土力学与基础工程第5章土的抗剪强度及土压力课件.ppt

1、5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论5.3 5.3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验5.4 5.4 砂土的振动液化问题砂土的振动液化问题5.5 5.5 挡土墙的土压力计算挡土墙的土压力计算第第5 5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度及土压力及土压力1地基破坏模式地基破坏模式 a)a)整体剪切破坏整体剪切破坏 b)b)局部剪切破坏局部剪切破坏 c)c)冲剪破坏冲剪破坏1 1）地基强度的意义地基强度的意义5.1 概述概述第第5 5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度及土压力及土压力2 （1）密砂和坚硬粘土地基：整体剪切破坏，但当基础埋置很深时，会）密砂和坚硬粘土地基：整体

2、剪切破坏，但当基础埋置很深时，会出现冲剪破坏。出现冲剪破坏。（2）松砂和软黏土地基：当加荷速度较慢时，会产生压缩变形而出）松砂和软黏土地基：当加荷速度较慢时，会产生压缩变形而出现冲剪破坏，但当加荷很快时，可能发生整体剪切破坏。现冲剪破坏，但当加荷很快时，可能发生整体剪切破坏。基础埋置深度较大，一般为基础埋置深度较大，一般为局部剪切破坏。局部剪切破坏。地基破坏模式判断：地基破坏模式判断：为工程安全可靠，要求地基同时满足下列两个条件：为工程安全可靠，要求地基同时满足下列两个条件：（1 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）地基变形条件。包括地基的沉降量、沉降差、倾斜与局部倾斜

3、都不超过相关规范规定的地基变形允许值。都不超过相关规范规定的地基变形允许值。已在第已在第4章阐述。章阐述。（2 2）地基强度条件。在上部荷载作用下，确保地基的稳定性，不发）地基强度条件。在上部荷载作用下，确保地基的稳定性，不发生地基剪切或滑动破坏。生地基剪切或滑动破坏。剪切破坏是土体强度破坏的主要形式，土的强度问题实质上就是土剪切破坏是土体强度破坏的主要形式，土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。的抗剪强度问题。32 2）地基强度的应用地基强度的应用 （1）土作为建筑物地基的承载力问题。）土作为建筑物地基的承载力问题。当上部荷载较小，地基处于压密阶段或地基中塑性变形区很小时，地当上部荷载较小

4、，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。基是稳定的。当上部荷载很大，地基中的塑性变形区越来越大，最后连成一片，则当上部荷载很大，地基中的塑性变形区越来越大，最后连成一片，则地基发生整体滑动（剪切破坏），地基是不稳定的。地基发生整体滑动（剪切破坏），地基是不稳定的。太沙基课题太沙基课题 （2）土作为材料构成的土工构筑物的稳定性问题。）土作为材料构成的土工构筑物的稳定性问题。天然构筑物。为自然界天然形成的山坡、河岸、海滨等。天然构筑物。为自然界天然形成的山坡、河岸、海滨等。人工构筑物。人类活动造成的构筑物，如土坝、路基、基坑等。（人工构筑物。人类活动造成的构筑物，如土坝、路基、基

5、坑等。（3）土作为工程构筑物的环境的问题，即土压力问题。）土作为工程构筑物的环境的问题，即土压力问题。若边坡较陡不能保持稳定或场地不容许采用平缓边坡时，可以修筑挡若边坡较陡不能保持稳定或场地不容许采用平缓边坡时，可以修筑挡土墙来保持力的平衡，如挡土墙、地下结构等。土墙来保持力的平衡，如挡土墙、地下结构等。4土的抗剪强度：土的抗剪强度：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。5p 主动土压力作用主动土压力作用p 边坡不稳定边坡不稳定p 地基承载力不足地基承载力不足p 挡土结构物破坏挡土结构物破坏p 各种类型的滑坡各种类型的滑坡p 地基的破坏地基的破坏 核心核心65.2.1 5.2

6、.1 抗剪强度的库仑定律抗剪强度的库仑定律砂土砂土tanf黏性土黏性土 tanf c5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 库仑（库仑（CoulombCoulomb）通过土的抗剪强度实验，于）通过土的抗剪强度实验，于17761776年提年提出了土的抗剪强度定律：出了土的抗剪强度定律：7a a）无黏性土无黏性土 b b）黏性土黏性土 抗剪强度与法向应力之间的关系抗剪强度与法向应力之间的关系 黏性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是摩擦力，另一部分是土粒黏性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是摩擦力，另一部分是土粒间的粘聚力，它是由土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。间的粘聚力，

