《土質(zhì)與土力學(xué)》課件第八章地基承載力

第八章

地基承載力

§8.1地基的破壞型式和地基承載力

一、地基穩(wěn)定性在外荷載作用下，地基抵抗剪切破壞的穩(wěn)定程度。

建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足：

(1)建筑物基礎(chǔ)在荷載作用下可能產(chǎn)生的最大沉降或沉降差，應(yīng)該在容許的范圍之內(nèi)；(2)作用在建筑物基底的壓力，應(yīng)在地基的容許承載力范圍之內(nèi)。二、地基破壞的形式豎直荷載下地基破壞的形式整體剪切破壞密實(shí)砂土，堅(jiān)硬黏土，淺埋局部剪切破壞土質(zhì)較軟沖切剪切破壞軟黏土，深埋1321整體剪切破壞2局部剪切破壞3沖剪破壞2.局部剪切松軟地基，埋深較大；曲線開(kāi)始就是非線性，沒(méi)有明顯的驟降段。3.沖剪破壞松軟地基，埋深較大；荷載板幾乎垂直下切，兩側(cè)無(wú)土體隆起。1.整體破壞土質(zhì)堅(jiān)實(shí),基礎(chǔ)埋深淺；曲線開(kāi)始近直線，隨后沉降陡增，兩側(cè)土體隆起。GeneralshearfailureLocalshearfailurePunchingshearfailure1.整體破壞PS2.局部剪切PS3.沖剪破壞PS深土層表面土（a）整體剪切破壞（b）局部剪切破壞（c）沖切剪切破壞荷載—沉降量曲線如何滿足地基設(shè)計(jì)的條件？承載力？變形？確定承載力的三種方法 載荷試驗(yàn) 理論公式計(jì)算 經(jīng)驗(yàn)方法地基承載力：地基單位面積上所能承受荷載的能力。分為：極限承載力、容許承載力。（1）極限承載力

地基承受荷載的極限壓力，當(dāng)基底壓力達(dá)到pu時(shí)，地基發(fā)生整體剪切破壞。（2）容許承載力(承載力特征值)

三、地基承載力保留足夠安全儲(chǔ)備，且滿足一定變形要求的承載力。也即能夠保證建筑物正常使用所要求的地基承載力?！?.2按地基中塑性區(qū)的發(fā)展確定地基承載力

臨塑荷載極限荷載一、地基土中應(yīng)力狀態(tài)的三個(gè)階段壓縮（密）階段剪切階段破壞階段p-s曲線①整體剪切破壞（generalshearfailure）②局部剪切破壞(localshearfailure)③沖切剪切破壞（punchingshearfailure)p≥pu連續(xù)滑動(dòng)面pcr＜p＜pu塑性變形區(qū)p＜pcr將地基中的剪切破壞區(qū)限制在某一范圍，視地基土能夠承受多大的壓力，該壓力即為容許承載力。塑性區(qū)的邊界方程二、臨塑荷載的確定（地基承載力的平面問(wèn)題）圖8-1地基中的附加大小主應(yīng)力附加應(yīng)力總應(yīng)力注：假設(shè)自重應(yīng)力場(chǎng)靜止側(cè)壓系數(shù)K0=1，具有靜水壓力性質(zhì)。zzmax求塑性區(qū)最大深度zmax1、臨塑荷載

pcr地表將

代入邊界方程即可得到塑性區(qū)開(kāi)展的最大深度為dzzmax若zmax=0，地基中將要出現(xiàn)但尚未出現(xiàn)塑性區(qū)，相應(yīng)的荷載為臨塑荷載pcr令（4）中zmax=0

得式中承載力系數(shù)Nq承載力系數(shù)Nc1、臨塑荷載

pcr地表可知：臨塑荷載由兩部分組成：（1）地基土內(nèi)聚力的作用；（2）基礎(chǔ)埋深的作用。d

——基礎(chǔ)埋深

——基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)土層的加權(quán)有效平均重度

——地基持力層土的有效重度2、臨界荷載

p1/4和p1/3令（4）中

zmax=b/3

得臨塑荷載和臨界荷載公式都是在條形荷載情況下（平面應(yīng)變問(wèn)題）采用彈性力學(xué)推導(dǎo)的，對(duì)于矩形或圓形基礎(chǔ)（空間問(wèn)題），用此公式計(jì)算，其結(jié)果偏于安全。另外誤差隨塑性區(qū)擴(kuò)大而加大。令（4）中

zmax=b/4

得zzmax地表db實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常規(guī)定塑性區(qū)開(kāi)展深度，視其能承受多大的基底壓力，來(lái)判別地基穩(wěn)定性。式中：總結(jié)注意：γ對(duì)應(yīng)基底以下土的有效容重；

