第十章地基承載力-安徽理工大學(xué)

1、《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》安徽理工大學(xué)資源與環(huán)境工程系,第十章 地基承載力,▲ 概述 ▲ 地基的變形和失穩(wěn) ▲ 原位試驗(yàn)確定地基承載力 ▲ 按塑性區(qū)開展深度確定地基的容許承載力 ▲ 確定地基極限承載力的理論公式 ▲ 按規(guī)范確定地基的容許承載力 ▲ 影響地基承載力的因素,概述,在設(shè)計(jì)建筑物基礎(chǔ)時(shí)，必須滿足下列條件：地基： 強(qiáng)度——承載力——容許承載力 變形——變形量（沉降量）——容許沉降量,1、地基承載力：指地基

2、土單位面積上所能隨荷載的能力。 地基承載力問題屬于地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定問題。2、容許承載力：指同時(shí)兼顧地基強(qiáng)度、穩(wěn)定性和變形要求 這兩個(gè)條件時(shí)的承載力。它是一個(gè)變量，是和建筑物允許 變形值密切聯(lián)系在一起。3、地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值：是根據(jù)野外鑒別結(jié)果確定的承載力值。 包括：標(biāo)貫試驗(yàn)、靜力觸探、旁壓及其它原位測試得到的值。4、地基承載力基本值：是根據(jù)室內(nèi)物理、力學(xué)指標(biāo)平均值， 查表確定的承載力值，包括載荷試驗(yàn)得到的值）。

3、5、極限承載力：指地基即將喪失穩(wěn)定性時(shí)的承載力。,幾個(gè)名詞,概述,地基承載力確定的途徑,1．根據(jù)原位試驗(yàn)確定：載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜 力觸探等。每種試驗(yàn)都有一定的適用條件。2．根據(jù)地基承載力的理論公式確定。3．根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》確定。根據(jù)大量測試資料和建筑經(jīng)驗(yàn)，通過統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出各種類型的土在某種條件下的容許承載力，查表。一般：一級建筑物：載荷試驗(yàn)，理論公式及原位測試確定f；

4、二級建筑物：規(guī)范查出，原位測試；尚應(yīng)結(jié)合理論公式； 三級建筑物：鄰近建筑經(jīng)驗(yàn)。,概述,確定地基承載力應(yīng)考慮的因素,1．基礎(chǔ)形狀的影響：在用極限荷載理論公式計(jì)算地基承載力時(shí)是按條形基礎(chǔ)考慮的，對于非條形基礎(chǔ)應(yīng)考慮形狀不同地基承載的影響。2．荷載傾斜與偏心的影響：在用理論公式計(jì)算地基承載力時(shí)，均是按中心受荷考慮的，但荷載的傾斜荷偏心對地基承載力是有影響的。3．覆蓋層抗剪強(qiáng)度的影響：基底以上覆蓋層抗剪

5、強(qiáng)度越高，地基承載力顯然越高，因而基坑開挖的大小和施工回填質(zhì)量的好壞對地基承載力有影響。4．地下水的影響：地下水水位上升會降低土的承載力。5．下臥層的影響：確定地基持力層的承載力設(shè)計(jì)值，應(yīng)對下臥層的影響作具體的分析和驗(yàn)算。6．此外還有基底傾斜和地面傾斜的影響：地基土壓縮性和試驗(yàn)底板與實(shí)際基礎(chǔ)尺寸比例的影響。相鄰基礎(chǔ)的影響，加荷速率的影響和地基與上部結(jié)構(gòu)共同作用的影響等。,地基的變形和失穩(wěn),地基變形的三個(gè)階段,a.線性變形

6、階段,塑性變形區(qū),連續(xù)滑動面,oa段，荷載小，主要產(chǎn)生壓縮變形，荷載與沉降關(guān)系接近于直線，土中τ＜τf,地基處于彈性平衡狀態(tài),b.彈塑性變形階段,ab段，荷載增加，荷載與沉降關(guān)系呈曲線，地基中局部產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)塑性變形區(qū),c.破壞階段,bc段，塑性區(qū)擴(kuò)大，發(fā)展成連續(xù)滑動面，荷載增加，沉降急劇變化,地基的變形和失穩(wěn),地基的破壞形式,地基開始出現(xiàn)剪切破壞（即彈性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃坞A段）時(shí)，地基所承受的基地壓力稱為臨塑荷載pcr,地

