土力学第六章天然地基承载力(精品资料).doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流土力学第六章天然地基承载力(精品资料).精品文档.第六章 天然地基承载力引言结合第四章的铁道校区的主教学楼案例，启发学生引出地基承载力的计算问题，进一步引出一下概念：天然地基、人工地基、地基承载力、极限承载力、容许承载力。 6.1 地基的破坏形态一、地基破坏的三种形态1整体剪切破坏(general shear failure)基底剪切破坏面与地面贯通，形成一弧形滑动面。密实砂土，基础埋深很浅；或饱和粘土，荷载急速增加的情况下，极易造成整体剪切破坏。2局部剪切破坏(local shear failure)地基中剪切面延伸到一定位置，未扩展到地面

2、。一般性粘土或中密砂土，基础埋深较浅；或基础埋深较大时，无论是砂性土或粘性土地基，最常见的破坏形态是局部剪切破坏。图6.1 整体剪切破坏 图6.2 局部剪切破坏3冲切破坏(punching shear failure)松砂或其它松散结构的土，易造成冲切破坏。基础边形成的剪切破坏面垂直向下的发展。备 注采用设问法，引出本章要研究的内容。注意三种地基破坏形态的破坏面对比，PS曲线对比。图6.3 冲切破坏第一种在理论上研究较多；第三种在理论上研究得很少，因为作为建筑物地基，很少选择在松砂或其它松散结构的土层上，故无研究必要；第二种破坏形态在天然地基中经常遇到，其理论工作在前一阶段进展较慢，近年来研究

3、已有了突破性进展。二、地基变形的三个阶段地基的变形可分为三个阶段：1. 当P Pa 时，为弹性变形阶段；2. 当Pa P Pk 时，为塑性变形阶段。三、确定地基容许承载力的方法1. 按控制地基中塑性区开展深度的方法。只要地基中塑性区的开展深度小于某一界限值，地基就具有足够的安全储备。2. 按理论公式推求地基的极限荷载Pk再除以安全系数的方法。3. 按规范提供的经验公式确定地基的容许承载力。4. 按原位测试的方法确定地基的容许承载力。备 注介绍冲切破坏研究的进展情况。结合整体剪切破坏的PS曲线对比，介绍后面几节的内容是围绕这四种方法讲解。 6.2 地基临塑压力一、地基临塑压力当地基土中仅个别12

4、个点的应力达到极限平衡时，基底压力称为临塑压力(critical edge pressure)。二、理论公式推导过程1. 计算图式图6.4临塑压力计算图式2. 推导过程 条形基础下任一点N的是由引起的大小主应力和 （6-1） 土体自重在N点产生的应力s1、s3s1 = g (H+Z)s3 = K0 s1 = K0 (H+Z)为简化计算，假设K0=1，相当于静水压力的受力状态。备 注采用设问法，师生互动，推导时围绕土中一点的极限平衡方程。 假定N点达到了极限平衡，将s1、s3代入极限平衡方程得：由上式求得N点的深度： Z = 塑性区的最大深度Zmax 由，得到= =0 y=p/2 -j Zmax

5、 = 临塑压力pa。当Zmax=0时，求得pa=0得： 当j=0时，pa=cp+gH所以pa当j=0，H=0时（即地基在表面荷载作用下）： Pa=cp备 注讨论：临塑压力与那些因素有关？为什么与基础宽度无关？ 6.3 浅基础地基极限承载力的近似解一、普朗德尔的极限承载力理论1.计算图式图6.5 破坏图式2基本假设（1）基底光滑，剪应力为零；（2）地基土自重为零，即g=0，c0、q00，算出地基极限压力；3. 计算（1）极限平衡区sa=ob=on-bn=on-nn1=s1-(pi+s1)sinf=pk-(pi+pk)sinf=pk(1-sinf)-pisinf 式中pi=c.ctgf，sa与深度

6、无关，它在BC上的分布为常数。（2）极限平衡区sp=ob=om+mb=om+mm1=s3+(pi+s3)sinf= =q0(1+sinf)+pisinf sp与深度无关，它在BE上的分布为常数。（3）过渡区对数螺旋线的表达式为：备 注首先介绍本节的公式推导思路，分三步走，循循善诱，娓娓道来。详细讲解计算图式。围绕摩尔应力园讲解。法向应力sa对B的力矩为；法向应力sb对B的力矩为；对数螺旋线上的粘聚力对B点的力矩为由于扇形土楔体无自重，由MB=0得式中 ，式中：二、 魏西克的极限承载力理论魏西克在Prandtl的基础上作了修正和发展。假定地基无粘聚力，又无过载，即c=0、q0=0、g0，算出另一

