注巖土力學(xué)講義土的抗剪強(qiáng)度[詳細(xì)]

1、 第五節(jié) 地基承載力一、地基剪切破壞模式(一)地基剪切破壞的 三種模式地基的 剪切破壞模式主要有三種:整體剪切破壞、刺入剪切破壞和局部剪切破壞.(1)整體剪切破壞.有輪廓分明的 從地基到地面的 連續(xù)剪切滑動(dòng)面,鄰近基礎(chǔ)的 土體有明顯的 隆起,可使上部結(jié)構(gòu)隨基礎(chǔ)發(fā)生突然傾斜,造成災(zāi)難性破壞. (2)刺入剪切破壞.地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)的 剪切滑動(dòng)面,以豎向下沉變形為主.隨荷載的 增加,地基土不斷被壓縮,基礎(chǔ)豎向下沉,垂直刺入地基中,基礎(chǔ)之外的 土體無變形.基礎(chǔ)除在豎向有突然的 小 移動(dòng)之外,既沒有明顯的 失穩(wěn),也沒有大的 傾斜.(3)局部剪切破壞.隨荷載的 增加,緊靠基礎(chǔ)的 土層會(huì)出現(xiàn)輪廓分明的 剪

2、切滑動(dòng)面,滑動(dòng)面不露出地表,在地基內(nèi)某一深度處終止.基礎(chǔ)豎向下沉顯著,基礎(chǔ)周邊地表有隆起現(xiàn)象.只有產(chǎn)生大于基礎(chǔ)寬度之半的 下沉量時(shí),滑動(dòng)面才會(huì)露于地表.任何情況下,建筑物均不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性傾倒,基礎(chǔ)總是下沉,深埋于地基之中.(二)破壞模式p-s曲線的 特點(diǎn)三種破壞模式的 p-s曲線雖然各有特點(diǎn),但整體剪切破壞明顯存在三個(gè)變形階段,見圖18-29.1線性變形階段荷載p較小 時(shí),出現(xiàn)oa直線段,土粒發(fā)生豎向位移,孔隙減小 ,產(chǎn)生地基的 壓密變形,土中各點(diǎn)均處于彈性應(yīng)力平衡狀態(tài),地基中應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系可用彈性力學(xué)理論求解.2塑性變形階段如圖中ac段,a點(diǎn)的 荷載為地基邊緣將出現(xiàn)塑性區(qū)的 臨界值,故稱a點(diǎn)

3、的 荷載為臨塑荷載pcr.曲線ac段表明p-s不再是線性關(guān)系,變形速率不斷加大,主要是塑性變形.隨荷載的 加大,塑性變形區(qū)從基礎(chǔ)邊緣逐漸開展并加大加深,荷載加大到c點(diǎn)時(shí),塑性變形區(qū)擴(kuò)展為連續(xù)滑動(dòng)面,則地基瀕臨失穩(wěn)破壞,故稱c點(diǎn)對應(yīng)的 荷載為極限荷載pu.p-s曲線上的 峰值荷載(圖中曲線1、2)或p-s曲線變化率變?yōu)楹阒灯鹗键c(diǎn)的 荷載(曲線3)均定為戶.值.ac段上任意一點(diǎn)對應(yīng)的 荷載均稱為塑性荷載.pcr與pu可視為塑性荷載中的 特殊點(diǎn).3完全破壞階段p-s曲線c點(diǎn)以下的 階段,基礎(chǔ)急劇下沉,荷載不能增加(圖中曲線1、2)或荷載增加不多(曲線3).二、臨塑荷載、界限荷載、極限荷載、破壞荷載臨

4、塑荷載pc是指地基中剛要出現(xiàn)塑性剪切區(qū)的 臨界荷載.塑性荷載是指地基中發(fā)生任一大小 塑性區(qū)時(shí),其相應(yīng)的 荷載.如基底寬度為b,塑性區(qū)開展深度為b/4或b/3時(shí),相應(yīng)的 荷載為、稱為界限荷載.極限荷載pu指使地基發(fā)生失穩(wěn)破壞前的 那級荷載.破壞荷載是指基地發(fā)生失穩(wěn)破壞時(shí)的 荷載.三、地基承載力概念 地基承載力是指單位面積上地基所能承受的 荷載.地基承受這一荷載時(shí),在強(qiáng)度方面,相對于破壞狀態(tài)的 極限荷載有足夠大的 安全儲(chǔ)備;而所產(chǎn)生的 變形均在容許的 范圍內(nèi). 四、地基承載力的 確定方法按應(yīng)地基規(guī)范規(guī)定確定地基承載力.地基承載力特征值也可由載荷試驗(yàn)或其他原位測試公式計(jì)算,并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜

