巖土力學教案：第六章 地基承載力

1、教案表頭第六章 地基承載力課堂教學實踐教學課時5內(nèi)容提要1概述2按極限平衡區(qū)發(fā)展范圍確定地基承載力3按極限荷載確定地基極限承載力4按原位測試成果確定地基承載力5按地基規(guī)范確定地基承載力能力培養(yǎng)要求1了解確定地基承載力的各種理論公式方法2能夠根據(jù)原位試驗和室內(nèi)土工試驗成果確定地基承載力。3能夠按地基規(guī)范確定地基承載力教學形式教師主講、課堂討論、學生講評、提問答疑、工程案例分析等日期班級課室時間90min復習舊課第五章 主要內(nèi)容及反饋信息時間min新課題目概述按極限平衡區(qū)發(fā)展范圍確定地基承載力按極限荷載確定地基極限承載力教學目標1熟悉地基剪切破壞的基本形式及其特點2了解極限平衡區(qū)發(fā)展規(guī)律3理解臨塑

2、荷載及極限荷載的定義4了解確定地基承載力的各種理論公式方法教學輔助資料多媒體課件等教學內(nèi)容設計及安排第一節(jié) 概述【基本內(nèi)容】進行地基基礎設計時，地基必須滿足持力層剪切破壞的形式 PAGE 1地基發(fā)生整體剪切破壞的過程和特征可從靜載荷試驗的PS曲線分析得出。PS曲線中：oa段線性變形階段，a點對應荷載Pcr，地基處在彈性平衡狀態(tài)；ab段彈塑性變形階段，b點對應荷載Pu，基礎邊沿首先達到極限平衡狀態(tài)，隨著基底壓力P的增大，塑性區(qū)（剪切破壞區(qū)）的范圍逐漸擴大；當P達到Pu時，地基土塑性區(qū)連成一片，基礎急速下沉，側(cè)邊地基土向上隆起。bc段整體剪切破壞階段確定地基承載力的方法第二節(jié) 按極限平衡區(qū)發(fā)展范圍

3、確定地基承載力一、極限平衡區(qū)的發(fā)展按塑性區(qū)開展深度確定地基容許承載力的方法就是將地基中的剪切破壞區(qū)限制在某一范圍時，視地基土能承受多大的基底壓力，該壓力即為要求的容許承載力。理論基礎上圖為一條形基礎承受中心荷載，基底壓力為p。按彈性理論可以導出地基內(nèi)任一點M PAGE 2處的大小主應力的計算公式為假設原有自重應力zxz。地基中M點除上述由荷載產(chǎn)生的地基附加應力外，還收到自重應力（dz）的作用。則當M點處在極限平衡狀態(tài)時，求得其塑性區(qū)最大開展深度二、臨塑荷載及其確定方法當zmax0時，表示地基中即將出現(xiàn)塑性區(qū)，相應的荷載即為臨塑荷載Pcr,即 【討論】以臨塑荷載Pcr作為地基承載力的保守性。除軟

4、弱地基外，一般地基即使讓極限平衡區(qū)發(fā)展到某一深度，也并不影響建筑物的安全和正常使用。因此，對于中心荷載作用下的基礎，取塑性區(qū)的最大開展深度zmax等于基礎寬度b的1/4時所對應的荷載P1/4（即界限荷載）作為地基承載力。令zmaxb，并將埋深范圍內(nèi)的土的重度的加權(quán)平均值用0表示?？傻茫骸居懻摗可鲜龉绞轻槍l形基礎推導出來的，對于矩形和圓形基礎其結(jié)果偏于安全?！纠}41】套公式即可解答第三節(jié) 按極限荷載確定地基極限承載力一、普朗德爾公式普朗德爾根據(jù)塑性理論，在研究剛性物體壓入均勻、各向同性、較軟的無重量介質(zhì)時，導出了當介質(zhì)達到破壞時的滑動面形狀及其相應的極限承載力公式：其中 PAGE 3【討論

5、】上式是條形基礎普朗德爾極限承載力理論解，滑動面較符合實際，但因不考慮基礎底面以下土的自重（0），故而是不合理的。二、太沙基公式【適用范圍】太沙基公式是世界各國常用的極限荷載計算公式，適用于基底粗糙的條形基礎；并推廣應用于方形基礎與圓形基礎。太沙基假定地基中滑動面的形狀如圖所示?；瑒油馏w共分三區(qū)：區(qū)彈性核。區(qū)過渡區(qū)?；瑒用姘磳?shù)螺旋線變化。區(qū)朗肯被動區(qū)，即處于被動極限平衡狀態(tài)。太沙基公式不考慮基底以上基礎兩側(cè)土體抗剪強度的影響，以均布超載q0d來代替埋置深度內(nèi)的土體自重。根據(jù)彈性核的靜力平衡條件，可求得太沙基極限承載力，各項系數(shù)可依公式計算或查圖表確定。上式適用于條形基礎整體剪切破壞的情況，對