7、极限压力。三、浅基础地基极限承载力对于一般地基，g0、0、q00，极限压力为：当基础形状改变、荷载出现偏心或倾斜时，按下式计算备 注围绕扇形土楔体的静力平衡讲解。讨论：当地基土的c=0，H=0时，地基的极限承载力为零，这是否合理？分析产生的原因？ 6.4 按规范确定地基承载力一、桥规规定的地基容许承载力容许承载力：系指在保证地基稳定（不破坏）的条件下，建筑物的沉降量不超过容许值的地基承载力，以s表示，它相当于s=pk /K （K 1）。地基基本容许承载力：基础宽度b2米，埋置深度H3米时地基的容许承载力。1 求基本容许承载力 从有关表中直接查到地基基本容许承载力。（1） 粘性土 Q4冲（洪）积

8、粘性土的s0主要由IL和e查表； Q3或以前的冲（洪）积粘性土或半干硬状态粘性土，由ES查表；残积粘性土的s0也由ES查表。（2）砂性土砂性土由砂土名称、密实度及湿度查表。（3）碎石类土由碎石类土的名称及密实度查表。（4）岩石地基由岩石名称、节理发育程度和节理宽度查表。2 考虑基础深度、宽度影响而提高地基承载力式中H基础埋深（m），不受水流冲刷者，由天然地面算起；受水流冲刷者，由一般冲刷线算起；位于挖方内，由开挖后地面算起；b基础宽度（m），当b大于10米时，按10米计算；k1、k2宽度、深度修正系数，按基底以下持力层土的类型决定；g1基底以下持力层土的天然容重；g2基底以上土的天然容重。注

9、意：（1） 若基础（或部分）在水面以下，且基底以下持力层为透水者，则基底以上浸没在水中的土层不论是否透水，g2取浮容重。（2） 若持力层为不透水者，故不论基底以上土是否透水，g2取饱和容重。（3） 对于稍松砂土和松散的碎石类土地基，k1、k2值可取中密值的50%。3 软土地基容许承载力 s = 5.14cu 对于小桥和涵洞基础，亦可采用备 注简述按规范确定地基承载力的由来。详细阐述公式各参数的取值及其代表的意义。基底以上为多层土时，g2如何取值？修建在水中的基础，持力层又是不透水土，水深每高1米，s可增加10kPa，为什么？式中 m安全系数，视软土灵敏度及建筑物对变形要求选用（1.52.5）；

10、cu不排水剪切强度（kPa）；g2基底以上土的容重；H基础埋深；二、按建规确定地基承载力按照数理统计方法处理，按照土的性能指标平均值查得承载力基本值，乘上修正系数，得到承载力标准值。式中 回归修正系数 式中 n测试样本数； d变异系数，当承载力表具有两个指标，则采用综合变异系数其中 d1第一指标变异系数；d2第二指标变异系数；x第二指标折减系数。1. 由土的物理力学指标确定承载力基本值2. 由标准贯入试验和轻便动力触探试验确定承载力标准值3. 承载力设计值f的计算式中 、基础宽度、深度修正系数，按基底下土的类型查表6-22；h基础埋深（m），一般自室外地面算起；b基础宽度（m），b6m，取6m

11、； g基底以下土的天然容重； g0基底以上土的加权平均容重； 备 注与桥规承载力公式对比 6.5 原位测试确定地基承载力一、荷载试验(plate loading test)：直接测试方法，相当于在原位进行地基和基础的模拟是试验。地基破坏的判定 （1） 明显侧向挤出或发生裂纹；（2） 荷载增量很小，沉降急剧增加；（3） 某级荷载增量下，24小时内沉降不能稳定； （4） s/b0.06二、静力触探试验(cone penetration test，CPT)；三、动力触探试验(dynamic penetration test)；轻型10 kg，50cm落距，贯入深度30cm的锤击数N10。重型63.5 kg，76cm落距，贯入深度10cm的锤击数N63.5。超重型120 kg，100cm落距，贯入深度10cm的锤击数N120。四、标准贯入试验(standard penetration test)；五、旁压试验(pressure meter test，PMT)；六、十字板试验(vane shear test)。备 注结合自己的现场试验讲解。