项目六地基承载力.ppt

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1、项目六 天然地基容许承载力,任务6.1 地基的破坏形态分析,任务6.2 浅基础的地基临塑荷载和界限荷载、极限荷载,任务6.3 地基承载力确定(按规范确定),理解:地基破坏的基本形式和地基承载力确定的几种方法掌握：1确定地基临塑荷载、塑性荷载、极限荷载的方法；2根据相应规范确定天然地基承载力；了解：根据原位测试方法确定天然地基承载力。难点：地基极限承载力的计算方法,学习目标:,相关案例1,某教学楼软土地基承载力工程实例,工程简介:某教学楼为框架结构，首层层高4.2m，二六层层高均为3.6m；部分为二层，首层为阶梯教室，二层为图书馆，层高均为6.0 m。地基大部分为浅埋的硬塑黏土，地基承载力200

2、kPa；教室部分约有1/3的地基为淤泥质黏土，地基承载力仅80kPa；黏土层下为微风化灰岩，埋深约68m。,基础选型,根据岩土勘察资料，硬塑黏土为良好的持力层，而淤泥质黏土承载力低下，不经处理无法作为持力层，灰岩承载力高，可作为良好的桩端持力层。由于六层教室荷载较大，又无法以淤泥质黏土为持力层，所以初步选择以灰岩为桩端持力层，采用人工挖孔灌注桩，以充分利用灰岩的承载力。而阶梯教室、图书馆仅两层，竖向荷载较小，由于是大跨结构，柱脚弯矩较大，故选择以硬塑黏土为持力层，采用柱下独立基础，利用独立基础进行抗弯设计。两者层数不同，荷载不同，持力层不同，基础型式也不同，在两者之间设置了沉降缝，将两者完全分

3、开。由此案例可以看出，作为地基的土的类型不同其承载力也不同，结合上部建筑物荷载类型及大小，地基基础设计时应进行方案比选，尤其是同一建筑物上部荷载有差异、场地地基的土层的承载力不同，必须结合上部结构和地基情况进行相应的设计。,相关案例2,京沪高铁徐州至上海段工程地质问题,京沪高铁徐州至上海段线路长度647.63km，路基长度112km，占此段线路总长度的17.3。沿线主要分布特殊土层：（）软土路基。主要分布在京杭运河两侧黄淮冲积平原、滁州境内的瓦屋中桥至叶纪棵特大桥之间、徐家洼大桥前后、滁河特大桥前后、长江二级阶地坳沟与丘间谷地、南京至丹阳间江及支流一级阶地及高阶地坳谷区、丹阳至上海长江三角洲平

4、原区等。（）松软土（液化砂土）路基。主要分布在徐州至栏杆间黄淮冲积平原、蚌埠至丹阳间淮河与长江二级阶地的坳谷区及丘间谷地区、长江及其支流一级阶地及长江冲积平原区。（）膨胀土（下蜀粘土）路基。主要分布于宿州丹阳段，以路堑为主.,膨胀土路基为本区段主要矛盾，其主要工程地质问题是路基边坡滑塌、基床翻浆冒泥、桥涵基础下沉、倾斜等。因此，做好路基防排水工作是膨胀土地区路基的主要工作，无论设计、还是施工。建议对此段在施工过程中的要做重点监控。路基边坡滑塌及地基失稳的主要原因是地基强度不足，发生了剪切破坏。由此可见，作为合格的工程技术人员，应该掌握路基边坡土层和地基土的特性，根据工程结构物受力及环境因素影响

5、情况，掌握工程土体破坏原因及破坏方式，了解工程土体的相关特性，合理确定路基边坡及地基土体的加固处理方法，确保工程结构物在使用年限内正常工作。,相关案例3上海展览馆地基下沉,概况 上海展览馆于1954年兴建，因地基约有14m的淤泥质软黏土，建成后当年就下沉600mm。1957年6月展览馆中央大厅四角的沉降最大达1465.5mm，最小沉降为1228mm，不均匀沉降造成此建筑物开裂。1957年月经有关专家的勘察、分析，认为对裂缝修补后可以维持使用。9月，中央大厅地下室的沉降量累计达1650mm，年平均沉降量达51mm。,土层分布,第一层填土，0.240.5；第二层黄褐色粉质黏土，坚硬至可塑，0.96

