地基承載力概述.ppt

第6章地基承載力,6.1 概 述,地基承載力是指地基土單位面積上所能承受荷載的能力，以kPa計(jì)。一般用地基承載力特征值來(lái)表述。 地基承載力的特征值是指由載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對(duì)應(yīng)的壓力值 地基承載力可分為允許承載力和極限承載力 允許承載力是指地基土允許承受荷載的能力 極限承載力是地基土發(fā)生剪切破壞而失去整體穩(wěn)定時(shí)的基底最小壓力。,概 述,地基土沉降變形,建筑物基礎(chǔ)沉降和沉降差,變形要求,概 述,荷載過(guò)大超過(guò)地基承載力,地基產(chǎn)生滑動(dòng)破壞,穩(wěn)定要求,概 述,確定地基承載力的方法有載荷試驗(yàn)法、理論計(jì)算法、規(guī)范查表法、經(jīng)驗(yàn)估算法等 在工程設(shè)計(jì)中為了保證地基土不發(fā)生剪切破壞而失去穩(wěn)定，同時(shí)也為使建筑物不致因基礎(chǔ)產(chǎn)生過(guò)大的沉降和差異沉降，而影響其正常使用，必須限制建筑物基礎(chǔ)底面的壓力，使其不得超過(guò)地基的承載力設(shè)計(jì)值,6.2 地基的破壞模式,現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn) :通過(guò)試驗(yàn)可 得到載荷板在各級(jí)壓力p的作 用下，其相應(yīng)的穩(wěn)定沉降量， 繪得p-s 曲線,圖8-9 p-s 曲線 a-整體剪切破壞； b-局部剪切破壞； c-刺入剪切破壞,地基的破壞的形式,整體剪切破壞:常發(fā)生在淺埋基礎(chǔ)下的密砂或硬粘土等堅(jiān)實(shí)地基中,o,P,S,Pcr,fu,a,b,臨塑荷載,極限荷載,地基的破壞形式,局部剪切破壞: 常發(fā)生于中等 密實(shí)砂土中,靜荷載曲線沒(méi)有明顯的直線段，地基破壞的曲線也不呈現(xiàn)整體剪切破壞那樣的明顯的陡降。當(dāng)基底壓力達(dá)到一定數(shù)值即相應(yīng)的極限荷載時(shí)，基礎(chǔ)兩側(cè)微微隆起，然而剪切破壞區(qū)僅僅被限制在地基內(nèi)部的某一區(qū)域，未形成延伸至底面的連續(xù)滑動(dòng)面。,地基的破壞形式,刺入剪切破壞 :發(fā) 生在松砂及軟土中,隨著荷載的增加，基礎(chǔ)出現(xiàn)持續(xù)下沉，主要因?yàn)榈鼗恋妮^大壓縮以至于基礎(chǔ)呈現(xiàn)連續(xù)刺入。地基不出現(xiàn)連續(xù)滑動(dòng)面，基礎(chǔ)側(cè)面地面不出現(xiàn)隆起，因而基礎(chǔ)邊緣下的地基垂直剪切破壞,地基的破壞形式,地基的破壞形式，主要與地基土的性質(zhì)尤其是與壓縮性質(zhì)有關(guān)，還同基礎(chǔ)埋置深度、加荷速度等因素有關(guān)。 較堅(jiān)硬或密實(shí)的土，具有較低的壓縮性，通常呈現(xiàn)整體剪切破壞 軟弱粘土或松砂土地基，具有中高壓縮性，常常呈現(xiàn)局部剪切破壞或者刺入剪切破壞 。,地基的破壞形式,地基變形的三個(gè)階段 (1)壓密階段(或稱直線變形階段) p-s 曲線上的oa段， p-s 曲線接近于直線，土中各點(diǎn)的剪應(yīng)力均小于土的抗剪強(qiáng)度，土體處于彈性平衡狀態(tài)。載荷板的沉降主要是由于土的壓密變形引起的。把p-s 曲線上相應(yīng)于a點(diǎn)的荷載稱為比例界限p cr，也稱臨塑荷載。,地基的破壞形式,(2)剪切階段 p-s 曲線上的ab段，此段曲線為非線性關(guān)系，沉降的增長(zhǎng)率S/p隨荷載的增大而增加。地基土中局部范圍內(nèi)的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，土體發(fā)生剪切破壞，這些區(qū)域也稱塑性區(qū)。隨著荷載的繼續(xù)增加，土中塑性區(qū)的范圍也逐步擴(kuò)大，直到土中形成連續(xù)的滑動(dòng)面，由載荷板兩側(cè)擠出而破壞。因此，剪切階段也是地基中塑性區(qū)的發(fā)生與發(fā)展階段。相應(yīng)于p-s 曲線上b點(diǎn)的荷載稱為極限荷載pu。,地基的破壞形式,(3)破壞階段 p-s 曲線上的bc段。當(dāng)荷載超過(guò)極限荷載后，載荷板急劇下沉，即使不增加荷載，沉降也將繼續(xù)發(fā)展，因此，p-s 曲線陡直下降。在這一階段，由于土中塑性區(qū)范圍的不斷擴(kuò)展，最后在土中形成連續(xù)滑動(dòng)面，土從載荷板四周擠出隆起，地基土失穩(wěn)而破壞。,6.3 地基臨塑荷載和臨界荷載,按塑性開(kāi)展深度確定地基承載力 假定條件 地基為均質(zhì)半無(wú)限體，將地基中的剪切破壞區(qū)即塑性開(kāi)展區(qū)限制在一定范圍內(nèi)。 