淺基礎(chǔ)的地基承載力土力學(xué).ppt

第八章 淺基礎(chǔ)的地基承載力,8.1 概述 8.2 淺基礎(chǔ)的地基臨塑荷載 8.3 淺基礎(chǔ)的地基極限承載力 8.4 按原位測(cè)試成果確定地基承載力 8.5 按地基規(guī)范確定地基承載力, 8.1 概述,一、地基承載力概念 二、地基變形的三個(gè)階段 三、地基變形的三個(gè)階段,一、地基承載力概念,建筑物荷載通過(guò)基礎(chǔ)作用于地基，對(duì)地基提出兩個(gè)方面的要求:,1.變形要求,建筑物基礎(chǔ)在荷載作用下產(chǎn)生最大沉降量或沉降差，應(yīng)該在該建筑物所允許的范圍內(nèi)。,2.穩(wěn)定要求,建筑物的基底壓力，應(yīng)該在地基所允許的承載能力之內(nèi)。,地基承載力：地基所能承受荷載的能力 。,二、地基變形的三個(gè)階段,a.線性變形階段,塑性變形區(qū),連續(xù)滑動(dòng)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f,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(dòng)面，荷載增加，沉降急劇變化。,三、地基的破壞形式,地基開(kāi)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(chēng)為臨塑荷載pcr 。,地基瀕臨破壞（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(chēng)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(dòng)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。,2.局部剪切破壞,a. p-s曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，沒(méi)有明顯的直線段。,b. 塑性變形區(qū)不延伸到地面，限制在地基內(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. 刺入剪切破壞,b.地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動(dòng)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(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),8.2 淺基礎(chǔ)的地基臨塑荷載,一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍 二、臨塑荷載pcr和界限荷載 三、例題,一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍,d,根據(jù)彈性理論，地基中任意點(diǎn)由條形均布?jí)毫λ鸬母郊哟?、小主?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0dz,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。,塑性區(qū)邊界方程,塑性區(qū)最大深度zmax,二、臨塑荷載pcr和界限荷載,當(dāng)zmax0，地基所能承受的基底附加壓力為臨塑荷載。,塑性區(qū)開(kāi)展深度在某一范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的荷載為界限荷載。,中心荷載,偏心荷載,三、例題,【例8-1】某條基，底寬b=1.5m，埋深d=2m，地基土的重度19kN/m3，飽和土的重度sat21kN/m3,抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為 =20，c=20kPa,求(1)該地基承載力p1/4 ,(2)若地下水位上升至地表下1.5m，承載力有何變化?,【解】,(1),(2)地下水位上升時(shí)，地下水位以下土的重度用有效重度,說(shuō)明：當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r(shí)，地基的承載力將降低。,某條形基礎(chǔ)，寬1.5m，埋深1.0m。地基土層分布為：第一層素填土，厚0.8m，密度1.80g/cm3，含水量35；第二層粘性土，厚6m，密度1.82g/cm3，含水量38，土粒相對(duì)密度2.72，土的粘聚力10kPa，內(nèi)摩擦角13。求該基礎(chǔ)的臨塑荷載 ，臨界荷載 和 。若地下水位上升到基礎(chǔ)地面，假定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)不變，其 、 、 相應(yīng)為多少？,例,【解】：,kPa,kPa,89.7kPa,92.1kPa,當(dāng)?shù)叵滤簧仙交A(chǔ)底面時(shí)，土的孔隙比和浮重度分別為：,8.3kN/m3,此時(shí)的臨塑荷載和臨界荷載為：,kPa,85.8kPa,86.9kPa,8.3 淺基礎(chǔ)的地基極限承載力,一、普朗特爾極限承載力理論 二、太沙基極限承載力理論 三、魏錫克極限承載力理論 四、漢森極限承載力理論,一、普朗特爾極限承載力理論,1920年，普朗特爾根據(jù)塑性理論，在研究剛性物體壓入均勻、各向同性、較軟的無(wú)重量介質(zhì)時(shí)，導(dǎo)出達(dá)到破壞時(shí)的滑動(dòng)面形狀及極限承載力公式。,將無(wú)限長(zhǎng)，底面光滑的荷載板至于無(wú)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)分成五個(gè)區(qū):,區(qū)：主動(dòng)朗肯區(qū)， 1豎直向，破裂面與水平面成45o / 2,區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對(duì)數(shù)螺線,區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)， 1水平向，破裂面與 水平面成45o / 2,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(huì)發(fā)生破壞，處于彈性平衡狀態(tài)。