺点： 1 2=3，轴对称 2 设备相对复杂，现场无法试验；
0
0
5.2 土的抗剪强度试验
5.2.1 直接剪切试验
如图所示为应变控制式直剪仪的示意图。垂直压力由杠杆系统通 过加压活塞和透水石传给土样，水平剪应力则由轮轴推动活动的下盒 施加给土样。土体的抗剪强度可由量力环测定，剪切变形由百分表测 定。在施加每一级法向应力后，匀速增加剪切面上的剪应力，直至试
件剪切破坏。将试验结果绘制成剪应力τ和剪切变形S的关系曲线，如

土的抗剪强度与地基承载力

2
2

由几何条件可以得出下列关系式：
sin j
s1 s 3 s 1 s 3 2cctanj
（5-4）

上式经三角变换后，得如下极限平衡条件式：
j j s 1 s 3tan 2 (45 ) 2ct an (45 ) （5-5）
2 2


或
j j s 3 s 1tan 2 (45 ) 2ct an (45 )

（）

由摩尔应力圆可知，圆周上的A点表示与水平线成α角的斜截面， A点的坐标表示该斜截面上的剪应力 和正应力s。将抗剪强度直 线与摩尔应力圆绘于同一直角坐标系上，可出现三种情况：
土中一点达极限平衡时的摩尔应力圆
摩尔应力圆与抗剪强度之间的关系





（1）应力圆与库仑直线相离（Ⅰ），说明应力圆代表的单元体上 各截面的剪应力均小于抗剪强度，即各截面都不破坏，所以，该 点处于稳定状态。 （2）应力圆与库仑直线相割（Ⅲ），说明库仑直线上方的一段弧 所代表的各截面的剪应力均大于抗剪强度，即该点已有破坏面产 生，事实上这种应力状态是不可能存在的。 （3）应力圆与库仑直线相切（Ⅱ），说明单元体上有一个截面的 剪应力刚好等于抗剪强度，而处于极限平衡状态，其余所有的截 面都有 ＜ f ,因此，该点处于极限平衡状态。所以圆（Ⅱ）称 为极限应力圆。 根据极限应力圆与抗剪强度线之间的几何关系，可求得抗剪强度 指标c、j和主应力 s1、s3之间的关系。由图可知： s s AO′= s 1 s 3 ；OO′= 1 3 cctanj
2 2
（5-6）

由图中的几何关系可知，土体的破坏面（剪破面）与大主 应力作用面的夹角α为：

土的抗剪强度与地基 承载力

• 一、直接剪切试验 • 直接剪切试验是室内测定土的抗剪强度常用的简便方法.所用的仪器
是直剪仪,直剪仪的特点是构造简单,试样的制备和安装方便,操作容易 掌握,至今仍被工程单位广泛采用.直剪仪可分为应变控制式(图４-５) 和应力控制式两种.
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第三节 土的抗剪强度指标
• (一)试验原理 • 试验时,由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力σ,
• 二、三轴压缩试验 • 三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法.三轴压缩仪
由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统 等组成,如图４-７所示.
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第三节 土的抗剪强度指标
• (一)试验原理 • 常规试验方法的主要步骤如下:将土切成圆柱体套在橡胶膜内,放在密
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第三节 土的抗剪强度指标
• 如图４-８(c)中的圆Ⅰ,用同一种土样的若干个试件(三个以上)按以上 所述方法分别进行试验,每个试件施加不同的周围压力σ３,可分别得出 剪切破坏时的最大主应力σ１,将这些结果绘成一组极限应力圆,如图４ -８(c)中的圆Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ.
• 由于这些试件都剪切至破坏,根据莫尔-库仑强度理论,绘制出一组极限 应力圆的公切线,即土的抗剪强度包线.其通常可近似取为一条直线,该 直线与横坐标的夹角即土的内摩擦角φ,直线与纵坐标的截距即土的黏 聚力c,如图４-８(c)所示.
• 土的强度破坏通常是指剪切破坏.土的极限平衡条件是指土体处于极 限平衡状态时土的应力状态和土的抗剪强度指标之间的关系式.
• 一、土体中任一点的应力状态 • 在自重与外荷作用下土体(如地基)中任意一点的应力状态,对于平面应
力问题,只要知道应力分量即σx、σz 和τxz,即可确定一点的应力状态. 对于土中任意一点,所受的应力又随所取平面的方向不同而发生变化. 但可以证明,在所有的平面中必有一组平面的剪应力为零,该平面称为 主应力面.其作用于主应力面的法向应力称为主应力.那么,对于平面应 力问题,土中一点的应力可用主应力σ１ 和σ３ 表示.
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第五章 土的抗剪强度与地基承载力第一节 土的抗剪强度一．名词解释1．抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力。