允許塑性區(qū)有一定的開(kāi)展范圍又保證地基最大限度的安全承擔(dān)結(jié)構(gòu)荷載時(shí)的基地壓力確定地基的設(shè)計(jì)承載力,地基臨塑荷載和臨界荷載,按塑性開(kāi)展深度確定地基承載力 解答思路 依據(jù)彈性理論求出地基任意點(diǎn)自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的表達(dá)式，再應(yīng)用極限平衡條件推求塑性區(qū)邊界方程，從而通過(guò)限定塑性開(kāi)展區(qū)的最大深度獲得地基承載力公式。,6.3 地基臨塑荷載和臨界荷載,地基的臨塑荷載P cr ：地基中剛開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形區(qū)時(shí)相應(yīng)的基底壓力。 臨塑荷載的計(jì)算公式 P174-(6-5),地基臨塑荷載和臨界荷載,式中： d基礎(chǔ)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； 土的內(nèi)摩擦角(度)，計(jì)算時(shí)化為弧度，即 乘/180; N d、Nc承載力系數(shù)，可查表6-1得出。,地基的臨界荷載,臨界荷載 因用P cr作為地基承載力設(shè)計(jì)值偏保守而不經(jīng)濟(jì)，故工程中允許塑性區(qū)發(fā)展到一定范圍。一般中心受壓基礎(chǔ)可取z max=b/4，偏心受壓基礎(chǔ)可取z max=b/3，與此相應(yīng)的地基承載力用P1/3、P1/4表示，稱為臨界荷載 。,地基的臨界荷載 臨界荷載公式(6-6)、(6-7),地基的臨界荷載,式(6-6)與式(6-7)中，第一項(xiàng)中的為基底面以下地基土的重度；第二項(xiàng)中的為基礎(chǔ)埋置深度范圍內(nèi)土的重度；如系均質(zhì)土地基則重度相同。另外，如地基中存在地下水時(shí)，則位于水位以下的地基土取浮重度值計(jì)算。,6.4 地基承載力的確定方法,按極限荷載確定地基承載力 極限荷載即地基達(dá)到完全剪切破壞時(shí)的最小壓力。極限荷載除以安全系數(shù)可作為地基的承載力設(shè)計(jì)值。 極限承載力的理論推導(dǎo)目前只能針對(duì)整體剪切破壞模式進(jìn)行。確定極限承載力的計(jì)算公式：一類是假定滑動(dòng)面法，先假定在極限荷載作用時(shí)土中滑動(dòng)面的形狀，然后根據(jù)滑動(dòng)土體的靜力平衡條件求解;另一類是理論解，根據(jù)塑性平衡理論導(dǎo)出在已知邊界條件下，滑動(dòng)面的數(shù)學(xué)方程式來(lái)求解。 公式基本形式pu=bN+Nqq+Ncc。在平面問(wèn)題中淺基礎(chǔ)應(yīng)用較多的是太沙基與漢森公式。,按極限荷載確定地基承載力,太沙基公式 :太沙基利用塑性理論推導(dǎo)了條形淺基礎(chǔ)(db)，在鉛直中心荷載作用下，地基極限荷載的理論公式 pu=bN+Nc c+Nq q (6-8) 式中： p u地基極限承載力，kPa； 土的內(nèi)摩擦角，度； c基土的粘聚力，kPa； qq=d, kPa； 基土的重度，kN/m3； N、N c、N q承載力系數(shù)，可查表6-2。,按極限荷載確定地基承載力,地基承載力設(shè)計(jì)值 f =Pu/Fs 式中: Fs_-地基極限荷載安全系數(shù)，F(xiàn)s3.0,按極限荷載確定地基承載力,漢森公式 漢森公式是個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式，它適用于傾斜荷載作用下，不同基礎(chǔ)形狀和埋置深度的極限荷載的計(jì)算。由于適用范圍較廣，對(duì)水利工程有實(shí)用意義，已被我國(guó)港口工程技術(shù)規(guī)范所采用。漢森公式的普遍形式(未列入地表面傾斜系數(shù))為 puv =0.5bNSi+q Nq Sqdq iq+c Nc Sc dc ic (6-12),按極限荷載確定地基承載力,影響極限承載力的因素 從上述所講的確定極限荷載公式(6-8)和(6-12)可知，影響極限承載力的因素主要有：土的重度；土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和c；基礎(chǔ)埋深d；基礎(chǔ)寬度b。、c、d、b越大，土的極限承載力也越大，但對(duì)于飽和軟土(=0)，增大基礎(chǔ)寬度b對(duì)Pu幾乎沒(méi)有影響。在這五個(gè)影響因素中，對(duì)極限承載力影響很大的就是、c，正確采用、c值是合理確定極限承載力的關(guān)鍵。,按工程規(guī)范確定地基承載力,地基承載力的確定，是一個(gè)與地基土的性質(zhì)、建筑物的特點(diǎn)等多種因素有關(guān)的復(fù)雜問(wèn)題。本節(jié)著重介紹按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)查表確定地基承載力的方法。