土力学与地基基础(2).ppt

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1、第6章地基承载力6.1 概概 述述n n地基承载力地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力，以的能力，以kPakPa计。一般用计。一般用地基承载力特征值地基承载力特征值来表来表述。述。n n地基承载力的特征值是指由载荷试验测定的地基地基承载力的特征值是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值的压力值 n n地基承载力可分为允许承载力和极限承载力地基承载力可分为允许承载力和极限承载力 n n允许承载力是指地基土允许承受荷载的能力允许承载力是指地基土允许承受荷载的能力n n极限承载力极

2、限承载力是地基土发生剪切破坏而失去整体稳是地基土发生剪切破坏而失去整体稳定时的基底最小压力。定时的基底最小压力。概概 述述地基土沉降变形地基土沉降变形建筑物基础沉降和沉降差建筑物基础沉降和沉降差变形要求变形要求概概 述述荷载过大超过地基承载力荷载过大超过地基承载力地基产生滑动破坏地基产生滑动破坏稳定要求稳定要求概概 述述n n确定地基承载力的方法有载荷试验法、理论计算法、规范查表法、经验估算法等 n n在工程设计中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，必须限制建筑物基础底面的压力，使其不得超过地基的承载力设计值 6.2 地

3、基的破坏模式地基的破坏模式n n现场载荷试验现场载荷试验:通过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 图图8-9 p-s 曲线曲线a-整体剪切破坏；整体剪切破坏；b-局部剪切破坏；局部剪切破坏；c-刺入剪切破坏刺入剪切破坏地基的破坏的形式地基的破坏的形式n n整体剪切破坏整体剪切破坏整体剪切破坏整体剪切破坏:常发生在浅埋基础下常发生在浅埋基础下的密砂或硬粘土等坚实地基中的密砂或硬粘土等坚实地基中 oPSPcrfuab临塑荷载极限荷载地基的破坏形式地基的破坏形式n n局部剪切破坏局部剪切破坏:常发生于中等常发生于中等密实砂土中密实砂土中 静荷载曲线没有明显的直

4、线段，地基破坏的曲线也不呈现整体剪切破坏那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。延伸至底面的连续滑动面。地基的破坏形式地基的破坏形式n n刺入剪切破坏刺入剪切破坏 :发发生在松砂及软土中生在松砂及软土中 随着荷载的增加，基础出现持续下沉，主要因为地基随着荷载的增加，基础出现持续下沉，主要因为地

5、基土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入。地基不出现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缘下的地基垂直剪切破坏地基的破坏形式地基的破坏形式n n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。n n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n n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。地基的破坏形式地基的破坏形式n n地基变形的三个阶段 n n(1)压密阶段(或称直线变形阶段)p-

6、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。地基的破坏形式地基的破坏形式n n(2)(2)剪切阶段剪切阶段 p-sp-s 曲线上的曲线上的abab段，此段曲线为非线性关系，沉降段，此段曲线为非线性关系，沉降的增长率的增长率S/S/p p随荷载的增大而增加。地基土中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。随着荷载的生剪切破坏，这

7、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。相应于发展阶段。相应于p-sp-s 曲线上曲线上b b点的荷载称为极限点的荷载称为极限荷载荷载p pu u。地基的破坏形式地基的破坏形式n n(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

8、围的不断扩展，最后在土中形成连续滑动面，土从载荷板四周挤出隆起，地基土失稳而破坏。6.3 地基临塑荷载和临界荷载地基临塑荷载和临界荷载n n按塑性开展深度确定地基承载力n n假定条件 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。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地基临塑荷载和临界荷载地基临塑荷载和临界荷载n n按塑性开展深度确定地基承载力n n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。6.3 地基临