2． 库仑定律：在一般的荷载范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系，即ϕστtan +=c f ，式中ϕ,c 分别为土的粘聚力和内摩擦角。

二．填空1． kPa 40，kPa 20 2． c+σtan φ、c ˊ+(σ-µ) tan φˊ 3．极限平衡 4．土粒间的摩擦力，摩擦力，粘聚力 5． ϕστtan =f ，剪切滑动面上的法向应力 6．粘聚力，内摩擦角 7．总应力，有效应力三、选择题1． A 2．Ａ ３．Ａ ４．Ｂ ５．Ｃ ６．Ａ 7．Ｃ 8．Ａ四．判断题（判断下列各题，正确的在题后括号内打“√”，错的打“×”。

）１．⨯ ２．√ ３．√ ４．√ ５．√ ６．√ ７．√ ８．√ ９．√ 10． ⨯五、简答题１．答：判断土中发生破坏的条件是强度包络线与摩尔应力圆的相关关系，当两者相切时土体发生剪切破坏，剪切滑动面与大主应力作用面成±（45°＋Φ/2）的角度。

一般情况下，并非剪应力最大的平面首先发生破坏，只有当Φ＝0°时（饱和软土不排水剪切），破裂面与最大剪应力平面才是一致的。

２．答：（1）抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。

（2）a ．土坡的稳定性问题 b.土工建筑物的安全问题 c.地基的承载力问题。

３．答案 1）剪切破裂面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数；2）当法向应力不很大时，抗剪强度可以简化为法向应力的线性函数，即表示为库伦公式； 3）土单元体中，任何一个面上的剪应力大于该面上土体的抗剪强度，土单元体即发生剪切破坏，可用莫尔-库伦破坏准则表示。

六．计算题1. 解：（1）2.解由图可见，不会剪切破坏。

3．解：︒=+︒=53245ϕα ,4.591016tan 4.172tan 1.96106sin 1002sin 24.172106cos 220024002cos 22313131f f kPaC kPa kPaττϕστασστασσσσσ>=+︒⨯=+==︒⨯=-==︒+=-++=土样破坏。

4．解：kPac 95.82052.23043.5905.62tan 6025.62tan 160)245tan(2)245(tan 2231=+=︒⨯⨯+︒⨯=+︒++︒=φφσσ5．解：（1）︒===∴=69.33300200arctanarctantan στφφστf f（2）.193,6732sin 2,2cos 2231313121kPa kPa ==∴-=-++=σσασστασσσσσkPakPakPa 5.21625060sin 2502sin 2252502cos 350:452502100600231max =⋅︒=⋅==⋅-=︒==-=-=θτθσθσστ⑶从应力圆上可见⑵（3）=α)245(φ-︒︒=16.286．答：抗剪强度kPa c f8.8415tan 2808.9tan =︒⨯+=+=ϕστkPa kPa 8.8480<=τ，该点处于弹性平衡状态。

第二节 抗剪强度指标的测定一．名词解释1．快剪试验：在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平应力使试样剪切破坏的直接剪切试验，要求在3～5分钟内将土体剪坏。

2．固结剪切试验：是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏的直接剪切试验，要求在3～5分钟内将土体剪坏。

3．慢剪试验：是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，再缓慢的施加水平剪应力使试样剪切破坏的直接剪切试验，为了保证剪切过程中土样内不产生孔隙水压力，施加水平剪应力使式样剪切破坏历时较长，对粘性土一般历时4～6小时。