6、1.16；第三层棕黄色黏土，可塑,1.602.60；第四层灰色粉质黏土，可塑，2.206.3；第五层灰色黏土，可塑，未钻穿（钻孔深度10m）,沉降过大原因分析（）按照基础埋深0.5，持力层为第二层坚硬至可塑黄褐色粉质黏土，较以下各层土（可塑状态）承载力都高，因此地基土的持力层满足承载力要求（基底总应力130kPa，持力层容许承载力150kPa），而下卧层承载力不满足要求（软弱下卧层顶面处，附加应力还有120kPa，远大于该层承载力）。（）基地应力较大，土中应力水平高。基地附加应力124kPa。（）基础面积大，压缩土层相对较薄，应力沿深度衰减比较慢，至主要压缩层底部，附加应力还有70kPa。由此

7、案例可以看出，地基土的类型不同，其承载力也不同，地基基础设计时除了持力层承载力应满足要求外，还要检算下卧层，尤其是软弱下卧层的承载力是否满足要求，否则不仅会造成地基沉降过大，影响建筑物正常使用，还可能会造成地基的整体破坏，造成建筑物倒塌等严重事故。,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,办公楼外墙,黄粘土,2009年6月26日邻近的淀浦河防汛墙出现了70余米塌方险情,27日晨5时30分许,上海市闵行区莲花南路罗阳路口河畔在建的这栋13层高楼突然整体倒覆。,2009年6月27日上海市淀浦河南岸的“莲花河畔景苑”小区一栋在建13层住宅楼发生倒覆,任务6.1地基的破坏形

8、态分析,6.1.1 地基承载力及地基容许承载力的概念,地基承载力（即地基强度）在能满足强度及稳定的要求时，地基土单位面积上容许承受的最大压力（地基承受荷载的能力）。,6.1.2 影响地基承载力的几个因素,（）地基土的堆积年代。在天然状态下，地基土的堆积年代愈久，其承载力也较大，反之，则较小。（）地基土的成因。不同成因的土具有不同的承载力。对同一类土，一般说冲、洪积成因土的承载力要比坡积、残积成因的土大一些。（）土的物理力学性质。地基土的物理力学性质指标是影响承载力高低的直接因素。不同物理力学性质的土，具有不同的承载能力。（）地下水。土的重度的大小对承载力有一定的影响，当土受到地下水的浮托作用时

9、，土的重度就要减小，承载力也就降低。（）建筑物性质。建筑物的结构形式、整体刚度以及使用要求不同，则对容许沉降的要求也不同，因而对承载力的选取也应有所不同。（）建筑物基础。基础尺寸及埋深大小对承载力也有影响。,6.1.3 地基土的变形,现场载荷试验:对地基进行载荷试验可得到载荷板在各级压力p的作用下，其相应的稳定沉降量，绘得p-s 曲线。,p-s 曲线上的oa段，p-s 曲线接近于直线，土中各点的剪应力均小于土的抗剪强度，土体处于弹性平衡状态。载荷板的沉降主要是由于土的压密变形引起的。把p-s 曲线上相应于a点的荷载称为比例界限p cr，也称临塑荷载。,(1)压密阶段(或称直线变形阶段),临塑荷

10、载,(2)剪切阶段 p-s 曲线上的ab段，此段曲线为非线性关系，沉降的增长率随荷载的增大而增加。地基土中局部范围内的剪应力达到土的抗剪强度，土体发生剪切破坏，这些区域也称塑性区。随着荷载的继续增加，土中塑性区的范围也逐步扩大，直到土中形成连续的滑动面，由载荷板两侧挤出而破坏。因此，剪切阶段也是地基中塑性区的发生与发展阶段。相应于p-s 曲线上b点的荷载称为极限荷载pu。,极限荷载,(3)破坏阶段 p-s 曲线上的bc段。当荷载超过极限荷载后，载荷板急剧下沉，即使不增加荷载，沉降也将继续发展，因此，p-s 曲线陡直下降。在这一阶段，由于土中塑性区范围的不断扩展，最后在土中形成连续滑动面，土从载

