【教学课件】第10章地基承载力.ppt

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1、第10章 地基承载力,10.1 概述,地基承载力概念,建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求,1.变形要求,建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物所允许的范围内,2.稳定要求,建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内,地基承载力：地基所能承受荷载的能力,一、地基的破坏形式,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,2.局部剪切破坏,a.p-s曲线转折点不明显，没有明显

2、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,1,3,2,整体剪切破坏,冲剪破坏,局部剪切破坏,二、地基的破坏过程及特征荷载(一)地基的破坏过程,1.直线变形阶段(oa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,2.局部剪切破坏阶段(ab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,3.整

3、体剪切破坏阶段(bc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,(二)特征荷载 1.临塑荷载: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.应用:可作为一种地基承载力,但安全余量较大.基底接触压力的设计值P f=Pcr f:地基承载力的设计值,kpa.,3.极限荷载: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,2.临界荷载:塑性区最大深度Zmax=B/3,B/4时对应的基底接触压力大小,分别称为地基的临界荷载P1/3,P1/4.,应用:可作为一种地基承载力,经济又安全.中

4、压:基底接触压力的设计值P f=P1/4 偏压:(Pmax+Pmin)/21.2 f=1.2P1/3,应用:基底接触压力的设计值P f=Pu/K f:地基承载力的设计值,kpa.K1.5-3.0;K:地基承载力安全系数 由建筑物的等级,规模,重要性决定.,三.地基承载力极其确定方法,目前水工建筑物地基设计计算中常用的地基设计承载力有两类,一是地基容许承载力,二是地基承载力设计值.确定地基承载力一般常采用以下几种方法:理论公式法,这种方法又分为两大类:1)按塑性变形区的发展范围确定承载力,2)按极限荷载确定承载力;现场原位试验法;地基规范查表法.,10.2 按塑性变形区深度确定地基承载力,一、塑

5、性变形区的范围,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、小主应力分别为,(其中 0=2),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,塑性区边界方程,塑性区最大深度zmax,二、临塑荷载pcr和临界荷载,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,10.3 浅基础地基的极限承载力,一、普朗特尔极限承载力公式,1920年，普朗特尔根据塑性理论，在研究刚性物体压入均匀、各向同性、较软的无重量介质时，导出达到

6、破坏时的滑动面形状及极限承载力公式,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,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、太沙基极限承载力公式,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

7、/2,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、汉森极限承载力公式,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

8、、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,10.4 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,载荷试验:,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。

9、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,静力触探试验,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

10、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,10.5 按规范查表确定地基承载力,一、按抗剪强度指标确定地基承载力,1.抗剪强度指标标准值ck、k,a.根据室内n组三轴试验结果，计算土性指标的平均值、标准差和变异系数,平均值,标准差,变异系数,b.计算内摩擦角和粘聚力的统计修正系数、c,c.计算内摩擦角和粘聚力的标准值,2.确定地基承载力特征值,当e0.033b，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力,fa 土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值Mb、Md、Mc 承载力系数（可根据k查表得到)地基土的重度，地下水位以下取浮重度d基础埋置深度(m)，从室外地面标高计算m基础底面以上土的加权重度，地下水位以下取浮重度b 基础地面宽度，大于6m时，按6m取值，对于砂土小于 3m时按3m取值ck 基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值,3.确定地基承载力特征值修正,规范规定：当b3m或d0.5m，地基承载力特征值应该进行修正,fa 修正后的地基承载力特征值fak 地基承载力特征值，根据强度指标确定b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（可查表）,说明：规范规定地基承载力特征值还可以由载荷试验或其它原位测试、并结合工程经验等方法综合确定,