9、塑荷载和临界荷载地基临塑荷载和临界荷载 n n地基的地基的临塑荷载临塑荷载P P cr cr ：地基中刚开始出现塑性：地基中刚开始出现塑性变形区时相应的基底压力。变形区时相应的基底压力。n n临塑荷载的计算公式临塑荷载的计算公式 P174-(6-5)P174-(6-5)地基临塑荷载和临界荷载地基临塑荷载和临界荷载n n式中：d基础的埋置深度，m；基底平面以上土的重度，kN/m3；c土的粘聚力，kPa；土的内摩擦角(度)，计算时化为弧度，即 乘/180;N d、Nc承载力系数，可查表6-1得出。地基的临界荷载地基的临界荷载 n n临界荷载临界荷载 因用因用P P cr cr作为地基承载力设计值偏

10、保守而不经济，故作为地基承载力设计值偏保守而不经济，故工程中允许塑性区发展到一定范围。一般中心受压工程中允许塑性区发展到一定范围。一般中心受压基础可取基础可取z max=b/4z max=b/4，偏心受压基础可取，偏心受压基础可取z max=b/3z max=b/3，与此相应的地基承载力用与此相应的地基承载力用P P1/31/3、P P1/41/4表示，称为临界表示，称为临界荷载荷载 。地基的临界荷载地基的临界荷载临界荷载公式临界荷载公式(6-6)、(6-7)地基的临界荷载地基的临界荷载n n式(6-6)与式(6-7)中，第一项中的为基底面以下地基土的重度；第二项中的为基础埋置深度范围内土的重

11、度；如系均质土地基则重度相同。另外，如地基中存在地下水时，则位于水位以下的地基土取浮重度值计算。6.4 地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法n n 按极限荷载确定地基承载力按极限荷载确定地基承载力n n极限荷载即地基达到完全剪切破坏时的最小压力。极限荷载即地基达到完全剪切破坏时的最小压力。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力设计极限荷载除以安全系数可作为地基的承载力设计极限荷载除以安全系数可作为地基的承载力设计极限荷载除以安全系数可作为地基的承载力设计值。值。值。值。n n极限承载力的理论推导目前只能

12、针对整体剪切破极限承载力的理论推导目前只能针对整体剪切破极限承载力的理论推导目前只能针对整体剪切破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：一类坏模式进行。确定极限承载力的计算公式：一类坏模式进行。确定极限承载力的计算公式：一类坏模式进行。确定极限承载力的计算公式：一类是假定滑动面法，先假定在极限荷载作用时土中是假定滑动面法，先假定在极限荷载作用时土中是假定滑动面法，先假定在极限荷载作用时土中是假定滑动面法，先假定在极限荷载作用时土中滑动面的形状，然后根据滑动土体的静力平衡条滑动面的形状，然后根据滑动土体的静力平衡条滑动面的形状，然后根据滑动土体的静力平衡

13、条滑动面的形状，然后根据滑动土体的静力平衡条件求解件求解件求解件求解;另一类是理论解，根据塑性平衡理论导出另一类是理论解，根据塑性平衡理论导出另一类是理论解，根据塑性平衡理论导出另一类是理论解，根据塑性平衡理论导出在已知边界条件下，滑动面的数学方程式来求解。在已知边界条件下，滑动面的数学方程式来求解。在已知边界条件下，滑动面的数学方程式来求解。在已知边界条件下，滑动面的数学方程式来求解。n n公式基本形式公式基本形式公式基本形式公式基本形式p pu u=bNbN+N+Nq qq+N+Nc cc。在平面问题。在平面问题。在平面问题。在平面问题中浅基础应用较多的是太沙基与汉森公式中浅基础应用较多的

