第4章土的抗剪強度與

地基承載力第一節概述第二節土的抗剪強度第三節

土的抗剪強度試驗方法

第四節地基承載力本章講授內容結構荷載基底壓力上部結構、基礎、地基示意圖壓力擴散線持力層下臥層地基基礎自重設計程序：上部結構荷載、地基情況基礎形式、材料

選持力層（埋深）

確定基礎尺寸（地基強度與變形）結構計算繪施工圖回顧持力層土抗剪強度地基承載力確定基礎尺寸第五章土的抗剪強度與

地基承載力建筑物地基基礎設計必須滿足變形和強度兩個基本條件。

第一節概述剪切破壞：荷載產生法向應力與剪應力，當剪應力≥土抗剪強度，土粒間相對滑動，即產生剪切強度破壞。地基破壞與地基強度：強度和變形是兩個不同的控制標準，不可互相替代，承載力要求是先決條件——

基底壓力pk

≤地基承載力fa地基失穩：基底荷載增加（超過地基承載力），地基中形成連續的剪切滑動破壞面，基礎產生沉降或傾斜，地基土被擠出，地基破壞。基底荷載滑動破壞面壓密區土的抗剪強度：是指在外力作用下，土體內部產生剪應力時，土對剪切破壞的極限抵抗能力。

地基破壞即是剪切破壞。土的強度問題實質上就是抗剪強度問題。FT土樣水平測力裝置豎向加壓裝置上下剪切盒基座上下透水石T結論本章學習要點本章將主要介紹地基的強度和穩定問題，包括土的抗剪強度以及地基基礎設計時的地基承載力的計算問題。土的抗剪強度主要應用于地基承載力的計算和地基穩定性分析、邊坡穩定性分析、擋土墻及地下結構物上的土壓力計算等。

重點掌握：①抗剪強度理論②指標測定方法③地基承載力確定方法第二節土的抗剪強度

一、抗剪強度（一）庫侖定律土的抗剪強度可以通過試驗的方法測定；直剪試驗：

圖4-1為應變式直剪儀示意圖，施加一水平力T，土樣水平面上受剪，試樣的水平截面積為A，則垂直壓應力為σ=F／A，此時，土的抗剪強度（土樣破壞時對此推力的極限抵抗能力）為τf=T／A。（一般取4～6個物理狀態相同的試樣試驗）土的抗剪強度并非是一個定值。不同類型的土其抗剪強度不同，即使同一類土，在不同條件下的抗剪強度也不相同。圖4-1直剪儀工作原理示意圖FT土樣水平測力裝置豎向加壓裝置上下剪切盒基座上下透水石T垂直壓應力：σ=F／A抗剪強度：τf=T／A上下剪切盒應變式直剪儀垂直加載水平加載測微表量力環剪切盒后頁抗剪強度τf與法向應力σ關系曲線：以σ為橫坐標，以τf為縱坐標繪制，如圖4－2所示。砂性土：粘性土：式中—在法向應力作用下土的抗剪強度（kPa）；

—作用在剪切面上的法向應力（kPa）；

—土的內摩擦角(°)；

c—土的粘聚力（kPa）。結論庫侖定律：庫侖（Coulomb）于1773年提出下述土的σ～τf

關系規律，故稱為。土的內摩擦系數0100200300400σ(kPa)100200300400τf(kPa)φ砂性土抗剪強度線通過原點0100200300400σ(kPa)τf(kPa)φ粘性土抗剪強度線c100200300400土的抗剪強度構成：內摩擦力與粘聚力。c和φ稱為土的抗剪強度指標（或參數）。在一定條件下c和φ是常數，它們是構成土的抗剪強度的基本要素，c和φ（tanφ為土的內摩擦系數）的大小反映了土的抗剪強度的高低。（二）抗剪強度的構成因素主要包括以下幾個方面：1．土顆粒的礦物成分、形狀及顆粒級配；2．初始密度；3．含水量；4．土的結構擾動情況；5．有效應力；6．應力歷史；7．試驗條件。（三）抗剪強度的影響因素二、摩爾—庫侖強度理論τ＜τfτ＞τfτ＝τf該點處于穩定狀態該點處于極限平衡狀態該點處于破壞狀態（塑性變形和應力重分布）

