土力學(xué)-第九章地基承載力

土力學(xué)天津城建大學(xué)第9章地基承載力9.1

概述9.2淺基礎(chǔ)的地基破壞模式9.3

地基臨界荷載9.4

地基極限承載力9.5

地基容許承載力和地基承載力特征值第9章地基承載力9.1

概述9.2淺基礎(chǔ)的地基破壞模式9.3

地基臨界荷載9.4

地基極限承載力9.5

地基容許承載力和地基承載力特征值9.1概述地基承載力：是指地基承擔(dān)荷載的能力。地基承載力是地基土抗剪強(qiáng)度的一種宏觀表現(xiàn)，影響地基土抗剪強(qiáng)度的因素對地基承載力也產(chǎn)生類似影響。建筑物荷載通過基礎(chǔ)作用于地基，對地基提出兩個方面的要求1.變形要求建筑物基礎(chǔ)在荷載作用下產(chǎn)生最大沉降量或沉降差，應(yīng)該在該建筑物所允許的范圍內(nèi)

2.穩(wěn)定要求建筑物的基底壓力，應(yīng)該在地基所允許的承載能力之內(nèi)

9.1概述確定地基承載力的方法原位試驗(yàn)法理論公式法規(guī)范表格法通過現(xiàn)場直接試驗(yàn)確定承載力的方法

根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算確定承載力

通過查規(guī)范表格得到承載力的方法當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)法基于地區(qū)使用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行類比確定承載力第9章地基承載力9.1

概述9.2淺基礎(chǔ)的地基破壞模式9.3

地基臨界荷載9.4

地基極限承載力9.5

地基容許承載力和地基承載力特征值9.2淺基礎(chǔ)的地基破壞模式在荷載作用下地基因承載力不足引起的破壞，一般都由地基土的剪切破壞引起。淺基礎(chǔ)的地基破壞模式：a.p-s曲線上有兩個明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可區(qū)分地基變形的三個階段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1.整體剪切破壞(普朗德爾，1920）ospp09.2淺基礎(chǔ)的地基破壞模式2.局部剪切破壞（太沙基，1943）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（德貝爾和魏錫克，1959）b.地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動面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.p-s曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)ospp0ospp0第9章地基承載力9.1

概述9.2淺基礎(chǔ)的地基破壞模式9.3

地基臨界荷載9.4

地基極限承載力9.5

地基容許承載力和地基承載力特征值9.3地基臨界荷載地基的臨塑荷載和臨界荷載9.3.2地基塑性變形區(qū)邊界方程9.3.19.3.1地基塑性變形區(qū)邊界方程1.地基土中應(yīng)力狀態(tài)的三個階段0sppcrpuabcp＜pcrpcr＜p＜pup≥pua.壓縮階段（線性變形階段）塑性變形區(qū)連續(xù)滑動面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τ＜τf,地基處于彈性平衡狀態(tài)b.剪切階段（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.隆起階段（塑性流動階段）bc段，塑性區(qū)擴(kuò)大，發(fā)展成連續(xù)滑動面，基礎(chǔ)兩側(cè)土體隆起，荷載增加，沉降急劇變化9.3.1地基塑性變形區(qū)邊界方程1.地基土中應(yīng)力狀態(tài)的三個階段0sppcrpuabc地基從壓縮階段過渡到剪切階段的界限荷載，為比例界限荷載，或稱為臨塑荷載pcr地基剪節(jié)階段過渡到隆起階段的界限荷載稱為極限荷載pu

取pcr或pu/K（K為安全系數(shù)）確定淺基礎(chǔ)的地基容許承載力。9.3.1地基塑性變形區(qū)邊界方程2.地基塑性變形區(qū)邊界方程zzbdq=

dpβ0△σ1△σ3M根據(jù)彈性理論，地基中任意點(diǎn)由條形均布壓力所引起的附加大、小主應(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

(d＋z)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9.3地基臨界荷載地基的臨塑荷載和臨界荷載9.3.2地基塑性變形區(qū)邊界方程9.3.19.3.2地基的臨塑荷載和臨界荷載1.臨塑荷載臨塑荷載是指基礎(chǔ)邊緣地基中剛要出現(xiàn)塑性變形區(qū)時(shí)基底單位面積上所承擔(dān)的荷載。塑性區(qū)邊界方程塑性區(qū)最大深度zmax則有：代入：當(dāng)zmax＝0時(shí)的荷載為臨塑荷載或NC、Nq為承載力系數(shù)，均為ψ的函數(shù)第一部分為地基土粘聚力c作用，第二部分為基礎(chǔ)兩側(cè)超載q或基礎(chǔ)埋深d的影響，這兩部分都是內(nèi)摩擦角ψ的函數(shù)，pcr隨

、c、q的增大而增大。9.3.2地基的臨塑荷載和臨界荷載2.臨界荷載臨界荷載是指允許地基產(chǎn)生一定范圍塑性變形區(qū)所對應(yīng)的荷載。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在中心荷載作用下，控制塑性區(qū)最大開展深度zmax=b/4，在偏心荷載下控制zmax=b/3，對一般建筑物是允許的。p1/4、p1/3分別是允許地基產(chǎn)生zmax=b/4和b/3范圍塑性區(qū)所對應(yīng)的兩個臨界荷載。將zmax=b/4和b/3代入得中心荷載偏心荷載N1/4、N1/3為承載力系數(shù)，均為