4．无侧限抗压强度试验：将圆柱形土样放在无侧限抗压仪中，在不加任何侧向压力的情况下施加竖直压力，直到使土样剪切破坏，剪切破坏时试样所能承受的的最大轴向压力称为无侧限抗压强度。

5.不固结不排水试验:试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水,自始至终关闭排水阀门的三轴压缩试验。

6.固结不排水试验:施加周围压力,打开排水阀门.允许排水固结.固结完成后关闭排水阀门,再施加竖向应力,使式样在不排水的条件下进行剪切破坏的三轴压缩试验。

7.固结排水试验: 试样在施加周围压力后允许排水固结.固结完成后再在排水条件下施加竖向应力至式样剪切破坏的三轴压缩试验。

二．填空1．固结不排水剪 2．快剪 3．固结快剪 4．快剪，慢剪，固结快剪，快剪，慢剪。

5．饱和软粘土，不排水剪 6．应变，应力 7．2uq 8．相等三、选择题1．A 2．A 3．D 4．D 5．C 6．C 7．B 8．C四．判断题1．⨯ 2．√ 3．⨯ 4．√ 5．⨯五、简答题1.答：优点：直剪仪构造简单，操作方便，试验原理较易理解，在一般工程中应用广泛。

缺点：a.不能严格控制排水条件，不能量测试验过程中试样的孔隙水压力的变化；b.剪切面不一定沿土样最薄弱的面剪切破坏；c.剪切过程中剪切面上的剪应力分布不均匀；d剪切面积随剪切位移的增加而减小,而且竖向应力发生偏心。

2.答：优点：a. 能严格控制排水条件，从而量测试验过程中试样的孔隙水压力，以测定获得土中有效应力的变化情况。

b. 试样中的应力分布不均匀；c.没有人为限定的剪切破坏面，破坏发生在最薄弱的截面。

所以，试验效果比直剪试验成果更可靠、准确。

缺点：a.试验仪器较复杂，操作技术要求高，且试样制备比较麻烦。

b.试验是在轴对称情况下进行的。

3．答：（1）直接剪切试验（2）三轴压缩试验（3）无侧限抗压强度试验（4）十字板剪切试验4．答：无侧限压缩试验测定的是饱和粘土的抗剪指标，不能测定一般粘土的抗剪指标。

因为饱和粘土的不排水抗剪强度，其内摩擦角 =0，采用无侧线压缩试验很方便，因为其水平切线就是抗剪强度曲线，该线在剪力轴上的截距就等于抗剪强度。

而一般粘土用起来较为复杂。

5．答：作用在试样剪切面上的总应力等于有效应力和孔隙水压力之和。

在外荷载作用下，随着时间的延长孔隙水压力因排水而逐渐的消散，同时有效应力相应的不断增加。

因为孔隙水压力作用在土中的自由水上，不会产生土粒之间的内摩擦力，只有作用在土颗粒骨架上的有效应力才能产生土的内摩擦力。

因此，土的抗剪强度的试验条件的不同，影响了土中孔隙水的排出量，从而影响到有效应力的变化，使得同一中土因排水条件不同得到的抗剪强度也不同。

6．答：⑴ 不排水剪或快剪：适用于地基土较软，含水量较多，施工期很短，荷载快速施加的情况。

⑵ 固结不排水剪或固结快剪：适用于地基土较软，含水量较多，施工期很长，荷载缓慢施加的情况。

⑶ 排水剪或慢剪：施工期很长，荷载缓慢施加的情况7．答：此试验是一种抗剪强度试验的原位测试方法，不用取原状土，而在工地现场直接测试地基土的强度。

这种方法适用于地基为软粘土、取原状土困难的条件，并可避免在软土中取土、运送及制备式样过程中受扰动影响试验成果的可靠性缺点。

六．计算题1.解：(1)固结不排水抗剪强度指标；︒=︒⨯=︒-=∴︒=26132)45(2,58αϕα5.760.1256.2100280)58tan (58tan 21)245tan(2)245(tan 231231=⨯⨯-=︒-︒=∴+︒++︒=σσϕϕσσC c(2)破坏面上的法向应力和剪应力。