土的極限平衡條件：極限平衡狀態時，土中大小主應力與土的抗剪強度指標之間的關系。（？）

土中某點在剪應力τ的作用下可能處于以下三種狀態：由材料力學可知，地基中任意一點M（用微元體表示）平面應力狀態，其上作用的應力為正應力σx、σz和剪應力τxz。該點上大、小主應力σ1、σ3為：（一）土中某點的應力狀態土中某點應力狀態示意圖xz0σxσzτxzpM當主應力已知時，任意斜截面上的正應力σ與剪應力τ的大小可用摩爾圓來表示：mnσ3σ1σ3ασ1στmnσ3σ1α單元體上的應力摩爾應憑力圓單元體院上的應梳力σσ1τ2αφαAcσσ3στmnσ3σ1α（二輔）土銜的極高限平柿衡條膀件將土覆體中留某點刪應力墻狀態柄的應限力圓浴和土倆的抗隸剪強延度線賽繪于麗同一百直角狡坐標敲系中漆，判您斷土陡體在片這一門點上著是否礙達到籌極限冊平衡肺狀態：τ＜τfτ＞τfτ＝τf穩定川狀態極限平仙衡狀態破壞狀揭態應力哥圓與下抗剪臟強度講線相掏離應力抽圓與志抗剪雷強度袖線相設切應力困圓與瞧抗剪私強度啄線相航割στφAco123摩爾鳳應力諸圓與延抗剪苗強度理線間盲的關鎖系粘性貧土的蠟極限近平衡網條件喝：砂性土桐的極限上平衡條勺件：某點處汁于極限株平衡狀呢態時，食破裂面扔與最大籮主應力作用織面所婦呈角脂度（玩稱為漏破裂昏角）殖為：(b踩)極限蛛狀態且摩爾周應力次圓(a)單元體給上的應社力στσ3σ12αcrφαcrAco(σ1+σ3)/2o′BDCmnσ3σ1σ3αcrσ11．土她的強甜度破薦壞是格剪應般力達朽到和略超過們抗剪求強度疼所致途。2．破追壞狀高態的蝕應力攀條件嚴必須夢是法跟向應香力和及剪應趴力的溜某種性組合科符合繁庫侖間定律湖的破絞壞準既則，治而不槳是以啟最大呼剪應那力τmax達到了怨抗剪強麻度τf作為判紅斷依據成，亦即殘剪切破怎壞面并賓不一定被發生在散最大剪伶應力的慕作用面持上；3．極秩限平抱衡狀運態時廢，極拜限應昌力圓倉與抗浸剪強衛度線麻相切六，一堡組極悄限應公力圓脾的公季切線圍即為及土的臭強度也包線竄。4．根罷據土每的極慶限平瞇衡條傘件，絞在已有測得底抗剪靠強度運指標榴的條陵件下驚，已層知大杏、小鞋主應子力中微的任梁何一偏個，瓶即可赴求得堡另一柄個；趁或在癥已知傘抗剪谷強度忙指標嬌與大抓、小寶主應周力的笛情況稠下，腦判斷乏土體平的平奏衡狀臺態；蓬也可頃利用驢這一云關系愛求出無土體侵中已飛發生滲剪切貓破壞曉面的舍位置削。結親論：【例4-1】已知由一組舊直剪購試驗炭結果慢，在圣施加專的法僵向應摔力分境別為10革0k復Pa、200夠kPa、300趟kPa、40箏0k揚Pa時，測謊得相應桑的抗剪田強度分堵別為67k漁Pa、11王9k級Pa、162彼kPa、215誰kPa。試作角圖求該慣土的抗很剪強度食指標c、φ值。若巖作用在動此土中撫某點的拖最大與么最小主稠應力分蚊別為350拋kPa和10收0幻玉kP鞭a問該點怎處于何熱種狀態梁？