的函數(shù)兩個臨界荷載由三部分組成，第一、二部分分別反映了地基土粘聚力和基礎(chǔ)埋深對承載力的影響，這兩部分組成臨塑荷載；第三部分表現(xiàn)為基礎(chǔ)寬度和地基土重度的影響，實(shí)際上受塑性區(qū)開展深度的影響。這三部分都隨內(nèi)摩擦角

的增大而增大第9章地基承載力9.1

概述9.2淺基礎(chǔ)的地基破壞模式9.3

地基臨界荷載9.4

地基極限承載力9.5

地基容許承載力和地基承載力特征值9.4地基極限承載力太沙基極限承載力9.4.2普朗德爾和賴斯納極限承載力9.4.1漢森和魏錫克極限承載力9.4.3原位測試成果確定地基承載力9.4.39.4.1普朗德爾和賴斯納極限承載力1920年，普朗特爾根據(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(shí)，導(dǎo)出達(dá)到破壞時(shí)的滑動面形狀及極限承載力公式Pbcc

dd

ⅠⅡⅡ45o＋

/245o－

/2ⅢⅢ將無限長，底面光滑的荷載板至于無質(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)分成五個區(qū)Ⅰ區(qū)：主動朗肯區(qū)，

1豎直向，破裂面與水平面成45o＋

/2Ⅱ區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對數(shù)螺線Ⅲ區(qū)：被動朗肯區(qū)，

1水平向，破裂面與水平面成45o－

/29.4.1普朗德爾和賴斯納極限承載力普朗特爾理論的極限承載力理論解式中：承載力系數(shù)，表9-1查得當(dāng)基礎(chǔ)有埋深d時(shí)式中：承載力系數(shù)，表9-1查得9.4地基極限承載力太沙基極限承載力9.4.2普朗德爾和賴斯納極限承載力9.4.1漢森和魏錫克極限承載力9.4.3原位測試成果確定地基承載力9.4.39.4.2太沙基極限承載力太沙基對普朗德爾理論進(jìn)行了修正，考慮：①地基土有重量，即γ≠0;②基底粗糙；③不考慮基底以上填土的抗剪強(qiáng)度；④在極限荷載作用下基礎(chǔ)發(fā)生整體剪切破壞；⑤假定地基中滑動面的形狀如下圖所示。Paa

bcc

dd

ⅠⅡⅡⅢ45o＋

/245o－

/2ⅢⅠ區(qū)：彈性壓密區(qū)(彈性核)Ⅱ區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對數(shù)螺線Ⅲ區(qū)：被動朗肯區(qū)，

1水平向，破裂面與水平面成45o－

/29.4.2太沙基極限承載力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)方形基礎(chǔ)圓形基礎(chǔ)整體剪切破壞局部剪切破壞9.4地基極限承載力太沙基極限承載力9.4.2普朗德爾和賴斯納極限承載力9.4.1漢森和魏錫克極限承載力9.4.3原位測試成果確定地基承載力9.4.39.4.3漢森和魏錫克極限承載力對于均質(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9.4地基極限承載力太沙基極限承載力9.4.2普朗德爾和賴斯納極限承載力9.4.1漢森和魏錫克極限承載力9.4.3原位測試成果確定地基承載力9.4.39.4.4原位測試成果確定極限承載力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[p]p-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)，取比例界限所對應(yīng)的荷載值

2.極限荷載能確定，且值小于對應(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=0.01～0.015對應(yīng)荷載值；但值不應(yīng)大于最大加載量的一半一、載荷試驗(yàn)法9.4.4原位測試成果確定極限承載力二、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(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

9.4.4原位測試成果確定極限承載力三、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)下的地基承載力第9章地基承載力9.1

概述9.2淺基礎(chǔ)的地基破壞模式9.3

地基臨界荷載9.4

地基極限承載力9.5

地基容許承載力和地基承載力特征值9.5地基容許承載力和地基承載力特征值

地基容許承載力是指地基穩(wěn)定有足夠安全度的承載能力，它相當(dāng)于地基極限承載力除以一個安全系數(shù)K，此即定值法確定的地基承載力；同時(shí)必須驗(yàn)算地基變形不超過允許變形值。因此，地基容許承載力也可定義為在保證地基穩(wěn)定的條件下，建筑物基礎(chǔ)或土工建筑物路基的沉降量不超過允許值的地基承載能力。

地基承載力特征值是指地基穩(wěn)定有保證可靠度的承載能力，這作為隨機(jī)變量是以概率理論為基礎(chǔ)的，以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的實(shí)用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法確定的地基承載力；同時(shí)也要驗(yàn)算地基變形不超過允許變形值。

地基承載力特征值定義為由荷載試驗(yàn)測定的地基土的壓力－變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值（《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002)）9.5地基容許承載力和地基承載力特征值確定地基承載力特征值當(dāng)e≤0.033b，根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力fa

——土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值Mb、Md、Mc

——承載力系數(shù)（可根據(jù)

k查表得到)——地基土的重度，地下水位以下取浮重度d——基礎(chǔ)埋置深度(m)，從室外地面標(biāo)高計(jì)算m——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)重度，地下水位以下取浮重度b

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