7、它是由土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。8 太沙基（太沙基（TerzaghiTerzaghi）有效应力概念，土体内剪应力仅能由土骨架承担。）有效应力概念，土体内剪应力仅能由土骨架承担。ctantanff 试验表明：土的抗剪强度取决于土粒间的有效应力，然而，由库仑公试验表明：土的抗剪强度取决于土粒间的有效应力，然而，由库仑公式建立的概念在应用上比较方便，被应用于许多土工问题的分析方法中。式建立的概念在应用上比较方便，被应用于许多土工问题的分析方法中。土的抗剪强度定律的有效应力表达式：土的抗剪强度定律的有效应力表达式：90f=c+tanfc=f()f5.2.2 莫尔莫尔-库仑强度理论

8、库仑强度理论)(ff 由库仑公式表示莫尔破坏包线的强度理论，称为莫由库仑公式表示莫尔破坏包线的强度理论，称为莫尔一库仑强度理论。尔一库仑强度理论。105.2.2 5.2.2 土的极限平衡条件土的极限平衡条件 当土体中任意一点在某一平面上发生剪切破坏时，该点即处于极限平当土体中任意一点在某一平面上发生剪切破坏时，该点即处于极限平衡状态，根据莫尔一库伦强度理论，可得到土体中一点的剪切破坏条件。衡状态，根据莫尔一库伦强度理论，可得到土体中一点的剪切破坏条件。2sin)(212cos)(21)(2131313111莫尔圆与抗剪强度之间的关系莫尔圆与抗剪强度之间的关系 圆圆I I：圆圆：ff圆圆：f莫尔

9、圆位于抗剪强度包线下方，不会发生剪切破坏。莫尔圆位于抗剪强度包线下方，不会发生剪切破坏。剪应力正好等于抗剪强度，该点处于极限平衡状态。剪应力正好等于抗剪强度，该点处于极限平衡状态。该点早已破坏。该点早已破坏。122)(cot2)(sin3131cRDAD推导出黏性土的极限平衡条件计算公式：推导出黏性土的极限平衡条件计算公式：13sin21cot213131c化简并通过三角函数间的变换关系，可得到极限平衡条件为：化简并通过三角函数间的变换关系，可得到极限平衡条件为：)2/45tan(2)2/45(tan23f1c)2/45tan(2)2/45(tan21f3c或或 对于无黏性土（对于无黏性土（c

10、=0 ），则其极限平衡条件为：），则其极限平衡条件为：)2/45(tan23f1)2/45(tan21f3由直角三角形由直角三角形ARD 外角与内角的关系可得：外角与内角的关系可得：（5-7a5-7a）（5-7b5-7b）（5-7c5-7c）（5-7d5-7d）（5-85-8）14几点结论：几点结论：15165.1 5.1 概述概述本次课小结：本次课小结：1 1、地基强度的意义、地基强度的意义（1 1）整体剪切破坏）整体剪切破坏 （2 2）局部剪切破坏）局部剪切破坏 （3 3）冲剪破坏）冲剪破坏 2 2、地基强度的应用地基强度的应用1 1、抗剪强度的库仑定律、抗剪强度的库仑定律2 2、土的极限

11、平衡条件、土的极限平衡条件245f5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论)2/45tan(2)2/45(tan23f1c)2/45tan(2)2/45(tan21f3c17 一、室内试验一、室内试验 二、野外试验二、野外试验 直剪试验、三轴试验等直剪试验、三轴试验等 制样（重塑土）或现场取样制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验原位试验 缺点：应力条件不易掌握缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度优点：原状土的原位强度 5.3 5.3 土的抗剪强度试验土

12、的抗剪强度试验18直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者是等速推动直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者是等速推动试样产生位移，测定相应的剪应力，后者则是对试件分级施加水平剪试样产生位移，测定相应的剪应力，后者则是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移应力测定相应的位移。我国普遍采用的是应变控制式直剪仪。我国普遍采用的是应变控制式直剪仪。1 1轮轴；轮轴；2 2底座；底座；3 3透水石；透水石；4 4量表；量表；5 5活塞；活塞；6 6上盒；上盒；7 7土样；土样；8 8量表；量表；9 9量力环；量力环；1010下盒下盒5.3.1 5.3.1 直接剪切试验直接剪切试验19应变控

13、制式直剪仪的试验原理应变控制式直剪仪的试验原理20应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪21 在不同的垂直压力在不同的垂直压力 下进行剪切试验，得相应下进行剪切试验，得相应的抗剪强度的抗剪强度f ，绘制绘制f-曲线，得该土的抗剪曲线，得该土的抗剪强度包线强度包线APATf22a a）剪应力）剪应力与剪切位移与剪切位移之间关系之间关系 b b）粘性土试验结果）粘性土试验结果 对同一种土至少取对同一种土至少取4 4个重度和含水量相同的试样，分别在不同法向压力个重度和含水量相同的试样，分别在不同法向压力 下剪切破坏，一般可取垂直压力为下剪切破坏，一般可取垂直压力为100100、200200、300300、