γm對(duì)應(yīng)基底以上土的有效容重。承載力系數(shù)§8.3按極限荷載確定地基承載力

極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)而不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí),這一特定狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)對(duì)于該功能的極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)

一般是結(jié)構(gòu)的內(nèi)力超過(guò)其承載能力正常使用極限狀態(tài)

一般是以結(jié)構(gòu)的變形、裂縫和振動(dòng)參數(shù)超過(guò)設(shè)計(jì)允許的限值為依據(jù)根據(jù)承載能力極限狀態(tài)確定地基的承載力一、Prandtl承載力理論1.Prandtl計(jì)算公式

：2.Prandtl-Reissner承載力公式(1)條形基礎(chǔ)地基的滑裂面形狀(2)極限承載力puDD普朗特(Prandtl)的基本假設(shè)1.基礎(chǔ)底面是絕對(duì)光滑的（，保證豎直荷載是主應(yīng)力2.無(wú)重介質(zhì)的假設(shè)：即=0：DD極限平衡區(qū)與滑裂面的形狀無(wú)重介質(zhì)地基的滑裂線網(wǎng)BEFBp實(shí)際地面DCA極限承載力pu：1.朗肯主動(dòng)區(qū)：pu為大主應(yīng)力，與水平方向夾角4522.普朗德?tīng)枀^(qū)：r=r0etg3.朗肯被動(dòng)區(qū)：水平方向?yàn)榇笾鲬?yīng)力，與水平方向夾角45-2地基中的極限平衡區(qū)BEFBpu實(shí)際地面DCIIIIIIr0r2、Prandtl-Reissner承載力公式I區(qū)垂直應(yīng)力pu為大主應(yīng)力，與水平方向夾角452=pukapuPuIII區(qū)水平方向?yàn)榇笾鲬?yīng)力，與水平方向夾角45-23=D1kpDq=DⅡ區(qū)：普朗德?tīng)枀^(qū)：極限平衡第二區(qū)：r=r0etgr0r極限承載力pu

Nq,Nc:

承載力系數(shù)二.太沙基公式1.基本條件2.假設(shè)的滑裂面形狀3.極限承載力公式1.基本條件（1）考慮地基土的自重基底土的重量0（2）基底可以是粗糙的（3）忽略基底以上部分土本身的阻力,簡(jiǎn)化為上部均布荷載q=DDmD2.假設(shè)的滑裂面形狀被動(dòng)區(qū)過(guò)渡區(qū)剛性核1.基礎(chǔ)完全粗糙：2.基礎(chǔ)完全光滑：3.基礎(chǔ)介于二者之間：ψ90－φ彈性核形狀90－φψEp=Ep1+Ep2+Ep3WpuB考慮剛性核的平衡1.當(dāng)基底絕對(duì)粗糙時(shí)，夾角為；2.考慮剛性核的平衡：荷載：pu自重：W黏聚力：C被動(dòng)土壓力EpEp1：土體自重Ep2：滑裂面上黏聚力Ep3：側(cè)向荷載1、基底完全光滑時(shí)（）承載力系數(shù)承載力系數(shù)表1、基底完全光滑時(shí)（）2、基底完全粗糙時(shí)（）承載力系數(shù)太沙基承載力系數(shù)圖局部剪切破壞整體剪切破壞承載力系數(shù)圖2、基底完全粗糙時(shí)（）（4）矩形按方形（b/l=1）條形（b/l=0）的pu內(nèi)插值。（1）整體剪切破壞的地基：由內(nèi)摩擦角直接查承載力系數(shù)Nc、Nq、Nγ。（2）局部剪切破壞的地基：太沙基建議對(duì)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行折減，根據(jù)φ*查N'c、N'q、N'γ。（3）方形（寬度b）及圓形（半徑b）地基：太沙基建議分別按下式計(jì)算。極限承載力pu的組成BN/2cNcDqNq極限承載力的三部分滑動(dòng)土體自重產(chǎn)生的抗力滑裂面上的黏聚力產(chǎn)生的抗力側(cè)荷載D產(chǎn)生的抗力(1)的影響pu影響滑裂面形狀的大小，承載力因數(shù)的大小.滑動(dòng)土體的體積,q的分布范圍,滑裂面的大小.(2)寬度B增加為2B，滑動(dòng)體體積增加為原來(lái)的22倍(提供的抗力)，由此增加的承載力增加為原來(lái)的2倍。(BN/2線性增加）B增加，q的分布面積線性增加，qNq不變。B增加，滑裂面面積線性增加，cNc不變。pupu(3)qNq，與側(cè)面荷載大小，和荷載分布范圍有關(guān)-滑裂面形狀有關(guān)?；衙嫘螤钆c有關(guān)。Nq,是的函數(shù)。pupu(4)cNc,與黏聚力，和滑裂面長(zhǎng)度有關(guān)--滑裂面形狀有關(guān)。滑裂面形狀與有關(guān)。Nc,是的函數(shù)。pu地下水位在滑動(dòng)面與基底之間bh1地下水位在基底與地面之間bh2三、Vasiv（魏錫克）極限承載力理論

