土力学与地基基础教学PPT地基承载力(2).ppt

地基承载力,土力学与地基基础,5.4,地基承载力,二、按塑性区的发展深度确定承载力,三、地基极限承载力,四、按原位试验确定承载力,五、根据地基土强度指标确定承载力,一、地基破坏的模式,地基承受建筑物荷载,地基应力状态改变,地基变形,地基失稳,地基破坏的模式,地基变形与地基土的压缩性有关,建筑物基础沉降或沉降差,上部结构倾斜、开裂或损坏,沉降,倾斜,开裂,地基失稳与地基土的强度有关,地基土发生滑动剪切破坏,上部结构倒塌,在粘土地基上的某谷仓地基破坏情况,1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆,水泥仓地基整体破坏,蓝粘土,石头和粘土,地基土可能的滑动方向,岩石,黄粘土,地基土不堪重负而滑动,地基承载力：,地基承受荷载的能力。数值上用地基单位面积上所能承受的荷载来表示。,极限承载力,地基承受荷载的极限能力。数值上等于地基所能承受的最大荷载。,容许承载力,保留足够安全储备，且满足一定变形要求的承载力。,建筑物地基设计的基本要求：,稳定要求：荷载小于承载力（抗力）,变形要求：变形小于设计允许值 SS,与土的强度有关,与土的压缩性有关,地基承载力,沉降计算（分层总和法）,地基土体因承载能力不足出现的破坏均为剪切破坏,浅基础的地基剪切破坏的模式有：,整体剪切破坏,局部剪切破坏,冲剪破坏,整体剪切破坏的特点,整体剪切破坏：是在基础荷载作用下，地基发生连续剪切滑动面的破坏模式。由普朗德尔（Prandtl）在1920年提出。,整体剪切破坏,多发生于土质坚实，基础埋深浅的地基。,pcr,a,阶段1弹性压密阶段,当ppcr时：,p由0逐渐增大；,ps为线性关系；,地基土逐渐压密，但不出现破坏；,基础下沉；,F,p,阶段2局部破坏阶段,pu,b,当pcrppu时：,随p逐渐增大；首先在基础边缘出现破坏区域,ps为曲线关系；,破坏区域的范围随p增大而发展；直至连成片。,基础沉降增大；,阶段3完全破坏段,当ppu时：,随p逐渐增大；地基土体沿形成的滑动面向外滑动；,基础四周地表隆起：,基础急剧下沉：,PS曲线特征具有明显的转折点；不会发生过大的沉降；一般发生在密砂和坚硬的粘土中；破坏有一定突然性。,破坏特征产生近似线弹性变形；在基础的边缘以下土体首先发生剪切破坏；剪切破坏区也逐渐扩大；连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏。,局部剪切破坏的特点,局部剪切破坏：是在基础荷载作用下，地基某一范围内发生剪切破坏区的破坏模式。由太沙基（Terzaghi）在1943年提出。,局部剪切破坏,多发生于土质松软，基础埋深较大的地基。,在荷载逐步施加的初始阶段，ps就呈非线性关系并无明显的拐点。,随p逐渐增大；基础下的破坏区域不断发展，连成整体。,pu,当压力增加到pu时，剪切破坏面将继续延伸到一定位置，但未到达地表。基础四周土被挤出，地面稍有隆起。,破坏特征基础的边缘以下土体首先发生剪切破坏；剪切破坏区也逐渐扩大；基础两侧土体有部分隆起；滑动面没有发展到地面；基础没有明显的倾斜或倒塌。,ps曲线特征没有明显的转折点；其直线段范围较小；是一种以变形为主要特征的破坏模式。,冲剪破坏的特点,冲剪破坏：是在基础荷载作用下，地基土体发生垂直剪切破坏，使基础产生交大沉降的破坏模式。由德贝尔（De Beer）在1958年提出。,冲剪破坏,多发生于土质松软，基础埋深大的地基。,随着压力的增加，基础持续下沉；,因为地基土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入。,ps曲线从开始就呈非线性，没有转折点；,地基不出现连续滑动面，基础侧面地面不出现隆起，因而基础边缘下的地基垂直剪切破坏。,破坏特征基础产生连续沉降；基础周围的部分土体也产生下陷；不出现明显的破坏区和滑动面；基础没有明显的倾斜；在压缩性较大的松砂软土易发生；以变开为特征的破坏模式。,地基承载力的确定,以地基整体剪切破坏的模式确定承载力,地基承载力的确定方法有：,按塑性区的发展深度确定,根据地基承载力的理论公式确定,依据原位试验确定,地基承载力,二、按塑性区的发展深度确定承载力,三、地基极限承载力,四、按原位试验确定承载力,五、根据地基土强度指标确定承载力,一、地基破坏的模式,1.