7、基瀕臨破壞（即彈塑性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐碾A段）時(shí)，地基所承受的基地壓力稱為極限荷載pu,1.整體剪切破壞,a. p-s曲線上有兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可區(qū)分地基變形的三個(gè)階段,b. 地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連續(xù)的滑動面,c. 荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起,地基的變形和失穩(wěn),2.局部剪切破壞,a. p-s曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，沒有明顯的直線段,b. 塑性變形區(qū)不延伸到地面，限制在地

8、基內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi),c. 荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起,3. 沖剪破壞,b.地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動面,c. 荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面不隆起，而是下陷,a. p-s曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),地基的破壞形式,地基的變形和失穩(wěn),某谷倉的地基整體破壞,地基的變形和失穩(wěn),1940年在軟粘土地基上的某水泥倉的傾覆,地基的變形和失穩(wěn),在軟粘土上的密砂地基的沖剪破壞,地基的變形和失穩(wěn),1964年日本新瀉（Niigata）地震地基的大面積液

9、化,,1964年日本新瀉（Niigata）地震地基的大面積液化,地基的變形和失穩(wěn),地基液化引起的建筑物破壞,地基的變形和失穩(wěn),某宮殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降達(dá)2.2米，存在明顯的沉降差。,墨西哥的沉降問題是世界著名的,地基的變形和失穩(wěn),比薩斜塔-不均勻沉降的典型,始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。傾斜5.5?，頂部偏心2.1米,地基的變形和失穩(wěn),大阪 Nishinomiya

10、 橋的橋墩破壞. 6個(gè)橋墩中至少2個(gè)嚴(yán)重破壞，其可能的原因是岸邊橋墩的大變形導(dǎo)致第一組橋墩過載。,,日本1995年1月17日阪神大地震,原位試驗(yàn)確定地基承載力,一、載荷試驗(yàn)法,,,由拐點(diǎn)得地基極限承載力pu，除以安全系數(shù)Fs得容許承載力[p],p-s曲線確定地基承載力特征值:,1. p-s曲線有明確的比例界限時(shí)，取比例界限所對應(yīng)的荷載值,2.極限荷載能確定，且值小于對應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時(shí)，取極限荷載值的一半,3.不能按上述兩點(diǎn)確定

11、時(shí)，取s/b=0.01～0.015對應(yīng)荷載值；但值不應(yīng)大于最大加載量的一半,原位試驗(yàn)確定地基承載力,二、靜力觸探試驗(yàn)法,,Qf,Qc,用靜壓力將裝有探頭的觸探器壓入土中，通過壓力傳感器及電阻應(yīng)變儀測出土層對探頭的貫入阻力。探頭貫入阻力的大小直接反映了土的強(qiáng)度的大小，把貫入阻力與荷載試驗(yàn)所得到的地基容許承載力建立相關(guān)關(guān)系，從而即可按照實(shí)測的貫入阻力確定地基的容許承載力值。還可以把土的貫入阻力與土的變形模量及壓縮模量建立相關(guān)關(guān)系，從而可以確

12、定變形模量和壓縮模量,方法介紹：,探頭阻力Q可分為兩個(gè)部分,1.錐頭阻力Qc,2.側(cè)壁摩阻力Qf,比貫入阻力：探頭單位截面積的阻力,原位試驗(yàn)確定地基承載力,二、靜力觸探試驗(yàn)法,梅耶霍夫公式：,國內(nèi)建議公式：,,式中Ps：貫入阻力（kPa） B：基礎(chǔ)寬度 D：埋置深度,,Kpa,,Kpa,式中：f ——承載力設(shè)計(jì)值，fk——標(biāo)準(zhǔn)值 ， r1——天然容重， r0——為基底以上土的加權(quán)平均容重，地下水以