5、合確定.(一)按地基規(guī)范規(guī)定確定地基承載力當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3米或埋置深度大于0.5米時(shí),從荷載試驗(yàn)或其他原位測試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的 地基承載力特征值,尚應(yīng)按下式修正(18-51)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(kPa),按規(guī)范的 原則確定;、-分別為基礎(chǔ)寬度和埋深的 地基承載力修正系數(shù),按基底下土的 類別查規(guī)范表取值;-基礎(chǔ)底面以下土的 重度(kN/米3),地下水位以下取浮重度; b-基礎(chǔ)底面寬度(米),當(dāng)基寬小 于3米按3米取值,大于6米按6米取值; 米-基礎(chǔ)底面以上土的 加權(quán)平均重度(kN/米3),地下水位以下取有效重度; d-基礎(chǔ)埋置深度(

6、米),一般自室外地面標(biāo)高算起,在填方整平地區(qū),可自填土地面標(biāo)高處算起,但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時(shí),應(yīng)從天然地面標(biāo)高處算起,對于地下室,如采用箱形基礎(chǔ)或筏基時(shí),基礎(chǔ)埋置深度自室外地面標(biāo)高處算起,當(dāng)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時(shí),應(yīng)從室內(nèi)地面標(biāo)高處算起.【例18-12】在相同的 砂土地基上,甲、乙兩基礎(chǔ)的 底面均為正方形,且埋深相同.基礎(chǔ)甲的 面積為基礎(chǔ)乙的 2倍,根據(jù)載荷試驗(yàn)得到的 承載力進(jìn)行深度和寬度修正后,有:A基礎(chǔ)甲的 承載力大于基礎(chǔ)乙B基礎(chǔ)乙的 承載力大于基礎(chǔ)甲C兩個(gè)基礎(chǔ)的 承載力相等D根據(jù)基礎(chǔ)寬度不同,基礎(chǔ)甲的 承載力可能大于或等于基礎(chǔ)乙的 承載力,但不會(huì)小 于基礎(chǔ)乙的 承載力解 增大基礎(chǔ)

7、寬度和埋深可以提高地基承載力.根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2011),可對基礎(chǔ)寬度在3- 6米范圍內(nèi)的 基礎(chǔ)地基承載力進(jìn)行提高修正.據(jù)題意,影響兩基礎(chǔ)地基承載力的 因素只有基礎(chǔ)寬度.答案:D【例18-13】對于相同的 場地,下面哪種情況可以提高地基承載力并減少沉降？A.加大基礎(chǔ)埋深,并加做一層地下室B基底壓力p(kPa)不變,加大基礎(chǔ)寬度C建筑物建成后抽取地下水D建筑物建成后,填高室外地坪解 A項(xiàng),增大基礎(chǔ)埋深可減小 基底附加應(yīng)力,進(jìn)而減小 基礎(chǔ)沉降,且由地基承載力特征值計(jì)算公式:可知,埋深d值增大,可適當(dāng)提高地基承載力;B項(xiàng),加大基礎(chǔ)寬度可提高地基承載力,但當(dāng)基礎(chǔ)寬度過大時(shí),基

8、礎(chǔ)的 沉降量會(huì)增加;c項(xiàng),抽取地下水會(huì)增大土的 自重應(yīng)力,進(jìn)而增大基礎(chǔ)沉降量;D項(xiàng),提高室外地坪,增大了 基底附加應(yīng)力,進(jìn)而會(huì)增大基礎(chǔ)沉降量.答案:A【例18-14】關(guān)于地基承載力特征值的 深度修正式伽,下面說法不正確的 是:A. 的 最大值為B總是大于或等于0,不能為負(fù)值C總是大于或等于1D取基底以上土的 重度,地下水以下取浮重度解 建筑地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:“d為基礎(chǔ)埋深,宜為室外地面標(biāo)高算起”.規(guī)范中并未對基礎(chǔ)埋深最大值作出限值.答案:A【例18-15】下面哪種情況不能提高地基承載力:A.加大基礎(chǔ)寬度B增加基礎(chǔ)埋深C降低地下水D增加基礎(chǔ)材料的 強(qiáng)度解:巖基的 破壞主要為剪切破壞,因此,

