土质学与土力学安徽理工大学资源与环境工程系课件.ppt
土质学与土力学安徽理工大学资源与环境工程系,第十章 地基承载力,概述 地基的变形和失稳 原位试验确定地基承载力 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力 确定地基极限承载力的理论公式 按规范确定地基的容许承载力 影响地基承载力的因素,概述,在设计建筑物基础时，必须满足下列条件：地基：强度承载力容许承载力 变形变形量（沉降量）容许沉降量,1、地基承载力：指地基土单位面积上所能随荷载的能力。地基承载力问题属于地基的强度和稳定问题。2、容许承载力：指同时兼顾地基强度、稳定性和变形要求 这两个条件时的承载力。它是一个变量，是和建筑物允许 变形值密切联系在一起。3、地基承载力标准值：是根据野外鉴别结果确定的承载力值。包括：标贯试验、静力触探、旁压及其它原位测试得到的值。4、地基承载力基本值：是根据室内物理、力学指标平均值，查表确定的承载力值，包括载荷试验得到的值）。5、极限承载力：指地基即将丧失稳定性时的承载力。,几个名词,概述,地基承载力确定的途径,1根据原位试验确定：载荷试验、标准贯入、静 力触探等。每种试验都有一定的适用条件。2根据地基承载力的理论公式确定。3根据建筑地基基础设计规范确定。根据大量测试资料和建筑经验，通过统计分析，总结出各种类型的土在某种条件下的容许承载力，查表。一般：一级建筑物：载荷试验，理论公式及原位测试确定f；二级建筑物：规范查出，原位测试；尚应结合理论公式；三级建筑物：邻近建筑经验。,概述,确定地基承载力应考虑的因素,1基础形状的影响：在用极限荷载理论公式计算地基承载力时是按条形基础考虑的，对于非条形基础应考虑形状不同地基承载的影响。2荷载倾斜与偏心的影响：在用理论公式计算地基承载力时，均是按中心受荷考虑的，但荷载的倾斜荷偏心对地基承载力是有影响的。3覆盖层抗剪强度的影响：基底以上覆盖层抗剪强度越高，地基承载力显然越高，因而基坑开挖的大小和施工回填质量的好坏对地基承载力有影响。4地下水的影响：地下水水位上升会降低土的承载力。5下卧层的影响：确定地基持力层的承载力设计值，应对下卧层的影响作具体的分析和验算。6此外还有基底倾斜和地面倾斜的影响：地基土压缩性和试验底板与实际基础尺寸比例的影响。相邻基础的影响，加荷速率的影响和地基与上部结构共同作用的影响等。,地基的变形和失稳,地基变形的三个阶段,a.线性变形阶段,塑性变形区,连续滑动面,oa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中f,地基处于弹性平衡状态,b.弹塑性变形阶段,ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区,c.破坏阶段,bc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化,地基的变形和失稳,地基的破坏形式,地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力称为临塑荷载pcr,地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力称为极限荷载pu,1.整体剪切破坏,a.p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段,b.地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面,c.荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起,地基的变形和失稳,2.局部剪切破坏,a.p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段,b.塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内,c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起,3.冲剪破坏,b.地基不出现明显连续滑动面,c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷,a.p-s曲线没有明显的转折点,地基的破坏形式,地基的变形和失稳,某谷仓的地基整体破坏,地基的变形和失稳,1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆,地基的变形和失稳,在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏,地基的变形和失稳,1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化,1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化,地基的变形和失稳,地基液化引起的建筑物破坏,地基的变形和失稳,某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降达2.2米，存在明显的沉降差。,墨西哥的沉降问题是世界著名的,地基的变形和失稳,比萨斜塔-不均匀沉降的典型,始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。倾斜5.5，顶部偏心2.1米,地基的变形和失稳,大阪 Nishinomiya 桥的桥墩破坏.6个桥墩中至少2个严重破坏，其可能的原因是岸边桥墩的大变形导致第一组桥墩过载。,日本1995年1月17日阪神大地震,原位试验确定地基承载力,一、载荷试验法,由拐点得地基极限承载力pu，除以安全系数Fs得容许承载力p,p-s曲线确定地基承载力特征值:,1.p-s曲线有明确的比例界限时，取比例界限所对应的荷载值,2.极限荷载能确定，且值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半,3.