罗长高速公路滑坡塌方
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
滑坡失稳示意图
滑裂面
边坡
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
3. 地基的破坏 1911年动工 1913年完工 谷仓自重20000吨 1913年10月17日发现 1小时内竖向沉降达 30.5厘米，结构物向 西倾斜，并在24小时 内倾倒，谷仓西端下 沉7.32米，东端上抬 1.52米。 原因：地基承载力不 够，超载引发强度破 坏而产生滑动。
p
圆心：
p ( x z ) / 2
半径： r 大主应力： 小主应力:
( x z ) / 2
2
2 xz
1 p r
3 p r
• 莫尔圆：单元的应力状态 • 圆上点：一个面上的与 • 莫尔圆转角2：作用面转角
应力莫尔圆
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力

无粘性土
3 1tg 2 ( 45 ) 2 1 3 tg 2 ( 45 ) 2
莫尔-库仑强度理论的破坏准则
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力

根据极限平衡条件可以用来判别一点土体是否 已发生剪切破坏
确定土单元体的应力状态（x，z，xz） 计算主应力1, 3： 判别是否剪
切破坏：
1, 3 x z z 2 2 ( x ) 4 xz 2 2
• 由3 1f，比较1和1f • 由1 3f，比较3和3f
• 由1 , 3 m，比较和m
土单元是否破坏的判别
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
方法一： 由3 1f，比较1和 1f 2
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
P
T
剪切面 T
工程地质及土力学
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
P
T
剪切面 T
工程地质及土力学
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
P
T
剪切面 T
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第七章 土的抗剪强度与地基承载力
P
T
剪切面 T
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第七章 土的抗剪强度与地基承载力
极限平衡应力状态：当一面上的应力状态达到=f 土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切
线

切点=破坏面
f c tg

极限平衡应力状态
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力


f
① 强度包线以下：任何一个面 上的一对应力与都没有达 到破坏包线，不破坏 ② 与破坏包线相切：有一个面 上的应力达到破坏
剪切破坏面的位置
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
7.2土的抗剪强度指标及测试
室内试验： • 直剪试验 • 三轴试验等

重塑土制样或现场取样 缺点：扰动 优点：应力和边界条件 清楚，易重复
野外试验： • 十字板扭剪试验 • 旁压试验等


缺点：应力和边界条 件不易掌握
加拿大特朗斯康谷仓
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3. 地基的破坏
p
滑裂面
地基
工程地质及土力学
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
莫尔-库仑强度理论
库仑
（C. A. Coulomb） (1736-1806)
法国军事工程师，在摩 擦、电磁方面做出了奠 基性的贡献。1773年发 表了关于土压力方面论 文，成为土压力的经典 理论
2015年11月
工程地质及土力学
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
7.1 莫尔-库仑抗剪强度理论
7.2 土的抗剪强度指标及测试
7.3 土的抗剪强度性质
7.4 浅基础地基承载力 7.5 按规范确定地基承载力
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
7.1莫尔-库仑抗剪强度理论 抗剪阻力：土体具有抵抗剪切的潜在能力。 土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。
1. 碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间 相互作用—主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘 聚力与摩擦力； 2. 三相体系：三相承受与传递荷载—有效应力原理； 3. 自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。
工程地质及土力学
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
工程中的强度问题
1. 挡土结构物的破坏 美国某桥头挡土墙破坏（2003年9月10日）
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
二、工程中土体的破坏类型 1. 挡土结构物的破坏
滑裂面
挡土墙
基坑支护
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第七章 土的抗剪强度与地基承载力
2. 各种类型的滑坡
地震引发的滑坡
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
工程地质及土力学
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
2. 各种类型的滑坡
f
1

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第七章 土的抗剪强度与地基承载力
土单元是否破坏的判别
方法三： 由1 , 3 m，比较和m
1 3 sin m 1 3 2c ctg

处于极限平衡状态 所需的内摩擦角

f=c+tg


m< 安全状态
m= 极限平衡状态 （破坏）
f c tan
对无粘性土通常认为，粘聚力C=0
土的抗剪强度指标
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土的抗剪强度机理 摩擦强度：决定于剪切面上的正应力σ和土的内摩擦角 包括如下两个 组成部分 ：
滑动摩擦角 u
粗粉 细砂 中砂 粗砂
30
滑动摩擦 滑动摩擦


③ 与破坏包线相交：有一些平 面上的应力超过强度
不可能发生
应力莫尔圆与强度包线
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
1. 土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面 上作用的法向应力的单值函数, f=f() （莫尔：1900年） 2. 在一定的应力范围内，可以用线性函数近似 f=c+tg 3. 某土单元的任一个平面上=f ，该单元就达 到了极限平衡应力状态

密度 粒径级配
颗粒的矿物成分
粒径的形状 粘土颗粒表面的吸附水膜
摩擦强度
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细粒土：粘聚力c取决于土粒间的各种物理化学作用力

作用机理：库伦力（静电力）、范德华力、 胶结作用力和毛细力等 影响因素：地质历史、粘土颗粒矿物成分、 密度与离子浓度
1f 3 tg ( 45 ) 2c tg ( 45 ) 2 2


f=c+tg

1= 1f 极限平衡状态 （破坏） 1< 1f 安全状态 1>1f 不可能状态 （破坏）
c O 3
1f

土单元是否破坏的判别
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f c tan
c： 粘聚力 ：内摩擦角
c O

抗剪强度指标
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库仑公式：（1776） 砂性土： f tan 黏性土： c tan f
f
黏性土
f c tan

f ：土的抗剪强度
莫尔—库仑强度理论
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
土的极限平衡条件： 处于极限平衡状态时， 1和3之间应满足的关系
( 1 3 ) 2 sin c ctg ( 1 3 ) 2 1 3 1 3 2c ctg
工程地质及土力学
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
广州京光广场基坑塌方
使基坑旁办公室、
民工宿舍和仓库
倒塌，死3人，伤 17人。
工程地质及土力学
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
二、工程中土体的破坏类型 1. 挡土结构物的破坏
工程地质及土力学
第七章 土的抗剪强度与地基承载力
6
挡土结构物的破坏
工程地质及土力学
B B A C 剪切面
A
C
• 是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用 • 当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A 必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处 被剪断（C），才能移动 • 土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量
咬合摩擦 咬合摩擦
摩擦强度
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
影响土的摩擦强度的主要因素:
3 1tg 2 ( 45 ) 2c tg ( 45 ) 2 2 1 3 tg 2 ( 45 ) 2c tg ( 45 ) 2 2

1 3 2
c
f=c+tg

3 1 3 c ctg 2
O
1
粗粒土：一般认为是无粘性土，不具有粘聚强度：
当粗间有胶结物质存在时可具有一定的粘聚强度 非饱和砂土，粒间受毛细压力，具有假粘聚力
凝 聚 强 度
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
土的极限平衡条件

z
1
zx xz x
O

r
2
(z,zx)
3 1

(x,xz)
优点：原状土的原位 强度
抗剪强度测定试验
工程地质及土力学 第七章 土的抗剪强度与地基承载力
影响土的抗剪强度的主要因素：
密度（e, 粒径级配（Cu, Cc） 含水量 土体结构的扰动情况 物理化学作用 孔隙水压力的影响 颗粒的矿物成分：对于：砂土>粘性土； 高岭石>伊里石>蒙特石 粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比） 剪切面上的法向应力 应力历史