基本原理整体剪切破坏,按塑性区的发展深度确定,地基发生整体剪切破坏；,破坏区域的范围随压力增大而增大；,破坏区域的最大深度与压力有关；,确定p与zmax之间的关系；,限制zmax，得到p，作为地基承载力；,2.地基塑性变形区的边界方程；,q=0d,p,0,z,M,b,条形基础承受竖向均布基底压力；,0,b,由基底附加压力在M点产生的主应力为；,M点位于塑性破坏区的边缘上；,按塑性区的发展深度确定,假设地基中原有的自重应力场为：,则M点总的大、小主应力为：,因M点位于塑性破坏区的边缘上；,则M点的大、小主应力满足极限平衡条件；,按塑性区的发展深度确定,将M点的大、小主应力代入上式，得：,该式即为地基塑性变形区的边界方程。表示在一定基底压力p作用下，塑性区边界上任一点的深度z与0角的关系。,按塑性区的发展深度确定,求塑性变形区边界方程的极值。,令,得,该式即为地基塑性变形区的最大深度与基底压力p的关系。,按塑性区的发展深度确定,3.临塑荷载,令zmax=0，得临塑荷载pcr为：,承载力系数：,临塑荷载由两部分组成:,这两部分都是内摩擦角的函数。,第一部分为地基土粘聚力的作用;,第二部分为基础两侧超载或基础埋深的影响;,临塑荷载 例题4.4P167,3.临界荷载,临界荷载：是指允许地基产生一定范围塑性区所对应的荷载。,允许塑性区开展深度的范围大小与建筑物的重要性、荷载性质和大小、基础形式和特性、地基土的物理力学性质等有关。,根据工程实践经验，在中心荷载作用下，控制塑性区最大开展深度为b/4，偏心荷载作用下控制为b/3，对一般建筑物是允许的。,令zmax=b/4，得p1/4为：,令zmax=b/3，得p1/3为：,第一部分表现为基础宽度和地基土重度的影响；第二、第三部分反映了地基土粘聚力和基础埋深对承载力的影响，这两部分组成了临塑荷载。,临界荷载 例题4.5,地基承载力,二、按塑性区的发展深度确定承载力,三、地基极限承载力,四、按原位试验确定承载力,五、根据地基土强度指标确定承载力,一、地基破坏的模式,太沙基极限承载力公式,基本假设：,1 基底完全粗糙。,当地基破坏时，基础底下的土楔体ABC处于弹性平衡状态，称为弹性核。AC面与水平面呈角。,A,B,C,2 地基破坏时沿着CDF曲面滑动，出现连续的滑动面。DF面与水平面的夹角为45-/2。ADF为朗肯被动区，ACD为对数螺线过渡区。,pu,90,45-/2,q=0d,A,B,C,D,F,3 将基底以上的地基土看作均布荷载q=0d，不考虑其强度。,4 条形基础作用均布压力，地基发生整体剪切破坏。,隔离体分析,N、Nq、Nc承载力系数，都是土的内摩擦角的函数，可从下图中实线查得。,极限承载力pu的组成及影响因素：,滑动土体自重产生的抗力,取决于土的重度以及滑动土体的体积。随基础宽度的增大，滑动土体的长度和深度增大。即极限承载力随基础宽的的增加而线性增大。,滑动面上的粘聚力产生的抗力,取决于土的粘聚力及滑动面的长度。,侧荷载 0d 产生的抗力,来自于基底以上土体的上覆力，基础埋深越大，极限承载力越大。,同时土的内摩檫角影响着滑动面的形状。随内摩檫角的增加，极限承载力增大,按原位试验确定地基承载力,一、按载荷试验确定地基承载力特征值fak,载荷板,千斤顶,百分表,在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的浅部地基土体直接加荷，所测得的成果一般能反映相当于12倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。,载荷试验的ps曲线,2.当极限荷载小于对应比例界限荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；,承载力特征值fak的确定：,1.当ps曲线上有比例界限（临塑荷载）时，取该比例界限所对应的荷载值；,3.当不能满足上述二点时，按下述方法确定：,如承压板面积为0.250.50m2，可取s/b=0.010.015（b承压板宽度或直径）所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。,同一土层参加统计的试验点不应少于3点，各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。,