14、400kPa400kPa。23直剪试验的剪切位移及剪应力计算公式如下：直剪试验的剪切位移及剪应力计算公式如下：RnlL10)/(0ARCPSTA24在直剪试验过程中，根据加荷速率的快慢可将试验划分为在直剪试验过程中，根据加荷速率的快慢可将试验划分为:快剪；固结快剪；慢剪快剪；固结快剪；慢剪三种。三种。251）试验装置）试验装置2）试验结果）试验结果 因只能作出一个应力圆，当因只能作出一个应力圆，当仅为测定饱和粘性土的不排水仅为测定饱和粘性土的不排水抗剪强度时：抗剪强度时：2fuuqC 1 1 百分表；百分表；2 2 试样；试样；3 3 升降螺杆升降螺杆4 4 量力环；量力环；5 5 加压框架；

15、加压框架；6 6 手轮手轮5.3.2 5.3.2 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验26ququ 3=0无侧限压缩仪无侧限压缩仪27 利用无侧限抗压强度试验可以测定饱和粘性土的灵敏度利用无侧限抗压强度试验可以测定饱和粘性土的灵敏度S St t。0ut/qqS 28p 主机系统主机系统p 稳压调压系统稳压调压系统p 量测系统量测系统 孔压传感器孔压传感器体变管体变管轴向位移量测轴向位移量测轴向力量测轴向力量测压力泵压力泵调压阀调压阀压力表压力表压力室压力室压力室底座压力室底座主机马达主机马达主机框架主机框架离合器离合器常规三轴试验仪常规三轴试验仪:5.3.3 5.3.3 三轴压缩试三轴压缩试验

16、验291 1-调压筒；调压筒；2 2一周围压力表；一周围压力表；3 3一体变管；一体变管；4 4一排水管；一排水管；5 5一周围压力阀；一周围压力阀；6 6一排水阀；一排水阀；7 7一变形量表；一变形量表；8 8一量力环；一量力环；9 9一排气孔；一排气孔；1010一轴向加压设备；一轴向加压设备；1111一试样；一试样；1212一压力室；一压力室；1313一孔隙压力阀；一孔隙压力阀；1414一离合器；一离合器；1515一手轮；一手轮；1616一量管阀；一量管阀；1717一零位指示器；一零位指示器；1818一孔隙水压力表；一孔隙水压力表；1919一量管一量管30试样试样压力室压力水排水管阀门轴向

17、加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力体积应变或孔压体积应变或孔压横梁量力环百分表量测体变或孔压量测体变或孔压3 3 13 3 常规三轴试验方法：常规三轴试验方法：31类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力三轴压缩试验三种试验方法：三轴压缩试验三种试验方法：三轴试验优点：三轴试验优点：能够控制排水条件，可量测土样中孔隙水压力的变化。能够控制排水条件，可量测土样中孔隙水压力的变化。三轴试验中试件的应力状

18、态明确，剪切破坏时的破裂面在试件的最弱处，三轴试验中试件的应力状态明确，剪切破坏时的破裂面在试件的最弱处，不像直接剪切仪那样限定在上下盒之间。不像直接剪切仪那样限定在上下盒之间。三轴压缩仪还可用以测定土的弹性模量等三轴压缩仪还可用以测定土的弹性模量等其他力学性质其他力学性质。常规三轴压缩试验的主要缺点：常规三轴压缩试验的主要缺点：试样所受的力是轴对称的，也即试件试样所受的力是轴对称的，也即试件所受的三个主应力中，有两个是相等的，但在工程际中土体的受力情况并所受的三个主应力中，有两个是相等的，但在工程际中土体的受力情况并非轴对称的情况。非轴对称的情况。真三轴仪可在不同三个主应力（真三轴仪可在不同

19、三个主应力（）作用下进行试验。）作用下进行试验。32132三轴试验莫尔破坏强度包线三轴试验莫尔破坏强度包线 三轴压缩试验强度包线三轴压缩试验强度包线 33【解】【解】采用有效应力法采用有效应力法 34 英国英国A.W.斯肯普顿斯肯普顿（Skempton，1954）首先提出孔隙压力系数的概念，）首先提出孔隙压力系数的概念，用以表示孔隙水压力的发展和变化，他认为土中的孔隙水压力不仅是由于用以表示孔隙水压力的发展和变化，他认为土中的孔隙水压力不仅是由于法向应力产生，而且剪应力的作用也会产生新的孔隙水压力增量。法向应力产生，而且剪应力的作用也会产生新的孔隙水压力增量。根据根据三轴试验三轴试验结果，引用

