土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)四川廣播電視大學(xué)

1、土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)1第九章 地基承載力 概述 地基的變形和失穩(wěn) 原位試驗(yàn)確定地基承載力 按塑性區(qū)開展深度確定地基的容許承載力 確定地基極限承載力的理論公式 按規(guī)范確定地基的容許承載力 影響地基承載力的因素 2概述 在設(shè)計(jì)建筑物基礎(chǔ)時(shí)，必須滿足下列條件：地基： 強(qiáng)度承載力容許承載力 變形變形量（沉降量）容許沉降量1、地基承載力：指地基土單位面積上所能隨荷載的能力。 地基承載力問題屬于地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定問題。2、容許承載力：指同時(shí)兼顧地基強(qiáng)度、穩(wěn)定性和變形要求 這兩個(gè)條件時(shí)的承載力。它是一個(gè)變量，是和建筑物允許 變形值密切聯(lián)系在一起。3、地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值：是根據(jù)野外鑒別結(jié)果確定的承載力值。 包括：標(biāo)貫試

2、驗(yàn)、靜力觸探、旁壓及其它原位測(cè)試得到的值。4、地基承載力基本值：是根據(jù)室內(nèi)物理、力學(xué)指標(biāo)平均值， 查表確定的承載力值，包括載荷試驗(yàn)得到的值）。5、極限承載力：指地基即將喪失穩(wěn)定性時(shí)的承載力。 幾個(gè)名詞3概述 地基承載力確定的途徑1根據(jù)原位試驗(yàn)確定：載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜 力觸探等。每種試驗(yàn)都有一定的適用條件。2根據(jù)地基承載力的理論公式確定。3根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范確定。根據(jù)大量測(cè)試資料和建筑經(jīng)驗(yàn)，通過統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出各種類型的土在某種條件下的容許承載力，查表。一般：一級(jí)建筑物：載荷試驗(yàn)，理論公式及原位測(cè)試確定f； 二級(jí)建筑物：規(guī)范查出，原位測(cè)試；尚應(yīng)結(jié)合理論公式； 三級(jí)建筑物：鄰近建筑經(jīng)驗(yàn)。

3、4概述 確定地基承載力應(yīng)考慮的因素 1基礎(chǔ)形狀的影響：在用極限荷載理論公式計(jì)算地基承載力時(shí)是按條形基礎(chǔ)考慮的，對(duì)于非條形基礎(chǔ)應(yīng)考慮形狀不同地基承載的影響。2荷載傾斜與偏心的影響：在用理論公式計(jì)算地基承載力時(shí)，均是按中心受荷考慮的，但荷載的傾斜荷偏心對(duì)地基承載力是有影響的。3覆蓋層抗剪強(qiáng)度的影響：基底以上覆蓋層抗剪強(qiáng)度越高，地基承載力顯然越高，因而基坑開挖的大小和施工回填質(zhì)量的好壞對(duì)地基承載力有影響。4地下水的影響：地下水水位上升會(huì)降低土的承載力。5下臥層的影響：確定地基持力層的承載力設(shè)計(jì)值，應(yīng)對(duì)下臥層的影響作具體的分析和驗(yàn)算。6此外還有基底傾斜和地面傾斜的影響：地基土壓縮性和試驗(yàn)底板與實(shí)際基礎(chǔ)

4、尺寸比例的影響。相鄰基礎(chǔ)的影響，加荷速率的影響和地基與上部結(jié)構(gòu)共同作用的影響等。5 地基的變形和失穩(wěn) 地基變形的三個(gè)階段 0sppcrpuabcppcrpcrppuppua.線性變形階段塑性變形區(qū)連續(xù)滑動(dòng)面oa段，荷載小，主要產(chǎn)生壓縮變形，荷載與沉降關(guān)系接近于直線，土中f,地基處于彈性平衡狀態(tài)b.彈塑性變形階段ab段，荷載增加，荷載與沉降關(guān)系呈曲線，地基中局部產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)塑性變形區(qū)c.破壞階段bc段，塑性區(qū)擴(kuò)大，發(fā)展成連續(xù)滑動(dòng)面，荷載增加，沉降急劇變化6 地基的變形和失穩(wěn) 地基的破壞形式 地基開始出現(xiàn)剪切破壞（即彈性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃坞A段）時(shí)，地基所承受的基地壓力稱為臨塑荷載pcr

5、 地基瀕臨破壞（即彈塑性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐碾A段）時(shí)，地基所承受的基地壓力稱為極限荷載pu1.整體剪切破壞a. p-s曲線上有兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可區(qū)分地基變形的三個(gè)階段b. 地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連續(xù)的滑動(dòng)面c. 荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起7 地基的變形和失穩(wěn) 2.局部剪切破壞a. p-s曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，沒有明顯的直線段b. 塑性變形區(qū)不延伸到地面，限制在地基內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi)c. 荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起3. 沖剪破壞b.地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動(dòng)面 c. 荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面不隆起，而是下陷a.