6、于局部剪切破壞，太沙基建議將c和tan值均降低1/3。此外對于方形基礎、圓形基礎、軟基太沙基另有建議公式。地基承載力：【例題先自習后講解】【例41】某辦公樓采用轉(zhuǎn)混結(jié)構(gòu)條形基礎。設計基礎底寬b1.50m，基礎埋深d1.40m。地基為粉土，天然重度18.0kN/m3,內(nèi)摩擦角300，粘聚力c10kPa。地下水位深7.8m。計算此地基的極限荷載和地基承載力?！窘忸}思路】地基的極限荷載應用太沙基條形基礎極限荷載公式Pu1060.1 kPa。地基承載力采用安全系數(shù)K3.0f353.4 kPa。三、漢森公式1適用條件2極限荷載公式 PAGE 4N，Nc，Nq承載力系數(shù)，根據(jù)地基土的內(nèi)摩擦角值查表確定；S

7、，Sc，Sq基礎形狀系數(shù)，根據(jù)有關(guān)公式計算確定；dc，dq基礎埋深系數(shù)，根據(jù)有關(guān)公式計算確定；i，ic，iq傾斜系數(shù)，與作用荷載傾斜角有關(guān)，根據(jù)與查表確定。當基礎中心受壓時，iiciq1?！纠}先自習后講解】【例42】某工程設計采用天然地基，淺埋矩形基礎。基礎底面尺寸：l3.00m，寬度b1.50m，基礎埋深d1.20m。地基為粉質(zhì)粘土，土的天然重度18.5kN/m3, 內(nèi)摩擦角300，粘聚力c8kPa。地下水位深8.9m。荷載傾斜角（1）05042/；（2）016042/。計算地基極限荷載?！窘狻亢奢d傾斜角（1）05042/情況：Puv945 kPa；荷載傾斜角（2）016042/情況：Pu

8、v550 kPa；【討論】：由【例41】和【例42】可知，基礎尺寸、埋深與地基土性質(zhì)相似，荷載傾斜角0不大，地基極限荷載與無傾斜荷載時相差不大。但當荷載傾斜角0由05042/變?yōu)?16042/時，地基極限荷載降低為58，不可忽視?！竟こ虘谩堪踩禂?shù)應用漢森公式設計時，地基強度安全系數(shù)K2.0應用效果漢森公式在西歐應用很廣。我國上海、天津等地區(qū)用漢森公式進行工程校核，其結(jié)果較滿意。【總結(jié)】影響極限荷載的因素【提問答疑】【本次課小結(jié)】1臨塑荷載及其確定方法2各理論公式的適用情況3影響極限荷載和地基承載力的因素【復習思考】1什么是臨塑荷載？什么是極限荷載？2如何確定P1/4？【課后作業(yè)】課后反饋意

9、見 PAGE 5教案表頭：日期班級課室時間90min復習舊課反饋信息時間min新課題目第四節(jié) 按原位測試成果確定地基承載力第五節(jié) 按地基規(guī)范確定地基承載力教學目標1了解載荷試驗、靜力觸探試驗和標貫試驗原理2掌握按上述原位試驗確定地基承載力3能夠按地基規(guī)范確定地基承載力教學輔助資料多媒體課件等教學內(nèi)容設計及安排第四節(jié) 按原位測試成果確定地基承載力【基本內(nèi)容】按載荷試驗和靜力觸探試驗確定地基承載力的優(yōu)點避免了鉆探取樣以及由此引起的對土樣擾動的影響。一、載荷試驗法 現(xiàn)場載荷試驗在建造建筑物的場地上先挖一試坑，再在試坑的底板放一荷載板，并在其上安裝加荷及量測設備等。然后逐級加荷并測讀相應的沉降量，繪出

10、PS曲線。最后從PS曲線中得到極限荷載Pu。根據(jù)建筑地基基礎設計規(guī)范的規(guī)定，通過荷載試驗得出PS曲線后，可按下述方法確定地基承載力基本值：當PS曲線有明確的比例界限時，取該比例極限所對應的荷載值P0作為地基承載力特征值fak；當極限荷載能Pu小于對應比例界限荷載P0值的2倍時，取極限荷載值Pu的一半作為地基承載力fak；不能按上述兩點確定時，可按限制沉降量取值。當承壓板面積為0.250.50m2，可采用S0.01b0.015b所對應的荷載值作為地基承載力特征值fak，但其值不應大于最大加載量的一半。規(guī)范規(guī)定，同一土層參加統(tǒng)計的試驗點不應少于三點，基本值的極差（最大值與最小值之間的差值）不得超過