20、孔隙压力系数结果，引用孔隙压力系数A和和B，建立了轴对称应力状态，建立了轴对称应力状态下土中孔隙压力与大、小主应力之间的关系。下土中孔隙压力与大、小主应力之间的关系。地基中初始孔隙水压力计算地基中初始孔隙水压力计算5.3.4 5.3.4 孔隙压力系数孔隙压力系数A A 和和 B B35令孔隙水压力参数：令孔隙水压力参数：31uB)(312uABM点的孔隙水压力：点的孔隙水压力：)(313ABBu)(313ABBu全量表达式：全量表达式：式中式中 A A、B B分别为不同应力条件下的孔隙压力系数。分别为不同应力条件下的孔隙压力系数。36 孔隙水压力参数孔隙水压力参数B 与土的饱和度有关，当土完全

21、饱和时，孔隙中的水是与土的饱和度有关，当土完全饱和时，孔隙中的水是不可压缩的，不可压缩的，B1；当土是干燥时，；当土是干燥时，B=0，B的变化范围在的变化范围在01之间。之间。孔隙水压力参数孔隙水压力参数A A 表示在偏应力增量作用下的孔隙水压力参数，它随偏表示在偏应力增量作用下的孔隙水压力参数，它随偏应力增加呈非线性变化，高压缩性土的应力增加呈非线性变化，高压缩性土的 A A 值比较大。可参考表中的数值。值比较大。可参考表中的数值。对于对于A值值很高的土，应特别注意由于扰动或其他因素引发很高的孔隙水很高的土，应特别注意由于扰动或其他因素引发很高的孔隙水压力而造成工程事故。压力而造成工程事故。

22、f31ff)(uA土体在剪损时的孔隙水压力参数土体在剪损时的孔隙水压力参数A Af：37381 1）适用土质条件）适用土质条件软弱粘性土、取原状土困难的条件软弱粘性土、取原状土困难的条件2 2）试验设备）试验设备3 3）试验方法）试验方法 设土体剪切破坏时所施加的扭矩为设土体剪切破坏时所施加的扭矩为M M maxmax，则它应该与剪切破坏圆柱，则它应该与剪切破坏圆柱面（包括侧面和上、下面）上土的抗剪强度所产生的抵抗力矩相等。面（包括侧面和上、下面）上土的抗剪强度所产生的抵抗力矩相等。H32/01622DdrrrMDH十字板剪切试验：十字板剪切试验：39V2V222HDDDHMV2H321max

23、26HDDMMM )3/(22maxfDHDM（5-135-13）402/ufq 十字板剪切试验直接在现场进行试验，不必取土样，故土体所受的扰十字板剪切试验直接在现场进行试验，不必取土样，故土体所受的扰动较小，被认为是比较能反映土体原位强度的测试方法，在软弱粘性土的动较小，被认为是比较能反映土体原位强度的测试方法，在软弱粘性土的工程勘察中得到了广泛应用。工程勘察中得到了广泛应用。但如果在软土层中夹有薄层粉砂，测试结果可能失真或偏高。但如果在软土层中夹有薄层粉砂，测试结果可能失真或偏高。415.3.5 试验方法与强度指标的选用试验方法与强度指标的选用 当土中的孔隙水压力能通过实验、计算或其他方法

24、加以当土中的孔隙水压力能通过实验、计算或其他方法加以确定时，宜采用有效应力法。有效应力强度可用直剪的慢剪、确定时，宜采用有效应力法。有效应力强度可用直剪的慢剪、三轴排水剪和三轴固结不排水剪（测孔隙水压力）等方法。三轴排水剪和三轴固结不排水剪（测孔隙水压力）等方法。若建筑物施工速度较快，而地基土的渗透性较小和排水若建筑物施工速度较快，而地基土的渗透性较小和排水条件不良时，可采用三轴仪不固结不排水试验或直剪仪快剪条件不良时，可采用三轴仪不固结不排水试验或直剪仪快剪试验；如果地基荷载增长速率较慢，地基土的渗透性不太小、试验；如果地基荷载增长速率较慢，地基土的渗透性不太小、排水条件较佳时，可采用固结排

25、水或慢剪试验。排水条件较佳时，可采用固结排水或慢剪试验。直剪试验设备构造简单，操作方便，比较普及。直剪试验设备构造简单，操作方便，比较普及。42 为分析应力变化过程对土的抗剪强度的影响，在应力图中用应力点的为分析应力变化过程对土的抗剪强度的影响，在应力图中用应力点的移动轨迹来描述土体在加荷过程中的应力状态的变化，这种应力点的移移动轨迹来描述土体在加荷过程中的应力状态的变化，这种应力点的移动轨迹称为动轨迹称为应力路径。应力路径。5.3.6 5.3.6 应力路径的概应力路径的概念念43三轴固结不排水试验的应力路径三轴固结不排水试验的应力路径 44本次课小结：本次课小结：5.3 5.3 土的抗剪强度