14、是太沙基与汉森公式中浅基础应用较多的是太沙基与汉森公式中浅基础应用较多的是太沙基与汉森公式。按极限荷载确定地基承载力n n太沙基公式太沙基公式 :太沙基利用塑性理论推导了条形浅太沙基利用塑性理论推导了条形浅基础基础(d(db)b)，在铅直中心荷载作用下，地基极限，在铅直中心荷载作用下，地基极限荷载的理论公式荷载的理论公式 p pu u=bNbN+N+Nc c c+Nc+Nq q q (6-8)q (6-8)式中：式中：p up u地基极限承载力，地基极限承载力，kPakPa；土的内摩擦角，度；土的内摩擦角，度；cc基土的粘聚力，基土的粘聚力，kPakPa；qq=qq=dd,kPakPa；基土的

15、重度，基土的重度，kN/m3kN/m3；NN、N cN c、N qN q承载力系数，可查表承载力系数，可查表6-26-2。按极限荷载确定地基承载力n n地基承载力设计值 f=Pu/Fs 式中:Fs_-地基极限荷载安全系数，Fs3.0按极限荷载确定地基承载力n n汉森公式 汉森公式是个半经验公式，它适用于倾斜荷载作用下，不同基础形状和埋置深度的极限荷载的计算。由于适用范围较广，对水利工程有实用意义，已被我国港口工程技术规范所采用。汉森公式的普遍形式(未列入地表面倾斜系数)为 puvuv=0.5bN S i+q Nq q Sq qdq q iq q+c Nc c Sc c dc c ic c (6

16、-12)按极限荷载确定地基承载力n n影响极限承载力的因素影响极限承载力的因素 从上述所讲的确定极限荷载公式从上述所讲的确定极限荷载公式(6-8)(6-8)和和(6-12)(6-12)可可知，影响极限承载力的因素主要有：土的重度知，影响极限承载力的因素主要有：土的重度；土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 和和c c；基础埋深；基础埋深d d；基础宽度；基础宽度b b。、c c、d d、b b越大，土的极限承载力也越大，但越大，土的极限承载力也越大，但对于饱和软土对于饱和软土(=0)(=0)，增大基础宽度，增大基础宽度b b对对PuPu几乎没几乎没有影响。在这五个影响因素中，对极限承载力影有影响。

17、在这五个影响因素中，对极限承载力影响很大的就是响很大的就是、c c，正确采用，正确采用、c c值是合理确定值是合理确定极限承载力的关键。极限承载力的关键。按工程规范确定地基承载力按工程规范确定地基承载力n n地基承载力的确定，是一个与地基土的性质、建筑物的特点等多种因素有关的复杂问题。本节着重介绍按建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)查表确定地基承载力的方法。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。按工程规范确定地基承载力按工程规范确定地基承载力n n规范承载力表是在总结科研成果和工程实践

18、经验的基础上制定的，利用现场勘查资料或室内试验资料直接查表得到承载力的标准值或承载力的基本值。n n当基础宽度b3m，基础埋深d=0.5m，可按规范各表所列的数值确定地基承载力的标准值或基本值。如果实际工程的b、d超过上述范围，则地基承载力需进行宽度与深度修正，修正后为地基承载力的设计值(或称容许承载力)按工程规范确定地基承载力按工程规范确定地基承载力n n根据野外鉴别结果确定地基承载力标准值f k kn n岩石的硬度不同、风化程度不同，其承载力标准值亦不同岩石的硬度不同、风化程度不同，其承载力标准值亦不同岩石的硬度不同、风化程度不同，其承载力标准值亦不同岩石的硬度不同、风化程度不同，其承载力

19、标准值亦不同n n碎石和土的种类不同、密实程度不同，其承载力标准值亦碎石和土的种类不同、密实程度不同，其承载力标准值亦碎石和土的种类不同、密实程度不同，其承载力标准值亦碎石和土的种类不同、密实程度不同，其承载力标准值亦不同不同不同不同n n根据室内物理力学指标平均值确定地基承载力基本值f0 0n n粉土根据孔隙比和含水率选取承载力基本值粉土根据孔隙比和含水率选取承载力基本值粉土根据孔隙比和含水率选取承载力基本值粉土根据孔隙比和含水率选取承载力基本值n n粘土根据孔隙比和液性指数选取承载力基本值粘土根据孔隙比和液性指数选取承载力基本值粘土根据孔隙比和液性指数选取承载力基本值粘土根据孔隙比和液性指