13、下取浮容重；ηB ，ηD——相應(yīng)于基礎(chǔ)寬度和埋置深度的承載力修正系數(shù)，查表。,原位試驗(yàn)確定地基承載力,三、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法,試驗(yàn)時(shí)，先行鉆孔，再把上端接有鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)貫入器放至孔底，然后用質(zhì)量為63.5kg的錘，以76cm的高度自由下落將貫入器先擊入土中15cm，然后測繼續(xù)打30cm的所需要錘擊數(shù)，該擊數(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù),方法介紹：,建立標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與地基承載力之間的對應(yīng)關(guān)系，可以得到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)下的地基承載力,原位試驗(yàn)確定地基承載力

14、,四、旁壓試驗(yàn),,,水箱,鉆孔內(nèi)進(jìn)行橫向載荷試驗(yàn),用以測定較深處土層的變形模量和承載力,按塑性區(qū)開展深度確定地基的容許承載力,一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍,根據(jù)彈性理論，地基中任意點(diǎn)由條形均布壓力所引起的附加大、小主應(yīng)力,假定在極限平衡區(qū)土的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0=1，M點(diǎn)土的自重應(yīng)力所引起的大小主應(yīng)力均為? (d＋z),M點(diǎn)達(dá)到極限平衡狀態(tài)，大、小主應(yīng)力滿足極限平衡條件,按塑性區(qū)開展深度確定地基的容許承載力,塑性區(qū)邊界方程,塑性區(qū)最大深度zmax

15、,一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍,按塑性區(qū)開展深度確定地基的容許承載力,二、臨塑荷載pcr和界限荷載,當(dāng)zmax＝0，地基所能承受的基底附加壓力為臨塑荷載,塑性區(qū)開展深度在某一范圍內(nèi)所對應(yīng)的荷載為界限荷載,中心荷載,偏心荷載,確定地基極限承載力的理論公式,一、普朗特爾極限承載力理論,普朗特爾公式是求解寬度為B的條形基礎(chǔ)，置于地基表面，在中心荷載P作用下的極限荷載Pu值。普朗特爾的基本假設(shè)及結(jié)果，歸納為如下幾點(diǎn)：（1）地基土是均勻，各向同性的

16、無重量介質(zhì)，即認(rèn)為土的r=0，而只具有C，φ的材料。（2）基礎(chǔ)底面光滑，即基礎(chǔ)底面與土之間無摩擦力存在，所以基底的壓應(yīng)力垂直于地面。（3）當(dāng)?shù)鼗幱跇O限平衡狀態(tài)時(shí)，將出現(xiàn)連續(xù)的滑動面，其滑動區(qū)域?qū)⒂衫士现鲃訁^(qū)I，徑向剪切區(qū)II或過渡區(qū)和朗肯被動區(qū)III所組成。,確定地基極限承載力的理論公式,一、普朗特爾極限承載力理論,Ⅰ,將無限長，底面光滑的荷載板至于無質(zhì)量的土(?＝0)的表面上，荷載板下土體處于塑性平衡狀態(tài)時(shí)，塑性區(qū)分成五

17、個(gè)區(qū),Ⅰ區(qū)：主動朗肯區(qū)， ?1豎直向，破裂面與水平面成45o＋? / 2,Ⅱ區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對數(shù)螺線,Ⅲ區(qū)：被動朗肯區(qū)， ?1水平向，破裂面與水平面成45o－? / 2,確定地基極限承載力的理論公式,普朗特爾理論的極限承載力理論解,式中：,承載力系數(shù),當(dāng)基礎(chǔ)有埋深d 時(shí),式中：,二、太沙基極限承載力理論,底面粗糙，基底與土之間有較大的摩擦力，能阻止基底土發(fā)生剪切位移，基底以下土不會發(fā)生破壞，處于彈性平衡狀態(tài),Ⅰ區(qū)：彈性壓密區(qū)(彈性

