第八章地基承载力精选文档.ppt
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1、第八章地基承载力本讲稿第一页,共五十二页19401940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆本讲稿第二页,共五十二页地基液化引起的建筑物破坏地基液化引起的建筑物破坏本讲稿第三页,共五十二页比萨斜塔比萨斜塔-不均匀沉降的典型不均匀沉降的典型始建于始建于11731173年,年,6060米高。米高。12711271年建成年建成平均沉降平均沉降2 2米,最大沉降米,最大沉降4 4米。米。倾斜倾斜5.55.5,顶部偏心,顶部偏心2.12.1米米本讲稿第四页,共五十二页8.1 8.1 概述概述地基承载力概念地基承载力概念 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建
2、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1.1.变形要求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在该建筑物所允许的范围内 2.2.稳定要求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建筑物的基底压力,应该在地基所允许的承载能力之内 本讲稿第五页,共五十二页容许承载力容许承载力:考虑一定安全储备后的地基承载力:考虑一定安全储备后的地基承载力设计要求设计要求:q 基底压力不得超过地基的容许承载力基底压力不得超过地基的容许承载力q 进行地基变形验算进行地基变形验算 地基承载力地基承载力
3、:地基土单位面积上所能承受荷载的能力地基土单位面积上所能承受荷载的能力极限承载力极限承载力:地基不致失稳时单位面积上所能承受的最大荷载。地基不致失稳时单位面积上所能承受的最大荷载。本讲稿第六页,共五十二页8.2 8.2 地基的变形和失稳破坏形式地基的变形和失稳破坏形式8.2.1 8.2.1 地基破坏的型式地基破坏的型式q 载荷试验载荷试验 可通过现场载荷试验或室内模型试验研究可通过现场载荷试验或室内模型试验研究o 载荷板的尺寸较实际基础小载荷板的尺寸较实际基础小;(一般约(一般约0.25-1.0m0.25-1.0m2 2)o 逐级施加荷载逐级施加荷载;o 测定各级荷载下载荷板测定各级荷载下载荷
4、板沉降量及周围土位移,沉降量及周围土位移,直到地基土破坏直到地基土破坏;本讲稿第七页,共五十二页载荷试验载荷试验:本讲稿第八页,共五十二页整体剪切破坏整体剪切破坏 地基破坏形式地基破坏形式局部剪切破坏局部剪切破坏 冲切破坏冲切破坏 主要是地基土剪切破坏主要是地基土剪切破坏本讲稿第九页,共五十二页整体剪切破坏:整体剪切破坏:v 荷载较小,形成三角形压密区荷载较小,形成三角形压密区I I。v 荷载增加,形成荷载增加,形成、塑性区。塑性区。v 荷载继续增大,形成连续滑动面。荷载继续增大,形成连续滑动面。地基失稳破坏!地基失稳破坏!v 基础两侧地面隆起较大。基础两侧地面隆起较大。本讲稿第十页,共五十二
5、页适用土性:密实的砂土、坚硬的粘性土,基础埋置较浅。适用土性:密实的砂土、坚硬的粘性土,基础埋置较浅。整体剪切破坏的整体剪切破坏的p-sp-s曲线曲线p-sp-s曲线上有两个明显的转折点,曲线上有两个明显的转折点,可区分地基变形的三个阶段可区分地基变形的三个阶段本讲稿第十一页,共五十二页水泥仓地基的整体破坏水泥仓地基的整体破坏本讲稿第十二页,共五十二页局部剪切破坏:局部剪切破坏:v 随荷载增加,也产生压密区随荷载增加,也产生压密区I I及塑性区及塑性区v 但塑性区仅仅局限在某一范围内但塑性区仅仅局限在某一范围内 v 基础两侧地面微微隆起基础两侧地面微微隆起本讲稿第十三页,共五十二页局部剪切破坏
6、的局部剪切破坏的p-sp-s曲线:曲线:也有一个转折点,但不明显。也有一个转折点,但不明显。适用土性:一般砂性土和粘性土,基础有一定埋置深度。适用土性:一般砂性土和粘性土,基础有一定埋置深度。本讲稿第十四页,共五十二页刺入剪切破坏:刺入剪切破坏:v随荷载增加,使基础刺人土中。随荷载增加,使基础刺人土中。v基础两边的土体没有移动和隆起。基础两边的土体没有移动和隆起。p-sp-s曲线曲线适用土性:饱和软粘土、松砂,基础较深。适用土性:饱和软粘土、松砂,基础较深。本讲稿第十五页,共五十二页1 13 32 2整体剪切破坏整体剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏冲剪破坏本讲稿第十六页,共五十二页8.