9、從理論上看,極限承載力應(yīng)該主要取決于巖體和結(jié)構(gòu)面的 抗剪強(qiáng)度.答案:D (二)按荷載試驗(yàn)確定地基承載力載荷試驗(yàn)是地基承載力的 原位測試方法.1淺層平板載荷試驗(yàn)(1)地基土淺層平板載荷試驗(yàn)可適用于確定淺部地基土層的 承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的 承載力.承壓板面積不應(yīng)小 于0.25米2,對于軟土不應(yīng)小 于0.5米2.(2)試驗(yàn)基坑寬度不應(yīng)小 于承壓板寬度或直徑的 3倍.應(yīng)保持試驗(yàn)土層的 原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度.宜在擬試壓表面用粗砂或中砂層找平,其厚度不超過20米米.(3)加荷分級不應(yīng)少于8級,最大加載量不應(yīng)小 于設(shè)計(jì)要求的 兩倍.(4)每級加載后,按間隔10米in、10米in、10米in、15米in

10、、15米in,以后為每隔半小 時(shí)測讀一次沉降量,當(dāng)在連續(xù)兩小 時(shí)內(nèi),每小 時(shí)的 沉降量小 于O.1米米時(shí),則認(rèn)為已趨穩(wěn)定,可加下一級荷載.(5)當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí),即可終止加載:承壓板周圍的 土明顯地側(cè)向擠出;沉降量s急驟增大,荷載一沉降(p-s)曲線出現(xiàn)陡降段;在某一級荷載下,24h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定;沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06.當(dāng)滿足前三種情況之一時(shí),將其對應(yīng)的 前一級荷載定為極限荷載.(6)承載力特征值的 確定應(yīng)符合下列規(guī)定:當(dāng)p-s曲線上有比例界限時(shí),取該比例界限所對應(yīng)的 荷載值; 極限荷載小 于對應(yīng)比倒界限的 荷載值的 2倍時(shí),取極限荷載值的 一半; 不能按

11、上述兩款要求確定時(shí),當(dāng)壓板面積為0.250. 50米2,可取s/b=0.010.015所對應(yīng)的 荷載,但其值不應(yīng)大于最大加載量的 一半.(7)同一土層參加統(tǒng)計(jì)的 試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè),當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測值的 極差不超過其平均值的 30%時(shí),取此平均值作為該土層的 地基承載力特征值fak.2深層平板載荷試驗(yàn)要點(diǎn)(1)深層平板載荷試驗(yàn)可適用于確定深部地基土層及大直徑樁樁端土層在承壓板下主要影響范圍內(nèi)的 承載力.(2)深層平板載荷試驗(yàn)的 承壓板采用直徑為0.8米的 剛性板,緊靠承壓板周圍外側(cè)的 土層高度應(yīng)不少于80厘米.(3)加荷等級可按預(yù)估極限承載力的 1/101/15分級施加.(4)每級加荷后,第一個(gè)小

12、時(shí)內(nèi)按間隔10米in、10米in、10米in、15米in、15米in,以后為每隔半小 時(shí)測讀一次沉降量.當(dāng)在連續(xù)兩小 時(shí)內(nèi),每小 時(shí)的 沉降量小 于0.1米米時(shí),則認(rèn)為已趨穩(wěn)定,可加下一級荷載.(5)當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí),可終止加載:沉降量s急驟增大,荷載-沉降( p-s)曲線上有可判定極限承載力的 陡降段,且沉降量超過0.04d(d為承壓板直徑);在某級荷載下,24h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定;本級沉降量大于前一級沉降量的 5倍;當(dāng)持力層土層堅(jiān)硬,沉降量很小 時(shí),最大加載量不小 于設(shè)計(jì)要求的 2倍.(6)承載力特征值的 確定應(yīng)符合下列規(guī)定:當(dāng)p-s曲線上有比例界限時(shí),取該比例界限所對應(yīng)的 荷載值

13、;滿足前三條終止加載條件之一時(shí),其對應(yīng)的 前一級荷載定為極限荷載,當(dāng)該值小 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;不能按上述兩款要求確定時(shí),可取s/d=0.010.015所對應(yīng)的 荷載值,但其值不應(yīng)大于最大加載量的 一半.(7)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)測值的 極差不超過平均值的 30%時(shí),取此平均值作為該土層的 地基承載力特征值fak.(三)按土的 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算地基承載力(不常用)當(dāng)荷載偏心距e小 于或等于0.033的 基礎(chǔ)地面寬度(即:e0. 033l,而l指的 是彎矩作用方向的 基礎(chǔ)底面尺寸)時(shí),根據(jù)由試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)得到的 土的 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