【解】：（1）以張法向候應力σ為橫子坐標兩，抗駛剪強節度τf為縱坐拐標，σ、τf取相炮同比握例，壇將土六樣的常直剪柏試驗舍結果挖點在奴坐標徒系上川，如規圖4-7所示細，過霉點群炊中心學繪直浮線即戒為抗輛剪強趕度曲柴線。在圖廉中量留得抗朝剪強眾度線主與縱杠軸截采距值冬即為役土的晨粘聚磨力：c=15屬kPa，直線惱與橫軸梢的傾角找即為內銅摩擦角φ=2聲7°。（2）當最有大主應濫力σ1=3灘50兆kP軌a時，展如果矛土體妄處于油極限餓平衡歇狀態箭，根欠據極案限平仿衡條結件其徐最大尺與最濟小主姓應力培間關勵系：＞=100kPa，說明該點已處于破壞狀態。=11溉3.0乎5(k紹Pa)抗剪強鹽度指標順計算圖400100300200τfkPaφc0100200300400σkPa實際島應力攜圓極限應呈力圓第三節土的抗杯剪強度疑試驗方吼法土的銀抗剪騙強度疫指標槽通過土工蒜試驗確定。恢試驗方綁法分為室內土工試蘿驗和現場原初位測試藥兩種路。室漆內試摩驗常恐用的樂方法遭有直接剪達切試驗淹、三軸妥剪切試支驗；現場狗原位測囑試的方掠法有十字板琴剪切試礦驗和大撞型直剪河試驗。指標c、φ值是催土的凝重要包力學槳指標榜，用部于確紹定地核基土添的承勸載力潔、擋游土墻尖的土友壓力大以及岡驗算轉土坡盲的穩大定性樓等問上題。賽正確胞地測江定和足選擇忠土的眠抗剪裁強度揉指標賊是土積工試劑驗與飾設計袋計算長中十適分重池要的斤問題懇。一、不聰同排水瞇條件的聲試驗方茂法與適糖用條件l．不固結—不排構水剪眉試驗（Unc鄙ons粱oli啄dat俗ion膛U頸ndr停ain井ed躲Sh膊ear歪T楚est貝,簡稱UU試驗）（快剪撫試驗）。模擬建顧筑場地種土體來饑不及固慮結排水陵就較快倒地加載塘的情況冤。在實籌際工程擱中，對短滲透性霸較差，攝排水條子件不良吼，建筑妹物施工挽速度快爺的地基潛土或斜溫坡進行搖穩定性玻驗算時至應用。2．固結—不排仙水剪剩試驗（Con捎sol帳ida流tio暗n惑Und好rai壘ned俊S虛hea余r軋Tes齒t，簡稱CU試驗）（固結快社剪試驗）。模擬建浮筑場地省土體在米自重或頑正常載漸荷作用黃下已達璃到充分狡固結，陵而后遇缺到突然我施加載盲荷的情系況。對好一般建牧筑物地泉基的穩及定性驗檢算以及懂預計建熄筑物施另工期間張能夠排刪水固結士，但在趁竣工后制將施加茫大量活歸載荷（差如料倉扮、油罐駐等）或辣可能有蘆突然活弓載荷（籠如風力約等）情煎況。固結—排水獎剪試存驗是被模擬裝地基帖土體興已充籌分固苦結后毀開始豪緩慢稍施加碼載荷谷的情駛況。換在實揪際工培程中遼，對綢土的給排水扮條件半良好閑（如饞粘土速層中乓夾砂噴層）須、地校基土推透水你性較猶好（故低塑裁性粘腰性土只）以佛及加今荷速厘率慢房誠時可裁選用勒。但降因工距程的肝正常車施工廈速度柔不易留使孔宰隙水令壓力體完全訊消散性，試火驗過尿程既旗費時雖又費筍力，尿因而冬較少佩采用交。3．固結—排水剪我試驗（Co獻ns朋ol尊id夸at皮io麥n塘D旱ra近in念ed異Sh貴ea核r卸T夏es洞t，簡稱CD試驗）廁（慢剪沿試驗）。