,區(qū)：彈性壓密區(qū)(彈性核)。,區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對(duì)數(shù)螺線。,區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)， 1水平向，破裂面與水平面成45o / 2 。,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(duì)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)相關(guān)曲線得到。,對(duì)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、魏錫克極限承載力理論,考慮土的自重，條形基礎(chǔ)在中心荷載作用下的極限承載力公式：,查表或由下列各式求得：,四、漢森極限承載力理論,對(duì)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(shuō)明：相關(guān)系數(shù)均可以有相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。,某條形基礎(chǔ)寬1.5m，埋深1.2m，地基為粘性土，密度1.84 g/cm3，土的粘聚力8kPa，內(nèi)摩擦角15。試按太沙基理論計(jì)算：,1）整體剪切破壞時(shí)地基極限承載力為多少？取安全系數(shù)為2.5，地基容許承載力為多少？,2）分別加大基礎(chǔ)埋深至1.6m、2.0m，承載力有何變化？,3）若分別加大基礎(chǔ)埋深至1.8m、2.1m，承載力有何變化？,4）若地基土內(nèi)摩擦角為20，粘聚力為12kPa，承載力有何變化？,5）比較以上計(jì)算結(jié)果，可得出哪些規(guī)律？,例,【解】,226.3kPa,90.5kPa,2）基礎(chǔ)埋深為1.6m時(shí)：,259.0kPa,基礎(chǔ)埋深為2.0m時(shí)：,291.8kPa,3）基礎(chǔ)寬度為1.8m時(shí)：,231.3kPa,236.2kPa,基礎(chǔ)寬度為2.1m時(shí)：,4）內(nèi)摩擦角為20、粘聚力為12kPa時(shí)：,431.9kPa,5）比較上述計(jì)算結(jié)果可以看出，地基極限承載力隨著基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)寬度和土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的增加而增大，影響最大的是土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，其次是埋深。, 8.4 按原位測(cè)試成果確定地基承載力,一、載荷試驗(yàn)法 二、靜力觸探試驗(yàn)法 三、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法,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(duì)應(yīng)的荷載值。,2.極限荷載能確定，且值小于對(duì)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)確定時(shí)，取s/b=0.010.015對(duì)應(yīng)荷載值；但值不應(yīng)大于最大加載量的一半。,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(guò)壓力傳感器及電阻應(yīng)變儀測(cè)出土層對(duì)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(cè)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,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(cè)繼續(xù)打30cm的所需要錘擊數(shù)，該擊數(shù)稱(chēng)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(duì)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。,8.5 按地基規(guī)范確定地基承載力,一、按抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力 二、按工程經(jīng)驗(yàn)確定地基承載力,一、按抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力,1.抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值ck、k,a.根據(jù)室內(nèi)n組三軸試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算土性指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。,平均值,標(biāo)準(zhǔn)差,變異系數(shù),b.計(jì)算內(nèi)摩擦角和粘聚力的統(tǒng)計(jì)修正系數(shù) 、c 。,c.計(jì)算內(nèi)摩擦角和粘聚力的標(biāo)準(zhǔn)值。,2.確定地基承載力特征值,當(dāng)e0.033b，根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力,fa 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值 Mb、Md、Mc 承載力系數(shù)（可根據(jù)k查表得到)。 地基土的重度，地下水位以下取浮重度。 d基礎(chǔ)埋置深度(m)，從室外地面標(biāo)高計(jì)算。 m基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)重度，地下水位以下取浮重度。 b 基礎(chǔ)地面寬度，大于6m時(shí)，按6m取值，對(duì)于砂土小于 3m時(shí)按3m取值。 ck 基底下一倍短邊寬深度