20、数选取承载力基本值n n淤泥质土根据天然含水量选取承载力基本值淤泥质土根据天然含水量选取承载力基本值淤泥质土根据天然含水量选取承载力基本值淤泥质土根据天然含水量选取承载力基本值n n红粘土根据含水比和液塑比选取承载力基本值红粘土根据含水比和液塑比选取承载力基本值红粘土根据含水比和液塑比选取承载力基本值红粘土根据含水比和液塑比选取承载力基本值n n素填土根据压缩模量选取承载力基本值素填土根据压缩模量选取承载力基本值素填土根据压缩模量选取承载力基本值素填土根据压缩模量选取承载力基本值按工程规范确定地基承载力按工程规范确定地基承载力n n根据室内物理力学指标平均值确定地基承载力标准值f k kn n

21、先按规定查表先按规定查表先按规定查表先按规定查表6-76-7、表、表、表、表6-116-11中的承载力基本值中的承载力基本值中的承载力基本值中的承载力基本值f f0 0，然后再乘以回，然后再乘以回，然后再乘以回，然后再乘以回归系数计算归系数计算归系数计算归系数计算f kf k，即，即，即，即 f f k k=f=f0 0 f fn n根据标准贯入试验锤击数N，轻便触探试验锤击数N6 6,确定地基承载力标准值f k kn n现场试验锤击数应经下式修正：现场试验锤击数应经下式修正：现场试验锤击数应经下式修正：现场试验锤击数应经下式修正：N(N(或或或或N6N6)=-1.645 (6-18)=-1.

22、645 (6-18)确定地基承载力设计值的方法确定地基承载力设计值的方法 n n地基承载力设计值的意义是指在建筑物荷载作用下，能够保证地基不发生失稳破坏，同时也不产生建筑物所不容许的沉降时的最大基底压力。n n地基承载力设计值既要考虑土的强度性质，同时还要考虑不同建筑物对沉降的要求。n n确定地基承载力设计值的方法，一般有下面几种：确定地基承载力设计值的方法确定地基承载力设计值的方法n n根据载荷试验的根据载荷试验的p-s 曲线来确定承载力的基本值，曲线来确定承载力的基本值，再经过修正确定承载力设计值再经过修正确定承载力设计值 (1)(1)当当当当p-sp-s 曲线上有明确的比例界限时，取该比

23、例界限所曲线上有明确的比例界限时，取该比例界限所曲线上有明确的比例界限时，取该比例界限所曲线上有明确的比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值对应的荷载值对应的荷载值对应的荷载值p pcrcr作为承载力基本值；作为承载力基本值；作为承载力基本值；作为承载力基本值；(2)(2)当极限荷载能确定，且该值小于对应比例界限的荷载当极限荷载能确定，且该值小于对应比例界限的荷载当极限荷载能确定，且该值小于对应比例界限的荷载当极限荷载能确定，且该值小于对应比例界限的荷载值值值值1.51.5倍时，取荷载极限值一半作为承载力基本值；倍时，取荷载极限值一半作为承载力基本值；倍时，取荷载极限值一半作为承载力基本值；倍

24、时，取荷载极限值一半作为承载力基本值；不能按上述二点确定时，当承压板面积为不能按上述二点确定时，当承压板面积为不能按上述二点确定时，当承压板面积为不能按上述二点确定时，当承压板面积为0.250.250.50m0.50m2 2，对低压缩性土和砂土，可取，对低压缩性土和砂土，可取，对低压缩性土和砂土，可取，对低压缩性土和砂土，可取s/bs/b=0.01=0.010.0150.015所对所对所对所对应的荷载值；对中、高、压缩性土可取应的荷载值；对中、高、压缩性土可取应的荷载值；对中、高、压缩性土可取应的荷载值；对中、高、压缩性土可取s/bs/b=0.02=0.02所对应所对应所对应所对应的荷载值为承