二、直城接剪切瀉試驗由于直剪以儀構造簡蜘單，土罵樣制備慈和試驗撿操作方細便等特欣點，現表仍被一評般工程事所采用姑。《地基卷基礎夢設計搜規范》規定克，直略剪試甚驗只俱適用銳于二斗級及綿三級儀建筑戒物的協可塑伸狀粘消性土最和飽丈和度咬不大捏于50%的粉土碗。試驗樓結果亦不能蜜反映寧工程互的實讓際情移況，沈所得桃的抗譜剪強晨度指淋標過診大，靈對高某等級派建筑粥物安傭全度厲無法推保證徐。問題咐：1.不能有杜效地控脈制排水占；2.上下盒輔間縫隙島的影響頁；3.剪切傻面是屆人為樹規定管的；4.剪切芽面應茅力條謊件復絞雜。前圖圖4-1直剪儀猛工作原乳理示意逆圖FT土樣水平測力裝置豎向加壓裝置上下剪切盒基座上下透水石T三、三左軸剪切話試驗圖4-8三軸院剪切廁儀示恐意圖1—量力敲環；2—活塞；3—進水惹孔；4—排水泡孔；5—試樣帽亭；6—受壓室怒；7—試樣喇；8—乳膠性膜；9—接周蜓圍壓事力控綢制系訓統；10—接排水斗管；11么—接孔臉隙水宅壓力盡系統吹；12悔—接軸向伯加壓系淡統三軸與剪切遺儀由或受壓斤室、翻周圍鐵壓力桐控制狹系統畜、軸讓向加緒壓系席統、破孔隙粱水壓驅力系億統以壇及試翻樣體粗積變外化量頭測系描統等矛組成畫。σ1σ3三軸村試驗殿可以他在三杯維空薯間模傷擬實默際受陵力狀拐態，竿克服騰直剪忠試驗金的固鋒有缺你點，合不僅夸用于俗工程饒試驗先，也偉被廣憑泛應彈用于價科學疲研究謙中，攝一級練建筑帶物地巨基土扶應予嫩采用輩。0στfφc用若干封土樣進焰行試驗唉，對每匆個土樣茶施加不儉同σ3，可襲分別揀求得膀剪切球破壞胃時對至應的惕最大基主應毛力σ1，將械這些金結果級繪成亦一組慚摩爾威圓。亂通過途這些盟摩爾喇圓的另切點甜的直送線就異是土慢的抗麗剪強即度線角，由箭此可虧得抗蘆剪強森度指于標c和φ值。四、環無側視限抗鉤壓強啊度試您驗無側限廚抗壓強隔度試驗沈方法適縣用于飽鐵和粘土肚。本試悟驗所用采的主要策儀器設蒙備是應眾變控制業式無側鞋限壓縮再儀。試樣為豬原狀土裹樣1—軸向濤加荷傍架；2—軸向測趙力計；3—試樣候；4—上、下旨傳壓板綁；5—手輪；6—升降曉板；7—軸向但位移旦計應變控盈制式無粱側限壓倉縮儀五、蒸十字誰板剪穿切試稻驗1—轉盤；2—搖柄趁；3—滑輪首；4—彈簧勉秤；5—槽鋼；6—套管亡；7—鉆桿；8—十字柳板十字板綿剪切儀（現場材原位測鈴試）鉆孔籃至需匯要試允驗的爹土層柴深度薪以上750仍mm處，松然后超將裝劇有十林字板煩的鉆秤桿放店入鉆友孔底熔部，堵并插爐入土磚中750仆mm，施加雜扭矩使鄙鉆桿旋呢轉直至剝土體剪帖切破壞筒。土體腦剪切面利為十字閱板旋轉潔所形成戲的圓柱杜面。試驗騙方法Pc—剪切破徐壞時的夢總作用怖力；fc—軸桿溫及設技備的氣機械糊阻力引；h、D—十字禾板的攏高度意和直惰徑；R—轉盤襖的半遙徑；kc一十句字板跑常數繡；適用于租軟塑狀孩態的粘含性土。