6、p-s曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)地基的破壞形式 8 地基的變形和失穩(wěn) 某谷倉(cāng)的地基整體破壞9 地基的變形和失穩(wěn) 1940年在軟粘土地基上的某水泥倉(cāng)的傾覆10 地基的變形和失穩(wěn) 在軟粘土上的密砂地基的沖剪破壞11 地基的變形和失穩(wěn) 1964年日本新瀉（Niigata）地震地基的大面積液化 1964年日本新瀉（Niigata）地震地基的大面積液化12 地基的變形和失穩(wěn) 地基液化引起的建筑物破壞13 地基的變形和失穩(wěn) 某宮殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降達(dá)2.2米，存在明顯的沉降差。墨西哥的沉降問題是世界著名的14 地基的變形和失穩(wěn) 比薩斜塔-不均勻沉降的典型始建于1173年，60米高

7、。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。傾斜5.5，頂部偏心2.1米15 地基的變形和失穩(wěn) 大阪 Nishinomiya 橋的橋墩破壞. 6個(gè)橋墩中至少2個(gè)嚴(yán)重破壞，其可能的原因是岸邊橋墩的大變形導(dǎo)致第一組橋墩過載。日本1995年1月17日阪神大地震16原位試驗(yàn)確定地基承載力 一、載荷試驗(yàn)法 pup0s千斤頂荷載板平衡架拉錨由拐點(diǎn)得地基極限承載力pu，除以安全系數(shù)Fs得容許承載力pp-s曲線確定地基承載力特征值:1. p-s曲線有明確的比例界限時(shí)，取比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值 2.極限荷載能確定，且值小于對(duì)應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時(shí)，取極限荷載值的一半 3.不能按上述兩點(diǎn)確定時(shí)，取s/b=0.

8、010.015對(duì)應(yīng)荷載值；但值不應(yīng)大于最大加載量的一半 17原位試驗(yàn)確定地基承載力 二、靜力觸探試驗(yàn)法 探頭QfQcF鉆桿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(yīng)變儀測(cè)出土層對(duì)探頭的貫入阻力。探頭貫入阻力的大小直接反映了土的強(qiáng)度的大小，把貫入阻力與荷載試驗(yàn)所得到的地基容許承載力建立相關(guān)關(guān)系，從而即可按照實(shí)測(cè)的貫入阻力確定地基的容許承載力值。還可以把土的貫入阻力與土的變形模量及壓縮模量建立相關(guān)關(guān)系，從而可以確定變形模量和壓縮模量 方法介紹：探頭阻力Q可分為兩個(gè)部分1.錐頭阻力Qc 2.側(cè)壁摩阻力Qf 比貫入阻力：探頭單位截面積的阻力 18原位試驗(yàn)確定地基承載力 二、靜力觸探試驗(yàn)

9、法 梅耶霍夫公式： 國(guó)內(nèi)建議公式：式中Ps：貫入阻力（kPa） B：基礎(chǔ)寬度 D：埋置深度KpaKpa式中：f 承載力設(shè)計(jì)值，fk標(biāo)準(zhǔn)值 ， r1天然容重， r0為基底以上土的加權(quán)平均容重，地下水以下取浮容重；B ，D相應(yīng)于基礎(chǔ)寬度和埋置深度的承載力修正系數(shù)，查表。 19原位試驗(yàn)確定地基承載力 三、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法試驗(yàn)時(shí)，先行鉆孔，再把上端接有鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)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15cm，然后測(cè)繼續(xù)打30cm的所需要錘擊數(shù)，該擊數(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù) 方法介紹：建立標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與地基承載力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以得到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)下的地基承

10、載力 20原位試驗(yàn)確定地基承載力 四、旁壓試驗(yàn) 水箱量測(cè)鉆孔內(nèi)進(jìn)行橫向載荷試驗(yàn),用以測(cè)定較深處土層的變形模量和承載力 V0 V0VPh puh pcr poh21按塑性區(qū)開展深度確定地基的容許承載力 一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍 zzbdq= dp013根據(jù)彈性理論，地基中任意點(diǎn)由條形均布?jí)毫λ鸬母郊哟?、小主?yīng)力 假定在極限平衡區(qū)土的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0=1，M點(diǎn)土的自重應(yīng)力所引起的大小主應(yīng)力均為 (dz)M點(diǎn)達(dá)到極限平衡狀態(tài)，大、小主應(yīng)力滿足極限平衡條件M22按塑性區(qū)開展深度確定地基的容許承載力 塑性區(qū)邊界方程塑性區(qū)最大深度zmax一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍 23按塑性區(qū)開展深度確定地基的容許承載力 二