26、试验土的抗剪强度试验5.3.1 5.3.1 直接剪切试验直接剪切试验5.3.2 5.3.2 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验5.3.3 5.3.3 三轴压缩试验三轴压缩试验5.3.4 5.3.4 孔隙压力系数孔隙压力系数A A和和B B5.3.5 5.3.5 试验方法与强度指标的选用试验方法与强度指标的选用5.3.6 5.3.6 应力路径的概念应力路径的概念45tsindod 3 3 1 1静力固结静力固结 动载试验动载试验 典型试验结果典型试验结果 dN动应变动应变 Kc1 dN动应变动应变Kc=1uN孔压孔压 dN动荷载动荷载 3 3 1 1固结比固结比Kc=1/3动三轴试验动三轴试验

27、:在动荷载作用下，土的强度和变形特性都将受到影响。动荷载作用在动荷载作用下，土的强度和变形特性都将受到影响。动荷载作用对土体产生的影响有：对土体产生的影响有：土的强度降低；土的强度降低；地基产生附加沉降；地基产生附加沉降；砂土与粉土的液化；砂土与粉土的液化；粘性土产生蠕变。粘性土产生蠕变。5.4 5.4 砂土振动液化问题砂土振动液化问题5.4.1 5.4.1 砂土振动液化的现象砂土振动液化的现象46时间时间 T T孔压孔压u uF饱和松砂在振动情况饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高下孔压急剧升高F在瞬间砂土呈液态在瞬间砂土呈液态振动台振动台松砂松砂 饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高，在瞬间砂土就

28、呈液态，使地饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高，在瞬间砂土就呈液态，使地基承载力丧失或减弱，这种现象一般称为砂土液化或地基土液化。基承载力丧失或减弱，这种现象一般称为砂土液化或地基土液化。5.4.1 5.4.1 砂土振动液化的现象砂土振动液化的现象47（1 1）初始处于疏松状态）初始处于疏松状态（3 3）振后处于密实状态）振后处于密实状态（2 2）振动过程中处于悬浮状态）振动过程中处于悬浮状态 -孔压升高（液化）孔压升高（液化）液化定义：液化定义：在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬浮，超静孔隙水压在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬浮，超静孔隙水压力急剧升高，直到其孔隙水压力等于总应力时，有效应力

29、为零，砂土力急剧升高，直到其孔隙水压力等于总应力时，有效应力为零，砂土的强度丧失，砂土呈液体流动状态，称为液化现象。的强度丧失，砂土呈液体流动状态，称为液化现象。48振前松砂振前松砂的结构的结构振中颗粒悬浮，振中颗粒悬浮，有效应力为零有效应力为零振后砂土振后砂土变密实变密实排出的剩排出的剩余孔隙水余孔隙水5.4.2 5.4.2 砂土的振动液化机理及影响因素砂土的振动液化机理及影响因素1）砂土的振动液化机理）砂土的振动液化机理49 （1 1）在振动（地震）作用前。）在振动（地震）作用前。土中应力由土颗粒组成的土骨架所承担，土中应力由土颗粒组成的土骨架所承担，饱和松砂层中的颗粒处于相对稳定位置。饱

30、和松砂层中的颗粒处于相对稳定位置。（2 2）当振动（地震）作用时。）当振动（地震）作用时。足够大的振动惯性力使砂土颗粒离开原足够大的振动惯性力使砂土颗粒离开原来的稳定位置而开始运动，力图达到新的稳定位置，将使砂土趋于密实。来的稳定位置而开始运动，力图达到新的稳定位置，将使砂土趋于密实。对于饱和砂土，由于地震作用时间非常短（几十秒钟），受挤压的孔隙对于饱和砂土，由于地震作用时间非常短（几十秒钟），受挤压的孔隙水来不急排出，导致孔隙水压力的急剧上升。水来不急排出，导致孔隙水压力的急剧上升。根据有效应力原理，根据有效应力原理，当上升的水压力达到土中原先由土骨架承担并传当上升的水压力达到土中原先由土骨

31、架承担并传递的全部有效应力时，土体中的有效应力为零，土粒处于悬浮状态，其抗递的全部有效应力时，土体中的有效应力为零，土粒处于悬浮状态，其抗剪强度为零，成为液化土。剪强度为零，成为液化土。（3 3）在振动（地震）作用后。）在振动（地震）作用后。随孔隙水的逐渐排出，孔隙水应力随之随孔隙水的逐渐排出，孔隙水应力随之下降并消散，砂土颗粒之间的有效应力逐渐增大，颗粒又重新接触并开始下降并消散，砂土颗粒之间的有效应力逐渐增大，颗粒又重新接触并开始传递应力，组成新的骨架。砂土又达到稳定状态。传递应力，组成新的骨架。砂土又达到稳定状态。此时砂土已被压缩，与振动荷载作用前相比，更为密实了。此时砂土已被压缩，与振