概述：第四節地基調破壞駝形式受與地基承穗載力地基完承載龍力特拆征值是指膚在保刑證地蠶基穩冬定條所件下銷，地暗基單額位面賄積上鄙所能料承受賓的最菌大應堡力。地基插承載千力特他征值易應按開下列放規定集綜合叫考慮砌：1.甲、瓦乙級相的建糧筑物挑采用算載荷弄試驗檢、理員論公帶式計升算及棋其他項原位于試驗續等方肌法綜遲合確運定；2.丙級的賽建筑物嚴可按土榨的物理女力學指噸標、標還準貫入紙試驗、馬輕便觸星探試驗選等方法沈確定。3.次要輸建筑資物可木根據纏鄰近斷建筑轟物的背經驗處確定。影響因嘉素：土蓮性質、翼基礎埋嚇深與寬純度、施肆工方法原位荷載試驗裝置荷載試坑支墩次梁主梁承壓板千斤頂百分表基準梁一、平制板載荷苦試驗確嘆定地基丑承載力（一）丑地基變善形的三映個階段現場鞭平板烘載荷飼試驗牧時，日地基濁在局程部荷血載作遷用下櫻，從民開始而施加鑒荷載絲式并逐撕漸增差加至羊地基仰發生捕破壞慣，地類基的飛變形駁大致組經過報以下云三個舞階段報：荷載試驗p～s曲線0spcrpuabcs1p土中即銜將出現句剪切破廟壞（塑墊性變形摩）點時靈的基底上壓力稱旬為臨塑壓拐力（或比例次極限）。pcr1．直線秩變形階眨段（壓匹密階涂段）冰：p≤pcr（圖中oa段）此階躁段土戲的變鉗形主亂要是嚴由土權的壓雁實，啊孔隙煌體積積減小迎引起堤的，鞋土體鉗處于由彈性紋平衡測狀態。2．局決部剪揭切階暑段（塑宮性變域形階禾段）撓：pcr＜p＜pu（圖循中ab段）pcz地基中浴的變形粱不再是婦線形變且化，壓掘力和變杯形之間找成曲線凱關系；隨著筑壓力羊的增嚷加，血地基牛除進情一步覺壓密察外，開在局廳部（閥一般蹦從基炒礎邊著緣開中始）街出現怨了剪慶切破律壞區膛（也暑稱為塑性區）。此段巧范圍卡內的熊基底跡壓力偶稱為瞎塑性兩荷載pcz3.失穩輝階段(完全破監壞階段漆）：p≥pu極限酬荷載pu：地基鋒剛出明現整沾體滑冶裂破瀉壞面匯時的妥基底榆壓力痰。壓力隊繼續綿增加度，地離基變續形將災急劇哀增大西，塑夫性區拔擴大何，形藝成連舉續的潔滑動城面，爺土從煙荷載施板下表擠出皂，在轎地面化隆起億，這禁時地胡基已泉完全廢喪失校穩定停性。pu連續滑洋動面(二)平板載紙荷試驗碎確定地肉基承載倚力由試捐驗結證果可靜繪制p～s關系曲繡線，并辭推斷出黑地基的別極限荷底載與承落載力特龜征值。承載艇力特族征值跳由載肉荷試倍驗p～s關系曲線慰確定峽：荷載試驗p～s曲線0spcrpuabcs1p1.當p～s曲線光上有襪比例諷界限找時，惜取該柿比例柱界限凱所對浩應的像荷載耽值；2.當極賭限荷臂載小惕于對岸應比窗例界廉限的醉荷載扔值的2倍時（pu≤2pcr），采取極診限荷農載值絕的一畜半；3.當不能捕按上述附要求確硬定時，鳳當壓板嚴面積為0.2濁5～0.5招0m2，可迎取s/b翼=0.藝01～0.0捕15所對府應的石荷載途，但它其值北不應悔大于幅最大眨加載卷量的算一半響；4.同一由土層耽實驗駁不應羞少于技三點伯，當撞試驗棚實測炭值的喘極差輕不超種過其治平均硬值的30壤%時，取蘭此平均炊值作為襯該土層貫的地基勁承載澇力特遮征值fak。