11、荷板四周挤出隆起，地基土因发生整体剪切破坏而丧失稳定。,6.1.4 地基的破坏形式和地基承载力,试验研究表明，在荷载作用下，建筑物地基的破坏通常是由于承载力不足而引起的剪切破坏，地基剪切破坏的型式可分为整体剪切破坏、局部剪切破坏和刺入破坏三种.,1.地基的破坏形式,整体剪切破坏:常发生在浅埋基础下的密砂或硬粘土等坚实地基中。,对于饱和黏土地基，在基础浅埋而且荷载急速增加的条件下，极易造成整体剪切破坏。,局部剪切破坏:常发生于中等 密实砂土中当基础埋深较大时，无论是砂性土或黏性土地基，最常见的破坏形态就是局部剪切破坏。,当发生局部剪切破坏 时，地基垂直变形是很大的，其数值随基础的埋深而增加。例如

12、：在中密砂层上作用有表面荷载时，极限压力的相对下沉量（为下沉量与基础宽度之比，即狊犫）在10%以上，随着埋深的增加，相对下沉量将相应地提高，一般可达2030。,静荷载曲线没有明显的直线段，地基破坏的曲线也不呈现整体剪切破坏那样的明显的陡降。当基底压力达到一定数值即相应的极限荷载时，基础两侧微微隆起，然而剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域，未形成延伸至底面的连续滑动面。,刺入剪切破坏（冲切破坏）:发生在松砂及软土中,随着荷载的增加，基础出现持续下沉，主要因为地基土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入。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。这种破坏在工程

13、中很少遇到，可不予研究,地基的破坏形式，主要与地基土的性质尤其是与压缩性质有关，还同基础埋置深度、加荷速度等因素有关。较坚硬或密实的土，具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏软弱粘土或松砂土地基，具有中高压缩性，常常呈现局部剪切破坏或者刺入剪切破坏。,2.地基承载力,工程上，为了为了保证地基土不发生剪切破坏而失去稳定，同时也为使建筑物不致因基础产生过大的沉降和差异沉降，而影响其正常使用，在基础设计时，必须把基底压力限制在某一容许承载力之内，称为地基容许承载力。以 表示，可由地基极限承载力除以安全系数K确定，即：,地基容许承载力承载力设计值(特征值),任务6.2浅基础的地基临塑荷载和界限荷载、极

14、限荷载,本节简要介绍计算地基临塑荷载、临界荷载和极限荷载的理论公式,按塑性开展深度确定地基承载力假定条件 1）地基为均质半无限体，将地基中的剪切破坏区即塑性开展区限制在一定范围内。2）允许塑性区有一定的开展范围又保证地基最大限度的安全承担结构荷载时的基地压力确定地基的设计承载力解答思路 依据弹性理论求出地基任意点自重应力和附加应力的表达式，再应用极限平衡条件推求塑性区边界方程，从而通过限定塑性开展区的最大深度获得地基承载力公式。,6.2.1 地基临塑荷载,当地基中的塑性区最大深度，即地基中刚要出现但尚未出现塑性区区时相应的基底压力.,临塑荷载,用Pcr作为地基承载力设计值偏保守而不经济,6.2

15、.2 地基界限荷载,工程实践证明：即使地基发生局部剪切破坏，地基中的塑性区有所发展，只要塑性区的范围不超出某一限度，就不致影响建筑物的安全和使用。,因此，如果用 作为浅基础的地基承载力无疑是偏于保守的，但地基中的塑性区究竟容许发展多大范围，与建筑物的性质、荷载的性质以及土的特性等因素有关，在这方面还没有一致和肯定的意见，国内某些地区的经验认为，在中心垂直荷载作用下，塑性区的最大深度 可以控制在基础宽度的，相应的荷载用 表示。,令,可作为确定地基承载力特征值的依据之一。,例：,解：1）,2）,按极限荷载确定地基承载力极限荷载即地基达到完全剪切破坏时的最小压力。极限荷载除以安全系数可作为地基的承载