7、2.2 8.2.2 地基的破坏过程地基的破坏过程苏联学者格尔谢万诺夫(主要针对整体剪切破坏)苏联学者格尔谢万诺夫(主要针对整体剪切破坏)压密阶段压密阶段地基破坏的几个阶段地基破坏的几个阶段剪切阶段剪切阶段破坏阶段破坏阶段本讲稿第十七页,共五十二页(2 2)剪切阶段:)剪切阶段:ab ab段。沉降增长率随荷载增大而增加。段。沉降增长率随荷载增大而增加。出现塑性区。出现塑性区。(1 1)压密阶段:)压密阶段:oa oa段,曲线接近直线,土体处于弹性平衡状态。段,曲线接近直线,土体处于弹性平衡状态。临塑荷载临塑荷载p pcr cr极限荷载极限荷载p pu u(3 3)破坏阶段)破坏阶段:bc bc段
8、。沉降急剧下沉段。沉降急剧下沉本讲稿第十八页,共五十二页8.3 8.3 临塑荷载和临界荷载临塑荷载和临界荷载8.3.18.3.1临塑荷载临塑荷载 地基中将要出现但尚未出现塑性破坏,地基中将要出现但尚未出现塑性破坏,p pcr cr。物理意义:物理意义:在荷载在荷载p p作用下,地基中将产生深度为作用下,地基中将产生深度为z zmaxmax的塑性区。的塑性区。当当z zmaxmax=0=0时,对应的荷载为时,对应的荷载为p pcr crp pcr cr本讲稿第十九页,共五十二页塑性区边界方程的推导:塑性区边界方程的推导:模型:条形基础,埋置深度为模型:条形基础,埋置深度为d d,基底压力为,基底
9、压力为p p过程:计算任意点过程:计算任意点MM由由p p引起的最大和最小主应力;引起的最大和最小主应力;利用极限平衡条件;利用极限平衡条件;给出边界方程。给出边界方程。本讲稿第二十页,共五十二页方法:方法:(1 1)将作用在基底面上的压力分解为两部分:)将作用在基底面上的压力分解为两部分:(2)假定K0=1,土重力产生的应力为(d+z)。z1p0=p d d 2M各个方向相等各个方向相等无限均布荷载无限均布荷载 d d;基底范围内的均布荷载;基底范围内的均布荷载p p0 0=p p d d。基底面上荷载的分解?!?!本讲稿第二十一页,共五十二页(3 3)条形荷载)条形荷载p p0 0引起的大
10、、小主应力为:引起的大、小主应力为:z z 1 1p p0 0=p=p d d d d 2 2MM由式由式(4-46)(4-46)视角视角 0 0本讲稿第二十二页,共五十二页(4 4)两部分叠加得:)两部分叠加得:(5 5)MM点位于塑性区边界,满足极限平衡条件:点位于塑性区边界,满足极限平衡条件:z z 1 1p p0 0=p=p d d d d 2 2MM为什么可以叠加?为什么可以叠加?视角视角 0 0本讲稿第二十三页,共五十二页(6 6)将大、小主应力代入:)将大、小主应力代入:结论:深度结论:深度z z是视角是视角 0 0的函数。的函数。于是可绘出塑性区边界(见图)。于是可绘出塑性区边
11、界(见图)。本讲稿第二十四页,共五十二页 0 0 0 0塑性区边界的确定:塑性区边界的确定:塑性区边界点,满足极塑性区边界点,满足极限平衡条件限平衡条件z z本讲稿第二十五页,共五十二页塑性区最大深度计算:塑性区最大深度计算:对对 0 0求导数,令其为零:求导数,令其为零:于是:于是:本讲稿第二十六页,共五十二页反过来,基底压力为反过来,基底压力为临塑荷载的确定:临塑荷载的确定:当当z zmaxmax=0=0,则,则 其中其中 注意:注意:N Nq q、N Nc c等均为承载力系数,与内摩擦角有关等均为承载力系数,与内摩擦角有关本讲稿第二十七页,共五十二页8.3.2 8.3.2 地基的临界荷载