在Prandtl理論基礎(chǔ)上，考慮土的自重，得到：1.基礎(chǔ)形狀的影響2.偏心和傾斜荷載的影響四、安全系數(shù)的選擇將極限荷載除以安全系數(shù)K即得設(shè)計(jì)的地基承載力。一般：Terzaghi公式K=2～3

Vasic公式K=2～4

公寓、辦公樓K=2

倉(cāng)庫(kù)、筒倉(cāng)K=4

公共建筑K=2.5特征值fa(設(shè)計(jì)承載力)2.局部塑性區(qū)地基承受荷載的不同階段彈性階段-

臨塑荷載3.極限承載力五、地基的容許承載力--地基承載力特征值地基承載力特征值f的確定辦法：①要求較高：f=Pcr

②一般情況下：f=P1/4

或P1/3

或者：③用極限荷載計(jì)算：f=Pu

/k

k

---安全系數(shù)極限承載力和容許承載力的區(qū)別極限承載力pu

地基達(dá)到完全剪切破壞時(shí)的荷載容許承載力f同時(shí)滿足強(qiáng)度和變形要求的荷載確定地基承載力設(shè)計(jì)值的方法1.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法：載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探等。要進(jìn)行修正2.規(guī)范公式計(jì)算法，不做寬度深度修正3.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定容許承載力，做寬度深度修正目前規(guī)范中設(shè)計(jì)承載力的確定1.靜載荷試驗(yàn)fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)fak

:靜載荷試驗(yàn)確定的承載力-特征值（標(biāo)準(zhǔn)值）fa

：深寬修正后的承載力特征值（設(shè)計(jì)值）千斤頂荷載板承壓板有足夠剛度，面積不應(yīng)小于0.5m2,軟土不應(yīng)小于0.5m2,基坑寬度不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的三倍。構(gòu)造：加荷穩(wěn)壓裝置、反力裝置、觀測(cè)裝置。按地基載荷試驗(yàn)確定載荷試驗(yàn)主要有淺層平板載荷試驗(yàn)和深層平板載荷試驗(yàn)。淺層平板載荷試驗(yàn):

承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2。深層載荷試驗(yàn):

承壓板一般采用直徑為0.8m的剛性板。載荷試驗(yàn)方法:按分級(jí)加荷，逐級(jí)穩(wěn)定，直到破壞的試驗(yàn)步驟進(jìn)行，最后得到p～s曲線，具體的試驗(yàn)要點(diǎn)和土層壓壞標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007—2011），據(jù)p～s曲線確定承載力特征值fak的規(guī)定如下：(a)低壓縮性土(b)高壓縮性土⑴當(dāng)P～S曲線上有比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值；⑵當(dāng)極限荷載小于比例界限荷載值2倍時(shí)，取極限荷載值一半；⑶當(dāng)不能按以上方法確定時(shí)，可取s/b=0.01～0.015所對(duì)應(yīng)荷載值，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。⑷同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于三點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值極差不超過(guò)其平均值的30%時(shí)，取其平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。

(5)應(yīng)用時(shí)要進(jìn)行深寬修正得出修正后的地基承載力特征值fa。按規(guī)范承載力表確定

由室內(nèi)試驗(yàn)、力學(xué)指標(biāo)或現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)查表，可得出地基承載力特征值（GB50007-2002沒(méi)提供這方面的表）。地基承載力特征值深寬修正方法

對(duì)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí)，查表得出的地基承載力特征值尚應(yīng)按下式進(jìn)行修正：

下表規(guī)范推薦的理論公式《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5007—2002）規(guī)定，當(dāng)基底偏心距e≤b/30（b為基礎(chǔ)邊長(zhǎng)）時(shí)，根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值可按下式計(jì)算：由于在承載力計(jì)算時(shí)考慮了基礎(chǔ)寬度及埋深，故無(wú)需進(jìn)行深寬修正。幾點(diǎn)說(shuō)明：

①公式僅適用于e<b/30的情況，這是因?yàn)?/p>