32、动荷载作用前相比，更为密实了。50松砂层松砂层地下水位地下水位地震荷载地震荷载建筑建筑物物喷喷 砂砂地面下沉地面下沉喷砂喷砂遗井遗井排出的剩排出的剩余孔隙水余孔隙水地震前地震前 液化时液化时 液化后液化后 液化危害液化危害:51日本阪神地震引起的路面塌日本阪神地震引起的路面塌陷陷52由于液化引起的河道破坏由于液化引起的河道破坏日本神户日本神户53桩基础（房屋基础露出地面）桩基础（房屋基础露出地面）54 （1 1）内因方面。土的类别、土的初始密实度、土的饱和度等对砂土）内因方面。土的类别、土的初始密实度、土的饱和度等对砂土的振动液化影响很大。的振动液化影响很大。粉细砂、粉土较粗砂易发生液化；不均

33、匀系数小的砂土较易发生液化。粉细砂、粉土较粗砂易发生液化；不均匀系数小的砂土较易发生液化。粘性土因有粘聚力作用，很难发生液化。粘性土因有粘聚力作用，很难发生液化。一般平均粒径小于一般平均粒径小于2mm2mm，粘粒含量低于，粘粒含量低于10%15%10%15%，塑性指数低于，塑性指数低于7 7 的的饱和土在振动作用下，易发生液化。饱和土在振动作用下，易发生液化。2 2）影响砂土液化的主要因素影响砂土液化的主要因素土的初始密实度越大，越不容易发生振动液化。土的初始密实度越大，越不容易发生振动液化。19641964年日本新泻地震，相对密实度年日本新泻地震，相对密实度Dr0.7 的土没有发生液化，而相

34、对的土没有发生液化，而相对密实度密实度Dr=0.5Dr=0.5 的土普遍发生了液化。的土普遍发生了液化。（2 2）外因方面。）外因方面。土的初始应力状态、往复应力（地震）强度与作用持土的初始应力状态、往复应力（地震）强度与作用持续时间、地下水位的变化等对砂土的振动液化都有影响。续时间、地下水位的变化等对砂土的振动液化都有影响。555.4.3 5.4.3 砂土液化的可能性判别砂土液化的可能性判别 液化可分液化可分“两步判别两步判别”，即初步判断和标准贯入试验判断。，即初步判断和标准贯入试验判断。1 1）初步判别）初步判别 饱和的砂土或粉土，当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或饱和的砂土或粉

35、土，当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或不考虑液化影响：不考虑液化影响：1 1）第四纪晚更新世（）第四纪晚更新世（Q Q3 3）及其以前时，且设防烈度为）及其以前时，且设防烈度为7 7、8 8度时。度时。2 2）粉土的粘粒（粒径小于）粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率的颗粒）含量百分率c（），当（），当烈度为烈度为7 7度、度、8 8度、度、9 9度是分别大于度是分别大于1010、1313、1616时。时。3 3）地下水位深度和覆盖非液化土层厚度满足以下各式之一时。）地下水位深度和覆盖非液化土层厚度满足以下各式之一时。3b0w ddd 2b0u ddd 5.425.1b

36、0wudddd562 2）建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范的液化判别方法的液化判别方法cwsddNN31.0)5.16.0ln(0cr573 3）岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范的液化判别方法的液化判别方法5.0csw5.02ss0scr)3)(185.00.1)0133.0(ddddvvs584 4）基于室内试验的计算对比经验判别方法）基于室内试验的计算对比经验判别方法gar/65.0maxvddeq5901rvdeqC5 5）地基的液化等级划分）地基的液化等级划分iiniiilWdNNI1rcE160)20(32sidW)205(sd61【解】【解】（1 1）初步判别）初步判别 wb017

37、3ddd0uduwb015.115.425.1dddd均不满足不液化条件，需进一步判别。均不满足不液化条件，需进一步判别。62（2 2）标准贯入试验判别：）标准贯入试验判别：63645.4.4 5.4.4 抗液化的工程措施抗液化的工程措施 可采用桩基、深基础、土层加密法或挖除全部液化土层等措施。可采用桩基、深基础、土层加密法或挖除全部液化土层等措施。对深基础，基础底面埋入液化深度以下稳定土层中的深度对深基础，基础底面埋入液化深度以下稳定土层中的深度0.5m。采用加密方法（如振动加密、强夯等）对可液化地基进行加固。采用加密方法（如振动加密、强夯等）对可液化地基进行加固。当直接位于基底下的可液化土