解：kPakPa 89.80116sin 902sin 254.100116cos 218022802cos 22313131=︒⨯=-==︒+=-++=ασστασσσσσ2．答：︒=+︒=55245ϕαkPac kPakPa f 73.1161420tan 25.282tan 46.117110sin 1252sin 225.282110cos 225026502cos 22313131=+︒⨯=+==︒⨯=-==︒+=-++=ϕστασστασσσσσ3．解：︒=+︒=61245ϕαkPaC 8.52761tan 20261tan 140)245tan(2)245(tan 2231=︒⨯⨯+︒⨯=+︒++︒=ϕϕσσkPa 9.328122sin 8.3872sin 231=︒⨯=-=ασστ(2解：kPa C f2.17632tan 25020tan =+=+=ϕστf ττ<=170 不发生破坏4．答：破裂角︒=︒-=∴+︒=︒=︒-︒=20902,245,553590αϕϕαα.Kpa C C C 5.31,45cot 45290cot 290sin =∴+=+=ϕϕϕ5．解：饱和软粘土kPa q C u u 8021602,0====ϕ。

kPa C C 3402)245tan(2)245(tan 3231=+=+︒++︒=σϕϕσσ第三节 地基的变形阶段与破坏形态 第四节 按理论公式确定地基承载力一、名词解释1．地基承载力：指地基土在单位面积上承受荷载的能力。

2．地基的极限承载力：也称极限荷载，指地基土体中的塑性变形区充分发展并形成连续贯通的滑动面时，地基所能承受的最大荷载。

3．地基的容许承载力：指有足够的安全度保证地基稳定而且建筑物基础的沉降量不超过容许值的承载力（即所对应的最大基底压力）。

4．地基的临塑荷载：是在外荷载作用下，地基中刚开始产生塑性变形时的基础底面压力。

5．临界荷载：在外荷载作用下，地基中塑性变形区最大深度限制在基础宽度的四分之一（或三分之一）时相应的基底应力。

二、填空题1．极限平衡状态 2．强度，变形。

3．局部剪切破坏，冲剪破坏 4．压密阶段，剪切阶段，破坏阶段三、选择题1．A 2． C 3. B 4. A四、简答题1.答：地基变形的第一阶段是线弹性变形阶段，土体处于弹性平衡状态；第二阶段是弹塑性变形阶段，地基中局部范围内土体发生剪切破坏；第三阶段是完全塑性变形阶段，土中塑性变形区范围不断扩展，最后在土中出现连续滑动面，地基土体产生剪切破坏而失稳。

地基的破坏主要有三种型式，整体破坏一般发生在砂类土荷较硬的土层中且基础埋深较浅；局部破坏一般发生在地基为一般粘性土或中密砂土，基础埋深较浅时，或地基为砂性土或粘性土，基础埋深较大时；当地基为松砂、饱和软粘土时常常发生冲剪破坏。

2.答：临塑荷载、临界荷载及极限荷载分别对应地基受荷与变形的不同阶段，临塑荷载对应于地基变形的第一阶段的结束点即刚刚出现塑性变形的情况；临界荷载与其定义有关，常用的P1/4公式是对应于塑性开展区深度为基础宽度的1/4时的荷载大小；极限荷载则是地基完全进入塑性变形阶段的荷载。

五、计算题1.解(1)极限荷载P u =C·N c +γ·d·N q +γ·b·Nγ/2=10×22.25+18×1×11.85+18×2.5×12.54/2=717.95kPa 承载力P=P u /k=717.95/2.5=287.18kPa(2)极限荷载P u =C·N c +(γsat -10)·d·N q +(γsat -10)·b·N γ/2 =10×22.25+10×1×11.85+10×2.5×12.54/2=497.75kPa 承载力P=P u /k=497.75/2.5=199.1kPa 2. 解：（1）基底压力：P ＝P/B=1500/6=250 kN/m 2(2)由φ＝200，查图8－18得：Nc ＝18，Nq ＝7.5，Nr ＝5c q r u CN qN rBN p ++=21＝kPa 25.85815205.75.119218619=⨯+⨯⨯+⨯⨯。