11、平均值的30，當符合以上規(guī)定時取其平均值作為該土層地基承載力特征值fak。二、靜力觸探試驗法就是用靜壓力將裝有探頭的觸探器壓入土中，通過壓力傳感器及電阻應變儀測出土層對探頭的貫入阻力。探頭貫入阻力的大小直接反映了土的強度的大小，因而通常把貫入阻力與荷載試驗所得到的地基容許承載力建立相應的關(guān)系，從而即可按照實測的貫入阻力確定地基的容許承載力值。 PAGE 6 三、標準貫入試驗法 標準貫入試驗的主要設備為標準貫入器。它是由外徑為51mm、內(nèi)徑為35mm的對口取土管組成的。試驗時，先行鉆孔，再把上端接有鉆桿的標準貫入器放至孔底，然后用質(zhì)量為63.5kg的錘，以76cm的高度自由下落將貫入器先擊入土中

12、15cm，然后測記續(xù)打30cm的錘擊數(shù)N、，該擊數(shù)N、稱為標準貫入擊數(shù)。第五節(jié) 按地基規(guī)范確定地基承載力建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50072002）一、按載荷試驗等原位試驗確定地基承載力式中 fa修正后的地基承載力特征值，kPa；fak地基承載力特征值；b、d基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，按基底下土的類別查表；基礎底面以下土的重度，kN/m3，地下水位以下取有效重度；b基礎底面寬度，m，當寬度小于3m按3m計，大于6m按6m計；0基礎底面以上土的加權(quán)平均重度，kN/m3，地下水位以下取有效重度；d基礎埋置深度，m?！居懻摗炕A埋置深度d一般自室外地面標高算起。在填方整平地區(qū)，可自填土地面

13、標高算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時，應從天然地面標高算起。對于地下室，如采用箱形基礎或筏基時，基礎埋置深度自室外地面標高算起；當采用獨立基礎或條形基礎時，應從室內(nèi)地下室地面標高算起。二、按地基土體強度指標計算1計算指標的確定根據(jù)土的抗剪強度指標計算地基承載力特征值采用的是抗剪強度指標的標準值。采用的內(nèi)摩擦角標準值k、粘聚力標準值ck，可按下列規(guī)定計算：（1）根據(jù)室內(nèi)n組三軸壓縮試驗的結(jié)果，按下式公式計算某一土性指標的變異系數(shù)、試驗平均值和標準值： PAGE 7式中 變異系數(shù)試驗平均值標準差（2）按下列公式計算內(nèi)摩擦角和粘聚力的統(tǒng)計修正系數(shù)、c：c式中 內(nèi)摩擦角的統(tǒng)計修正系數(shù)；c粘聚力的統(tǒng)計

14、修正系數(shù)；內(nèi)摩擦角的變異系數(shù)；c粘聚力的變異系數(shù)。（3）內(nèi)摩擦角標準值km式中 m內(nèi)摩擦角的試驗平均值。粘聚力標準值ckccm2計算公式及應用條件當荷載偏心距e小于或等于0.033倍基礎底面寬度（即e0.033b，b是彎距作用平面內(nèi)的基礎底面尺寸）時，根據(jù)由試驗和統(tǒng)計得到的土的抗剪強度指標標準值，可按下列計算地基承載力特征值式中 fa由土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值，kPa；Mb、Md、Mc、承載力系數(shù)，按表79確定；b基礎底面寬度，m，b6m時按6m計，對于砂土b3m按3m計；關(guān)于上述公式的幾點說明：（1）該公式僅適用于e0.033b的情況，這是因為用該公式確定承載力相應的理論模式是

15、基底壓力呈均勻分布。（2）該公式中的承載力系數(shù)Mb、Md、Mc是以界限塑性荷載P1/4理論公式中的相應系數(shù)為基礎確定的?？紤]到內(nèi)摩擦角大時理論值Mb偏小的實際情況，所以對一部分系數(shù)按試驗結(jié)果作了調(diào)整。（3）按該公式確定地基承載力時，只保證地基強度有足夠的安全度，未能保證滿足變形要求，故還應進行地基變形驗算?！狙a充例題】某粉質(zhì)粘土的試驗數(shù)據(jù)如下表所示，015kN/m3，17kN/m3，基底尺寸2.61.6m，d2.5m，計算其地基承載力。測試項目數(shù)據(jù)樣本數(shù)（n）平均值內(nèi)摩擦角200，220，250，190，260，210622.20粘聚力c（kPa）3，5，2，6，10，4651計算內(nèi)摩擦角標準值：k 計算標準差 PAGE 82.448 計算變異系數(shù)： 計算修正系數(shù)： 計算標準值：km0.9122.202計算粘聚力標準值ck 計算標準差：2.828 計算變異系數(shù)：c 計算修正系數(shù)：0.91 計算標準值：ckccm0.53352.665kPa3計算承載力。依k20.20查表得：Mb0.51，Md3.06，Mc5.66所以：0.51171.63.06152.55.662.665143.7kPa【提問答疑】【本次課小結(jié)】1原位試驗原理、重視各系數(shù)的計算及查表2如何利用規(guī)范法計算地基承載力【復習思考】1