38、层较薄时，可采用全部挖除液化土层，当直接位于基底下的可液化土层较薄时，可采用全部挖除液化土层，然后分层会填非液化土。然后分层会填非液化土。在采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外处理宽度，应超过基在采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外处理宽度，应超过基础底面下处理深度础底面下处理深度1/2，且不小于处理宽度，且不小于处理宽度1/5。1 1）全部消除地基液化沉陷工程措施）全部消除地基液化沉陷工程措施652 2）部分消除液化地基沉陷工程措施）部分消除液化地基沉陷工程措施 处理深度应使处理后地基液化指数减少，当判别深度为处理深度应使处理后地基液化指数减少，当判别深度为15m15m时，其时，其值

39、不宜大于值不宜大于4 4，当判别深度为，当判别深度为20m20m时，其值不宜大于时，其值不宜大于5 5；对于独立基础和条；对于独立基础和条形基础，尚不应小于基础底面下液化土特征深度和基础宽度的较大值。形基础，尚不应小于基础底面下液化土特征深度和基础宽度的较大值。采用振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小采用振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数临界值。于液化判别标准贯入锤击数临界值。基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面处理深度的基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面处理深度的1/21/2，且不，且不小于基础宽度的小于基础宽度的1/51/5。

40、3 3）减轻液化影响的基础和上部结构处理的综合措施）减轻液化影响的基础和上部结构处理的综合措施 选择合适的基础埋置深度；调整基础底面积，减少基础偏心。选择合适的基础埋置深度；调整基础底面积，减少基础偏心。加强基础的整体性和刚度，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土交叉条加强基础的整体性和刚度，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土交叉条形基础，加设基础圈梁等。形基础，加设基础圈梁等。减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用不均匀沉降敏感的结构形式。缝，避免采用不均匀沉降敏感的结构形式。管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接

41、头等。管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。66本次课小结：本次课小结：1.1.砂土振动液化的现象砂土振动液化的现象2.2.砂土的振动液化机理砂土的振动液化机理3.3.影响砂土液化的主要因素影响砂土液化的主要因素4.4.砂土液化的可能性判别砂土液化的可能性判别5.5.抗液化的工程措施抗液化的工程措施5.4 5.4 砂土振动液化问题砂土振动液化问题675.5.1 5.5.1 土压力的种类和影响因素土压力的种类和影响因素墙身位移与土压力的关系墙身位移与土压力的关系 5.5 5.5 挡土墙的土压力计算挡土墙的土压力计算1 1）土压力试验）土压力试验68（3）被动土压力）被动土压力（Passi

42、ve earth pressure)（1）静止土压力）静止土压力（Earth pressure at rest)（2）主动土压力）主动土压力（Active earth pressure)岩石拱桥桥台拱桥桥台2 2）土压力种类）土压力种类69 （1 1）挡土墙的位移）挡土墙的位移 墙体方向和位移量大小决定着所产生的土压力的大小。墙体方向和位移量大小决定着所产生的土压力的大小。其它条件相同，挡土墙的移动方向相反，土压力的数值相差可达其它条件相同，挡土墙的移动方向相反，土压力的数值相差可达2020倍。倍。（2 2）挡土墙类型）挡土墙类型 挡土墙的剖面形状，包括墙背为竖值还是倾斜、光滑还是粗糙，都关挡

43、土墙的剖面形状，包括墙背为竖值还是倾斜、光滑还是粗糙，都关系采用何种土压力计算理论公式和计算结果。系采用何种土压力计算理论公式和计算结果。挡土墙的材料采用素混凝土或钢筋混凝土，可认为墙背表面光滑，不挡土墙的材料采用素混凝土或钢筋混凝土，可认为墙背表面光滑，不计摩擦力；若是砌石挡土墙，须计入摩擦力。计摩擦力；若是砌石挡土墙，须计入摩擦力。（3 3）填土的性质）填土的性质 填土松密程度填土松密程度(重度重度)、干湿程度（含水率）、土的强度指标（内摩擦、干湿程度（含水率）、土的强度指标（内摩擦角和粘聚力）的大小，以及填土表面的形状（水平、上斜或下斜）等，都角和粘聚力）的大小，以及填土表面的形状（水平

44、、上斜或下斜）等，都将会影响土压力的大小。将会影响土压力的大小。3 3）影响土压力的因素）影响土压力的因素705.5.2 静止土压力计算静止土压力计算 岩基重力式挡土墙，墙自重大，地基坚硬，墙体不会产生位移和转动。岩基重力式挡土墙，墙自重大，地基坚硬，墙体不会产生位移和转动。地下室外墙在楼面和内隔墙的支撑作用下也无位移和转动。地下室外墙在楼面和内隔墙的支撑作用下也无位移和转动。拱座不允许产生位移，故按静止土压力计算。拱座不允许产生位移，故按静止土压力计算。水闸、船闸边墙因为与闸底板连成整体，边墙位移忽略不计，可按静止水闸、船闸边墙因为与闸底板连成整体，边墙位移忽略不计，可按静止土压力计算。土压