12、地基的临界荷载若取若取z zmaxmax=b/4=b/4,则,则其中,其中,N Nq q和和N Nc c同前,同前,N N1/41/4为为 N N1/41/4也为承载力系数,与内摩擦角有关也为承载力系数,与内摩擦角有关 当然,当然,也可以确定也可以确定由临塑荷载确定地基承载力往往过分保守!由临塑荷载确定地基承载力往往过分保守!?本讲稿第二十八页,共五十二页8.3.3 8.3.3 讨讨 论论a a、假定为条形基础、假定为条形基础(l l/b/b10)10),属平面应变问题。,属平面应变问题。b b、如果为偏心或倾斜荷载,应进行修正。、如果为偏心或倾斜荷载,应进行修正。c c、假定自重应力为静水压
13、力,与实际情况有差异。、假定自重应力为静水压力,与实际情况有差异。问题:问题:按临塑荷载或临界荷载确定地基承载力是按临塑荷载或临界荷载确定地基承载力是否考虑了安全系数?否考虑了安全系数?本讲稿第二十九页,共五十二页8.4.18.4.1普朗特尔一雷斯诺公式普朗特尔一雷斯诺公式基本假定:基本假定:8.4 8.4 地基的极限承载力地基的极限承载力(1 1)介质无重量。)介质无重量。(2 2)基础底面完全光滑。)基础底面完全光滑。(3 3)将基底平面当成地基表面,不考虑其剪切抗力。)将基底平面当成地基表面,不考虑其剪切抗力。理论推导理论推导b bd d本讲稿第三十页,共五十二页Pbcc dd 4545
14、o o /24545o o /2将无限长,将无限长,底面光滑底面光滑的荷载板置于的荷载板置于无质量的土无质量的土(0)的表面上,荷载的表面上,荷载板下土体处于塑性平衡状态时,塑性区分成五个区板下土体处于塑性平衡状态时,塑性区分成五个区区:区:主动朗肯区,主动朗肯区,1竖直向,破裂面与水平面成竖直向,破裂面与水平面成4545o o /2区:区:普朗特尔区,边界是对数螺线普朗特尔区,边界是对数螺线 区:区:被动朗肯区,被动朗肯区,1水平向,破裂面与水平面成水平向,破裂面与水平面成4545o o /2本讲稿第三十一页,共五十二页分析Odeg的受力平衡r0rpupppa0ddOega本讲稿第三十二页,
15、共五十二页由力矩平衡条件,对点由力矩平衡条件,对点a a取矩为零,得:取矩为零,得:N Nq q、N Nc c地基极限承载力系数,是内摩擦角地基极限承载力系数,是内摩擦角 的函数:的函数:分析:分析:l极限承载力由基础侧面土重量和滑动面上粘聚力产生极限承载力由基础侧面土重量和滑动面上粘聚力产生l不考虑基底以下土的重量,即滑动土体不产生抗力不考虑基底以下土的重量,即滑动土体不产生抗力l不考虑两侧土体的剪切抗力不考虑两侧土体的剪切抗力若基础无埋深和砂性土,结果如何?若基础无埋深和砂性土,结果如何?本讲稿第三十三页,共五十二页8.4.28.4.2太沙基极限承载力理论太沙基极限承载力理论 底面粗糙,底
16、面粗糙,基底与土之间有较基底与土之间有较大的摩擦力,能阻止基底土发大的摩擦力,能阻止基底土发生剪切位移,基底以下土不会生剪切位移,基底以下土不会发生破坏,处于弹性平衡状态。发生破坏,处于弹性平衡状态。P Pa aa a b bc cc c d dd d 4545o o /24545o o /2区:区:弹性压密区弹性压密区(弹性核弹性核)区:区:普朗特尔区,边界是对数螺线普朗特尔区,边界是对数螺线 区:区:被动朗肯区,被动朗肯区,1水平向,破裂面与水平面成水平向,破裂面与水平面成4545o o /2本讲稿第三十四页,共五十二页u太沙基理论的极限承载力理论解:太沙基理论的极限承载力理论解:适用于条
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