11、、臨塑荷載pcr和界限荷載當(dāng)zmax0，地基所能承受的基底附加壓力為臨塑荷載塑性區(qū)開展深度在某一范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的荷載為界限荷載中心荷載偏心荷載24 確定地基極限承載力的理論公式 一、普朗特爾極限承載力理論 普朗特爾公式是求解寬度為B的條形基礎(chǔ)，置于地基表面，在中心荷載P作用下的極限荷載Pu值。普朗特爾的基本假設(shè)及結(jié)果，歸納為如下幾點(diǎn)：（1）地基土是均勻，各向同性的無(wú)重量介質(zhì)，即認(rèn)為土的r=0，而只具有C，的材料。（2）基礎(chǔ)底面光滑，即基礎(chǔ)底面與土之間無(wú)摩擦力存在，所以基底的壓應(yīng)力垂直于地面。（3）當(dāng)?shù)鼗幱跇O限平衡狀態(tài)時(shí)，將出現(xiàn)連續(xù)的滑動(dòng)面，其滑動(dòng)區(qū)域?qū)⒂衫士现鲃?dòng)區(qū)I，徑向剪切區(qū)II或過渡區(qū)和朗

12、肯被動(dòng)區(qū)III所組成。 25 確定地基極限承載力的理論公式 一、普朗特爾極限承載力理論 Pbccdd45o / 245o / 2將無(wú)限長(zhǎng)，底面光滑的荷載板至于無(wú)質(zhì)量的土(0)的表面上，荷載板下土體處于塑性平衡狀態(tài)時(shí)，塑性區(qū)分成五個(gè)區(qū)區(qū)：主動(dòng)朗肯區(qū)， 1豎直向，破裂面與水平面成45o / 2區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對(duì)數(shù)螺線 區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)， 1水平向，破裂面與水平面成45o / 226 確定地基極限承載力的理論公式 普朗特爾理論的極限承載力理論解式中：承載力系數(shù)當(dāng)基礎(chǔ)有埋深d 時(shí)式中：二、太沙基極限承載力理論 底面粗糙，基底與土之間有較大的摩擦力，能阻止基底土發(fā)生剪切位移，基底以下土不會(huì)發(fā)生破壞，

13、處于彈性平衡狀態(tài)Paabccdd45o / 245o / 2區(qū)：彈性壓密區(qū)(彈性核)區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對(duì)數(shù)螺線 區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)， 1水平向，破裂面與水平面成45o / 227 確定地基極限承載力的理論公式 太沙基理論的極限承載力理論解Nr、Nq、Nc均為承載力系數(shù)，均與有關(guān)，太沙基給出關(guān)系曲線，可以根據(jù)相關(guān)曲線得到上式適用于條形基礎(chǔ)整體剪切破壞情況，對(duì)于局部剪切破壞，將c和tan均降低1/3 方形基礎(chǔ)局部剪切破壞時(shí)地基極限承載力Nr 、Nq 、Nc為局部剪切破壞時(shí)承載力系數(shù)，也可以根據(jù)相關(guān)曲線得到對(duì)于方形和圓形基礎(chǔ)，太沙基提出采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修正后的公式 圓形基礎(chǔ)28三、漢森極限承載力理論 對(duì)

14、于均質(zhì)地基、基礎(chǔ)底面完全光滑，受中心傾斜荷載作用式中：漢森公式Sr、Sq、Sc 基礎(chǔ)的形狀系數(shù)ir、iq、ic 荷載傾斜系數(shù)dr、dq、dc 深度修正系數(shù)gr、gq、gc 地面傾斜系數(shù)br、bq、bc 基底傾斜系數(shù)Nr、Nq、Nc 承載力系數(shù)說明：相關(guān)系數(shù)均可以有相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算 確定地基極限承載力的理論公式 29 確定地基極限承載力的理論公式 地基的容許承載力將上述各公式算出的極限承載力Pu，除以安全系數(shù)Fs，即得到地基的容許承載力PPu/Fs Fs:2-3 在設(shè)計(jì)時(shí)，基底壓力P 應(yīng)滿足PP的要求。 30按規(guī)范確定地基的容許承載力自學(xué) 31影響地基承載力的因素一、土的容重和地下水位1、若地下

15、水位在理論滑動(dòng)面以下，則土的容重一律采用濕容重。2、若地下水位從理論滑動(dòng)以下上升到地面或地面以上，則土的容重由原來的天然濕容重降為浮容重，此時(shí)地基的承載力也將相應(yīng)的降低。對(duì)于c0的無(wú)粘性土，這種降低更明顯，地基的承載力與土的容重成正比的減少。3、若地下水位上升至與基底齊平處，則要將公式中的第一項(xiàng)容重用浮容重計(jì)算即可，此時(shí)地基的承載力為： 32影響地基承載力的因素一、土的容重和地下水位4、若地下水位在滑動(dòng)面與基礎(chǔ)底面之間，一般可以近似假定滑動(dòng)面的最大深度等于基礎(chǔ)寬度B，此時(shí)，基底以下土的容重可采用平均值并按下式計(jì)算： 式中：d地下水位至基底的距離 水位以上土的天然濕容重 則承載力公式可表示為： 5、若地下水位在基底與地面之間，則按下式計(jì)算： 式中:d1 為地下水位至地面的距離。 33影響地基承載力的因素二、基礎(chǔ)的寬度 地基的承載力還與基礎(chǔ)的尺寸和形狀有關(guān)。由承載力的 公式可知?；A(chǔ)的寬度B越大，承載力越高。但