18、核),Ⅱ區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對數(shù)螺線,Ⅲ區(qū)：被動朗肯區(qū)， ?1水平向，破裂面與水平面成45o－? / 2,確定地基極限承載力的理論公式,太沙基理論的極限承載力理論解,Nr、Nq、Nc均為承載力系數(shù)，均與?有關(guān)，太沙基給出關(guān)系曲線，可以根據(jù)相關(guān)曲線得到,上式適用于條形基礎(chǔ)整體剪切破壞情況，對于局部剪切破壞，將c和tan?均降低1/3,方形基礎(chǔ),局部剪切破壞時(shí)地基極限承載力,Nr? 、Nq? 、Nc?為局部剪切破壞時(shí)承載力系數(shù)，也可以根據(jù)

19、相關(guān)曲線得到,對于方形和圓形基礎(chǔ)，太沙基提出采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修正后的公式,圓形基礎(chǔ),三、漢森極限承載力理論,對于均質(zhì)地基、基礎(chǔ)底面完全光滑，受中心傾斜荷載作用,式中：,漢森公式,Sr、Sq、Sc ——基礎(chǔ)的形狀系數(shù)ir、iq、ic ——荷載傾斜系數(shù)dr、dq、dc ——深度修正系數(shù)gr、gq、gc ——地面傾斜系數(shù)br、bq、bc ——基底傾斜系數(shù)Nr、Nq、Nc ——承載力系數(shù),說明：相關(guān)系數(shù)均可以有相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算,確定地基極

20、限承載力的理論公式,確定地基極限承載力的理論公式,地基的容許承載力將上述各公式算出的極限承載力Pu，除以安全系數(shù)Fs，即得到地基的容許承載力[P]＝Pu/Fs Fs:2-3 在設(shè)計(jì)時(shí)，基底壓力P 應(yīng)滿足P≤[P]的要求。,《按規(guī)范確定地基的容許承載力》自學(xué),影響地基承載力的因素,一、土的容重和地下水位,1、若地下水位在理論滑動面以下，則土的容重一律采用濕容重。2、若地下水位從理論滑動以下上升到地面或

21、地面以上，則土的容重由原來的天然濕容重降為浮容重，此時(shí)地基的承載力也將相應(yīng)的降低。對于c＝0的無粘性土，這種降低更明顯，地基的承載力與土的容重成正比的減少。3、若地下水位上升至與基底齊平處，則要將公式中的第一項(xiàng)容重用浮容重計(jì)算即可，此時(shí)地基的承載力為：,,影響地基承載力的因素,一、土的容重和地下水位,4、若地下水位在滑動面與基礎(chǔ)底面之間，一般可以近似假定滑動面的最大深度等于基礎(chǔ)寬度B，此時(shí)，基底以下土的容重可采用平均值并

22、按下式計(jì)算：,,式中：d——地下水位至基底的距離 ——水位以上土的天然濕容重,,則承載力公式可表示為：,,5、若地下水位在基底與地面之間，則按下式計(jì)算：,,式中:d1 為地下水位至地面的距離。,影響地基承載力的因素,二、基礎(chǔ)的寬度,地基的承載力還與基礎(chǔ)的尺寸和形狀有關(guān)。由承載力的 公式可知?；A(chǔ)的寬度B越大，承載力越高。但當(dāng)基礎(chǔ)的寬度達(dá)到某一數(shù)值以后，承載力不再隨著寬 度的增加而增加。規(guī)范中規(guī)

23、定，當(dāng)B>6m時(shí)，采用B＝6m進(jìn)行寬度修正的限制 也含有此意。 另外，對二粘性地基，由于B增大，雖然基底壓力可減小， 但應(yīng)力影響深度增加，有可能使基礎(chǔ)的沉降加大。,影響地基承載力的因素,三、基礎(chǔ)的埋置深度,增加D同樣可以提高地基的承載力。 由于D增加，基底盡壓力將減小，相應(yīng)的可以減少 基礎(chǔ)的沉降。 因此，增加D對提高軟粘土地基的穩(wěn)定性和減少沉降 均有明顯效果，常被采用，但基礎(chǔ)埋深太