25、载力的基本值；的荷载值为承载力的基本值；的荷载值为承载力的基本值；的荷载值为承载力的基本值；同一土层参加统计的试验点不应少于同一土层参加统计的试验点不应少于同一土层参加统计的试验点不应少于同一土层参加统计的试验点不应少于3 3个点，基本值个点，基本值个点，基本值个点，基本值的极差（最大值与最小值之差）不超过平均值的的极差（最大值与最小值之差）不超过平均值的的极差（最大值与最小值之差）不超过平均值的的极差（最大值与最小值之差）不超过平均值的3030，取其平均值作为地基承载力标准值取其平均值作为地基承载力标准值取其平均值作为地基承载力标准值取其平均值作为地基承载力标准值f fk k。再经过实际基础

26、。再经过实际基础。再经过实际基础。再经过实际基础的宽度、深度的修正，即可得到承载力设计值。的宽度、深度的修正，即可得到承载力设计值。的宽度、深度的修正，即可得到承载力设计值。的宽度、深度的修正，即可得到承载力设计值。确定地基承载力设计值的方法确定地基承载力设计值的方法n n根据地基承载力理论公式确定根据地基承载力理论公式确定:一种是通过控制地一种是通过控制地基塑性区的发展范围确定承载力，另一种是计算基塑性区的发展范围确定承载力，另一种是计算极限荷载。然后再除以安全系数的方法极限荷载。然后再除以安全系数的方法 n n根据设计规范确定根据设计规范确定 :在在建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范

27、(GB50007-2002)(GB50007-2002)中给出了各种土类的地基承载力中给出了各种土类的地基承载力表，这些表是根据在各类土上所做的大量的载荷表，这些表是根据在各类土上所做的大量的载荷试验资料，以及工程经验总结经过统计分析而得试验资料，以及工程经验总结经过统计分析而得到的。使用时可根据现场土的物理力学性质指标，到的。使用时可根据现场土的物理力学性质指标，以及基础的宽度和埋置深度，按规范中的表格和以及基础的宽度和埋置深度，按规范中的表格和公式得到地基承载力设计值公式得到地基承载力设计值 6.5 地基承载力的特征值地基承载力的特征值n n建筑地基基础设计规范（GB500072002）规

28、定，地基承载力的特征值是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。n n地基承载力的特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定。地基承载力的特征值地基承载力的特征值n n建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007GB5000720022002）5.2.55.2.5条规定，当偏心距条规定，当偏心距条规定，当偏心距条规定，当偏心距e e小于或等于小于或等于小于或等于小于或等于0.0330.033倍基础底面宽度倍基础底面宽度倍基础底面宽度倍基础底面宽度时，根据土

29、的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并满足变形要求：按下式计算，并满足变形要求：按下式计算，并满足变形要求：按下式计算，并满足变形要求：fafa=MMb bbb+MMd d mm+Mc+Mc C Ck k （6-206-20）式中式中式中式中fafa由土的抗剪强度指标确定的地基承载力值；由土的抗剪强度指标确定的地基承载力值；由土的抗剪强度指标确定的地基承载力值；由土的抗剪强度指标确定的地基承载力值；MbMb，MdMd，McMc承载力系数，按表承载力系数，按表承载力系数，按表承载力系数，按表6-16-1确定；确定；确定；确定；b b基础地面宽度，大于基础地面宽度，大于基础地面宽度，大于基础地面宽度，大于6m6m时按时按时按时按6m6m取值，对于砂取值，对于砂取值，对于砂取值，对于砂土小于土小于土小于土小于3m3m时，按时，按时，按时，按3m3m取值；取值；取值；取值；C Ck k 基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值