16、力设计值。极限承载力的理论推导目前只能针对整体剪切破坏模式进行。确定极限承载力的计算公式：在平面问题中浅基础应用较多的是太沙基与汉森公式。,地基承载力设计值 K地基极限荷载安全系数，K3.0,6.2.3 地基极限荷载（理论近似解）,1.太沙基公式:,适用于基底粗糙的条形基础。,其中,无量纲的承载力系数，仅与 有关。,式中：p u地基极限承载力，kPa；土的内摩擦角，度；c地基土的粘聚力，kPa；q基底水平面以上基础两侧土的重力，地基土的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3；b 基础宽度，m d 基础深度，m,（可查表）,适用于饱和软粘土地基。，用于计算地基短期承载力。,对于埋深为d的条形基础

17、，其极限承载力为：,对于埋深为d的矩形基础，其极限承载力为：,2.斯肯普顿公式,3.影响极限承载力的因素,土的重度；土的抗剪强度指标和c；基础埋深d；基础宽度b。1）、c、d、b越大，土的极限承载力也越大，2）对于饱和软土(=0)，增大基础宽度b对Pu几乎没有影响。在这五个影响因素中，对极限承载力影响很大的就是、c，正确采用、c值是合理确定极限承载力的关键。,6.3 地基承载力确定(按规范确定),规范是根据大量建筑工程实践经验、现场载荷试验、标准贯入试验，轻便触探试验和室内土工试验数据，对相应的地基承载力进行统计、分析、制定的。,Mb、Md、Mc：承载力系数(查表)，与内摩擦角k 有关,b：基

18、底宽度，大于6m按6m取值，对于砂土小于3m按3m取值,ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值,k：基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值,计算得到的承载力特征值不再进行修正,按土的抗剪强度指标确定承载力设计值,1.建筑地基基础设计规范,以临界荷载P1/4为理论基础,2.建筑地基基础设计规范,承载力特征值,宽度修正系数,深度修正系数,修正后的承载力特征值,修正后的承载力特征值,由地基（基底以下）土确定,基底以下,基底以上,大于6m按6m取值，小于3m按3m取值,5.2.4 当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下

19、式修正,建筑地基基础设计规范,建筑地基基础设计规范,根据工程经验确定,我国各地区规范给出了按野外鉴别结果，室内物理、力学指标，或现场动力触探试验锤击数查取地基承载力特征值 的表格，这些表格是将各地区载荷试验资料经回归分析并结合经验编制的。下表是砂土按标准贯人试验锤击数 N 查取承载力特征值的表格。,当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，地基承载力设汁值应进行修正。,2.建筑地基基础设计规范,例：,例：,某住宅采用墙下条形基础，建于粉质粘土地基上，未见地下水，由载荷试验确定的承载力特征值为220kPa，基础埋深d=1.0m 基础底面以上土的平均重度=18kN/m3，天然孔隙比e=0.70，

20、液性指数IL=0.80，基础底面以下土的平均重度=18.5kN/m3，试计算修正后的地基承载力fa。,例：,基底以下,3.铁（公）路桥涵地基基础设计规范,由地基（基底以下）土确定,容许承载力,基本承载力,宽度修正系数,深度修正系数,一般冲刷线,容许承载力,基底以上,小于3m按3m取值,大于10m按10m取值，小于2m按2m取值,基本承载力0，可从规范中的表查得,小 结 地基是指位于建筑物下方的承受建筑物荷载并维持其稳定的岩土体。工程上将其分为天然地基和人工地基两大类。本项目主要介绍天然地基容许承载力的确定方法。主要内容涉及地基的破坏形态分析、地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载概念、按建筑地基和基础设计规范、铁（公）路桥涵地基和基础设计规范确定地基容许承载力。,