14、值,可按下式計(jì)算地基土承載力特征值(18-52)式中: fa由土的 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的 地基承載力特征值(kPa);米b、米d、米c承載力系數(shù),可查相應(yīng)表格;b基礎(chǔ)底面寬度,b6米時(shí)按6米計(jì),對于砂土b3米時(shí)按3米計(jì); ck-基底下一倍基寬深度范圍內(nèi)的 黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa);d、米同前.(四)按理論計(jì)算公式確定地基承載力 1斯肯普頓地基極限承載力公式 斯肯普頓公式應(yīng)用于飽和軟黏土地基(=0).(18-53)它是飽和軟黏土地基在條形荷載作用下的 極限承載力公式.是普朗特爾一雷斯諾極限荷載公式在=0時(shí)的 特例.對于矩形基礎(chǔ),參考前人的 研究成果,斯肯普頓( A.WSke米pton,1952)給出

15、的 地基極限承載力公式為 (18-54)式中:c-地基土黏聚力(kPa)取基底以下0.707b深度范圍內(nèi)的 平均值,考慮飽和黏性土和粉土在不排水條件下的 短期承載力時(shí),黏聚力應(yīng)采用土的 不排水抗剪強(qiáng)度cu;b、l、d-分別為基礎(chǔ)的 寬度、長度和埋深(米); -基礎(chǔ)埋置深度d范圍內(nèi)土的 加權(quán)平均重度(kN/米3).工程實(shí)際證明,用斯肯普頓公式計(jì)算的 軟土地基承載力與實(shí)際情況是比較接近的 ,安全系數(shù)K可取1.11.3.2太沙基地基極限承載力公式太沙基( K. Terzaghi,1943)提出了 條形淺基礎(chǔ)的 極限荷載公式.太沙基從實(shí)用的 角度考慮認(rèn)為,當(dāng)基礎(chǔ)的 長寬比l/b5及基礎(chǔ)的 埋置深度d6

16、時(shí),就可視為是條形淺基礎(chǔ).基底以上的 土體看作是作用在基礎(chǔ)兩側(cè)底面上的 均布荷載q= d,并假定基礎(chǔ)底面是粗糙的 .太沙基的 極限承載力公式 (18-55)式中:N、Nq、Nc為承載力系數(shù),它們都是無量綱系數(shù),僅與土的 內(nèi)摩擦角有關(guān),可由表18-4查得.太沙基公式承載力系數(shù)表表18-4O5010015020025030.350400450NOO511.201.804.011.021.845.4125326Nq1.01.642.694.457.4212.722.541.481.3173.3Nc5.717.329.5812.917.625.137.257.795.7172.2公式(18-55)只適

17、用于條形基礎(chǔ),對于圓形或方形基礎(chǔ),太沙基提出了 半經(jīng)驗(yàn)的 極限荷載公式.圓形基礎(chǔ) (18-56)式中:R-圓形基礎(chǔ)的 半徑;其余符號意義同前.方形基礎(chǔ) (18-57)式(1855)式(18-57)只適用于地基土是整體剪切破壞的 情況,即地基土較密實(shí),其p-s曲線有明顯的 轉(zhuǎn)折點(diǎn),破壞前沉降不大等.對于松軟土質(zhì),地基破壞是局部剪切破壞,沉降較大,其極限荷載較小 .太沙基建議在這種情況下采用較小 的 ;、c值代入上述各式計(jì)算極限承載力.即令, (18-58)根據(jù)值從表18-4中查承載力系數(shù),并用代入公式計(jì)算.用太沙基極限承載力公式計(jì)算地基承載力時(shí),其安全系數(shù)一般取為3.3漢森地基承載力公式漢森(BHanson,1961,1970)提出的 在中心傾斜荷載作用下,不同基礎(chǔ)形狀及不同埋置深度時(shí)的 極限承載力計(jì)算公式如下 (18-59)式中:、承載力系數(shù),、荷載傾斜系數(shù);、基礎(chǔ)形狀系數(shù);、深度系數(shù).其余符號意義同前.以上所有系數(shù)均可查有關(guān)表格.(五)按當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)確定基地承載力在擬建場地附近,調(diào)查鄰近已有建筑物的 形式、構(gòu)造、荷載、地基土層情況與采用的 承載