二、氧理論貪公式自確定蠶地基便承載痕力塑性區鏈范圍不拘超過一系定限度災，可采消用一定梁深度的海塑性區員的基底銅壓力pcz作為地藥基承載臺力特征姿值。當荷載存偏心距e≤0.銀33倍基缸礎底蒜面寬乖度時墳，通贏過抗碧剪強放度指塊標計孕算地論基土旗承載潑力特快征值糟。fa—地基迎承載掙力特杯征值重（kP樂a）；γ—基礎叨底面跌以下嚼土的遞重度編，地比下水壺位以抹下取有效前重度右（kN／m3）；γm—基礎底偵面以上哨土的加臥權平均律重度，暫地下水位以線下取有蓄效重度毯（kN／m3）；Mb、Md、Mc—承載由力系蛙數，飲按表4-公1確定棟；b—基底階寬度稅（m），當黑基底寬輝度大于6m按6m考慮，取對于饅砂土嚷小于3m時按3m考慮緩；ck—基底某下一慮倍基款礎底負面短糧邊寬證深度艱內土尋的粘聚力標認準值（kPa）。三、確錦定地基割承載力采的其它建方法（一殲）其林它試墾驗方香法確傾定地頃基承敲載力上述緣瑞載荷頃試驗觀只能倘用來完測定百淺層嶺土的辰承載編力，萍如須果需澆要測歷定的墨土層扶位于育地下朝水位撕以下旨或位素于比圍較深頁的地繡方，貼應采積用如膀下載之荷試垃驗的護方法猴：深層刻平板朗載荷矮試驗避、旁荷壓試聞驗和躁螺旋崇壓板縮慧載荷習試驗，適榜用于奶地下福水位穗以下婆的土括層和扯埋藏炸很深先的土順層，鄉豐是較砍理想蓋的原鈴位測蕉定地興基承謊載力還的方穗法。1.間接原手位測試坦的方法靜力瞎觸探睜試驗第和標釀準貫化入試軌驗與紙載荷遇試驗潮結果自對比務分析繳，建神立經乞驗關丟系，睡間接食確定農地基承載力比。2.規范推戒薦的地決基承載澡力表應注繳意這神些承薄載力少表的欺局限昆性。章新版后本的《建筑地渾基基礎梯設計規疤范》GB休500赴07—20竊02已將所不有的承讓載力表刺取消，橋可以在籮本地區氧得到驗容證的條籠件下，悔作為一警種推薦牲性的經港驗方法膠使用。（二）宵經驗方凱法確定戒地基承堪載力四、地降基承載灰力特征討值的修氏正當基礎財寬度大交于3m或埋圾置深知度大奏于0.5壺m時，從鑰載荷試催驗或其扎它原位狠測試、辮經驗值誤等方法違確定的鐮地基承乳載力特橡征值，望尚應按半下式修歸正：式中fa—修正房誠后的相地基越承載條力特置征值休（kP恢a）；fak—地基承鵝載力特熟征值（kPa）；γ—基礎劇底面松以下曉土的譯重度盜，地戚下水幣位以堪下取有效損重度（kN／m3）；γm—基底鞋以上懸土的妹加權裂平均跑重度釋，地股下水皮位以下取有刺效重度體（kN／m3）；b—基底切寬度(m)，小于3m時按3m取值，通大于6m按6m取值絞；ηb、ηd—基礎寬斃度和埋貿深的地到基承載跑力修正澡系數，按方基底下醬土的類字別取值梁；d—基礎埋抗置深度炕（m）,一般自槳室外地智面標高賢算起。來在填器方整伍平地獨區，螞可自仰填土籌地面筒標高湯算起，但告填土在廳上部結綠構施工幕后完成安時，應倘從天然晃地面彎標高誘算起處。對尖于地或下室