不能按上述两点确定时，取s/b=0.010.015对应荷载值；但值不应大于最大加载量的一半,原位试验确定地基承载力,二、静力触探试验法,Qf,Qc,用静压力将装有探头的触探器压入土中，通过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接反映了土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验所得到的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变形模量及压缩模量建立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量,方法介绍：,探头阻力Q可分为两个部分,1.锥头阻力Qc,2.侧壁摩阻力Qf,比贯入阻力：探头单位截面积的阻力,原位试验确定地基承载力,二、静力触探试验法,梅耶霍夫公式：,国内建议公式：,式中Ps：贯入阻力（kPa）B：基础宽度 D：埋置深度,Kpa,Kpa,式中：f 承载力设计值，fk标准值，r1天然容重，r0为基底以上土的加权平均容重，地下水以下取浮容重；B，D相应于基础宽度和埋置深度的承载力修正系数，查表。,原位试验确定地基承载力,三、标准贯入试验法,试验时，先行钻孔，再把上端接有钻杆的标准贯入器放至孔底，然后用质量为63.5kg的锤，以76cm的高度自由下落将贯入器先击入土中15cm，然后测继续打30cm的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数,方法介绍：,建立标准贯入击数与地基承载力之间的对应关系，可以得到相应标准贯入击数下的地基承载力,原位试验确定地基承载力,四、旁压试验,水箱,钻孔内进行横向载荷试验,用以测定较深处土层的变形模量和承载力,按塑性区开展深度确定地基的容许承载力,一、塑性区的发展范围,根据弹性理论，地基中任意点由条形均布压力所引起的附加大、小主应力,假定在极限平衡区土的静止侧压力系数K0=1，M点土的自重应力所引起的大小主应力均为(dz),M点达到极限平衡状态，大、小主应力满足极限平衡条件,按塑性区开展深度确定地基的容许承载力,塑性区边界方程,塑性区最大深度zmax,一、塑性区的发展范围,按塑性区开展深度确定地基的容许承载力,二、临塑荷载pcr和界限荷载,当zmax0，地基所能承受的基底附加压力为临塑荷载,塑性区开展深度在某一范围内所对应的荷载为界限荷载,中心荷载,偏心荷载,确定地基极限承载力的理论公式,一、普朗特尔极限承载力理论,普朗特尔公式是求解宽度为B的条形基础，置于地基表面，在中心荷载P作用下的极限荷载Pu值。普朗特尔的基本假设及结果，归纳为如下几点：（1）地基土是均匀，各向同性的无重量介质，即认为土的r=0，而只具有C，的材料。（2）基础底面光滑，即基础底面与土之间无摩擦力存在，所以基底的压应力垂直于地面。（3）当地基处于极限平衡状态时，将出现连续的滑动面，其滑动区域将由朗肯主动区I，径向剪切区II或过渡区和朗肯被动区III所组成。,确定地基极限承载力的理论公式,一、普朗特尔极限承载力理论,将无限长，底面光滑的荷载板至于无质量的土(0)的表面上，荷载板下土体处于塑性平衡状态时，塑性区分成五个区,区：主动朗肯区，1竖直向，破裂面与水平面成45o/2,区：普朗特尔区，边界是对数螺线,区：被动朗肯区，1水平向，破裂面与水平面成45o/2,确定地基极限承载力的理论公式,普朗特尔理论的极限承载力理论解,式中：,承载力系数,当基础有埋深d 时,式中：,二、太沙基极限承载力理论,底面粗糙，基底与土之间有较大的摩擦力，能阻止基底土发生剪切位移，基底以下土不会发生破坏，处于弹性平衡状态,区：弹性压密区(弹性核),区：普朗特尔区，边界是对数螺线,区：被动朗肯区，1水平向，破裂面与水平面成45o/2,确定地基极限承载力的理论公式,太沙基理论的极限承载力理论解,Nr、Nq、Nc均为承载力系数，均与有关，太沙基给出关系曲线，可以根据相关曲线得到,上式适用于条形基础整体剪切破坏情况，对于局部剪切破坏，将c和tan均降低1/3,方形基础,局部剪切破坏时地基极限承载力,Nr、Nq、Nc为局部剪切破坏时承载力系数，也可以根据相关曲线得到,对于方形和圆形基础，太沙基提出采用经验系数修正后的公式,圆形基础,三、汉森极限承载力理论,对于均质地基、基础底面完全光滑，受中心倾斜荷载作用,式中：,汉森公式,Sr、Sq、Sc 基础的形状系数ir、iq、ic 荷载倾斜系数dr、dq、dc 深度修正系数gr、gq、gc 地面倾斜系数br、bq、bc 基底倾斜系数Nr、Nq、Nc 承载力系数,说明：相关系数均可以有相关公式进行计算,确定地基极限承载力的理论公式,确定地基极限承载力的理论公式,地基的容许承载力将上述各公式算出的极限承载力Pu，除以安全系数Fs，即得到地基的容许承载力PPu/Fs Fs:2-3 在设计时，基底压力P 应满足PP的要求。,按规范确定地基的容许承载力自学,影响地基承载力的因素,一、土的容重和地下水位,1、若地下水位在理论滑动面以下，则土的容重一律采用湿容重。2、若地下水位从理论滑动以下上升到地面或地面以上，则土的容重由原来的天然湿容重降为浮容重，此时地基的承载力也将相应的降低。对于c0的无粘性土，这种降低更明显，地基的承载力与土的容重成正比的减少。3、若地下水位上升至与基底齐平处，则要将公式中的第一项容重用浮容重计算即可，此时地基的承载力为：,影响地基承载力的因素,一、土的容重和地下水位,4、若地下水位在滑动面与基础底面之间，一般可以近似假定滑动面的最大深度等于基础宽度B，此时，基底以下土的容重可采用平均值并按下式计算：,式中：d地下水位至基底的距离 水位以上土的天然湿容重,则承载力公式可表示为：,5、若地下水位在基底与地面之间，则按下式计算：,式中:d1 为地下水位至地面的距离。,影响地基承载力的因素,二、基础的宽度,地基的承载力还与基础的尺寸和形状有关。由承载力的 公式可知。基础的宽度B越大，承载力越高。但当基础的宽度达到某一数值以后，承载力不再随着宽 度的增加而增加。规范中规定，当B6m时，采用B6m进行宽度修正的限制 也含有此意。另外，对二粘性地基，由于B增大，虽然基底压力可减小，但应力影响深度增加，有可能使基础的沉降加大。,影响地基承载力的因素,三、基础的埋置深度,增加D同样可以提高地基的承载力。由于D增加，基底尽压力将减小，相应的可以减少 基础的沉降。因此，增加D对提高软粘土地基的稳定性和减少沉降 均有明显效果，常被采用，但基础埋深太深，基础 开挖也愈困难。,