45、力计算。1 1）静止土压力产生条件）静止土压力产生条件712 2）静止土压力计算公式）静止土压力计算公式zKe00（1)1)按照经典弹性力学理论计算按照经典弹性力学理论计算1130K72（2)2)半经验公式半经验公式 对于无粘性土及正常固结粘土：对于无粘性土及正常固结粘土：sin10K对于超固结粘性土：对于超固结粘性土：mOCRKK)()()(CN0co0（3 3）经验取值）经验取值 731/3H2 2）总静止土压力）总静止土压力02021KHE 总静止土压力的作用点位于总静止土压力的作用点位于静止土压力三角形分布图形的重静止土压力三角形分布图形的重心，即墙底面以上心，即墙底面以上H/3 H/

46、3 处处。74形心1/3H2n若墙后填土中有地下若墙后填土中有地下水，则计算静止土压水，则计算静止土压力时，水中土的重度力时，水中土的重度应取浮重度。应取浮重度。75静止土压力沿墙背的分布及其合力的作用点位置如图。静止土压力沿墙背的分布及其合力的作用点位置如图。765.5.3 5.5.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论1 1）基本原理）基本原理 朗肯（朗肯（W.J.M RanKineW.J.M RanKine）研究了半无限）研究了半无限土体在自重应力作用下，土体内各点从弹性土体在自重应力作用下，土体内各点从弹性平衡状态发展为极限平衡状态的应力条件，平衡状态发展为极限平衡状态的应力条件，即朗肯土压

47、力理论。即朗肯土压力理论。朗肯土压力理论假设条件：表面水平的朗肯土压力理论假设条件：表面水平的半无限土体，处于极限平衡状态。半无限土体，处于极限平衡状态。朗肯土压力理论适用条件为：朗肯土压力理论适用条件为：挡土墙的墙背垂直、光滑；挡土墙的墙背垂直、光滑；挡土墙墙后填土表面水平。挡土墙墙后填土表面水平。77 a a）计算简图）计算简图 b b）应力状态示意图）应力状态示意图 c c）主动破坏剪切面示意图）主动破坏剪切面示意图zz1x3ae剪切破坏面与大主应力作用面的夹角是剪切破坏面与大主应力作用面的夹角是:2452 2）朗肯主动土压力）朗肯主动土压力（1)1)理论研究理论研究 78（2 2）主动

48、土压力计算公式）主动土压力计算公式)245tan(2)245(tan21x3caaa2KczKe aazKe)2/45(tan2aKa3ez1由由于于则则有有79 a a）无粘性土朗肯主动土压力）无粘性土朗肯主动土压力 b b）粘性土朗肯主动土压力）粘性土朗肯主动土压力aaa2KcHKeaaHKe802aa20aaa2221)(2(21cKcHKHzHKcHKE粘性土粘性土 无粘性土无粘性土 （3 3）总主动土压力）总主动土压力a02Kcza2a21KHE81 1f v=z K0 v 1 345-f f/2ep3 3）朗肯被动土压力）朗肯被动土压力被动极限平衡应力状态被动极限平衡应力状态（1

49、1）理论研究）理论研究 82a a）计算简图）计算简图 b b）应力状态示意图）应力状态示意图 c c）被动破坏剪切面示意图）被动破坏剪切面示意图)245tan(2)245(tan23x1c （2)2)被动土压力强度计算被动土压力强度计算 83ppp2KczKeppzKep1ez3)2/45(tan2pK由于由于则则有有84a a）无粘性土朗肯被动土压力）无粘性土朗肯被动土压力 b b）粘性土朗肯被动土压力）粘性土朗肯被动土压力ppp2KcHKe85（3 3）总被动土压力计算）总被动土压力计算无粘性土无粘性土 p2p21KHE粘性土粘性土 pp2p221KcHKHE 作用点位于被动土压力梯形分

50、布图形的重心。作用点位于被动土压力梯形分布图形的重心。HKHcKHchpp3126作用点位于被动土压力分布图形的重心，墙底面以上作用点位于被动土压力分布图形的重心，墙底面以上H/H/3 3 处。处。86873 3）绘制挡土墙上的主动土压力、被动土压力沿深度分布图。）绘制挡土墙上的主动土压力、被动土压力沿深度分布图。a)a)主动土压力主动土压力 b)b)被动土压力被动土压力88 如果墙背倾斜，具有倾角如果墙背倾斜，具有倾角；墙背粗糙，与填土摩擦角为墙背粗糙，与填土摩擦角为；墙后填土面任意。墙后填土面任意。如何计算挡土墙后的土压力？如何计算挡土墙后的土压力？895.5.4 库仑土压力理论库仑土压力