規(guī)范是根據(jù)大量建筑工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，輕便觸探試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)相應(yīng)的地基承載力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、制定的。,按工程規(guī)范確定地基承載力,規(guī)范承載力表是在總結(jié)科研成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上制定的，利用現(xiàn)場(chǎng)勘查資料或室內(nèi)試驗(yàn)資料直接查表得到承載力的標(biāo)準(zhǔn)值或承載力的基本值。 當(dāng)基礎(chǔ)寬度b3m，基礎(chǔ)埋深d=0.5m，可按規(guī)范各表所列的數(shù)值確定地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值或基本值。如果實(shí)際工程的b、d超過(guò)上述范圍，則地基承載力需進(jìn)行寬度與深度修正，修正后為地基承載力的設(shè)計(jì)值(或稱容許承載力),按工程規(guī)范確定地基承載力,根據(jù)野外鑒別結(jié)果確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值f k 巖石的硬度不同、風(fēng)化程度不同，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值亦不同 碎石和土的種類不同、密實(shí)程度不同，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值亦不同 根據(jù)室內(nèi)物理力學(xué)指標(biāo)平均值確定地基承載力基本值f0 粉土根據(jù)孔隙比和含水率選取承載力基本值 粘土根據(jù)孔隙比和液性指數(shù)選取承載力基本值 淤泥質(zhì)土根據(jù)天然含水量選取承載力基本值 紅粘土根據(jù)含水比和液塑比選取承載力基本值 素填土根據(jù)壓縮模量選取承載力基本值,按工程規(guī)范確定地基承載力,根據(jù)室內(nèi)物理力學(xué)指標(biāo)平均值確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值f k 先按規(guī)定查表6-7、表6-11中的承載力基本值f0，然后再乘以回歸系數(shù)計(jì)算f k，即 f k=f0f 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N，輕便觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)N6,確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值f k 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)錘擊數(shù)應(yīng)經(jīng)下式修正： N(或N6)=-1.645 (6-18),確定地基承載力設(shè)計(jì)值的方法,地基承載力設(shè)計(jì)值的意義是指在建筑物荷載作用下，能夠保證地基不發(fā)生失穩(wěn)破壞，同時(shí)也不產(chǎn)生建筑物所不容許的沉降時(shí)的最大基底壓力。 地基承載力設(shè)計(jì)值既要考慮土的強(qiáng)度性質(zhì)，同時(shí)還要考慮不同建筑物對(duì)沉降的要求。 確定地基承載力設(shè)計(jì)值的方法，一般有下面幾種：,確定地基承載力設(shè)計(jì)值的方法,根據(jù)載荷試驗(yàn)的p-s 曲線來(lái)確定承載力的基本值，再經(jīng)過(guò)修正確定承載力設(shè)計(jì)值 (1)當(dāng)p-s 曲線上有明確的比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值pcr作為承載力基本值； (2)當(dāng)極限荷載能確定，且該值小于對(duì)應(yīng)比例界限的荷載值1.5倍時(shí)，取荷載極限值一半作為承載力基本值； 不能按上述二點(diǎn)確定時(shí)，當(dāng)承壓板面積為0.250.50m2，對(duì)低壓縮性土和砂土，可取s/b=0.010.015所對(duì)應(yīng)的荷載值；對(duì)中、高、壓縮性土可取s/b=0.02所對(duì)應(yīng)的荷載值為承載力的基本值； 同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)點(diǎn)，基本值的極差（最大值與最小值之差）不超過(guò)平均值的30，取其平均值作為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk。再經(jīng)過(guò)實(shí)際基礎(chǔ)的寬度、深度的修正，即可得到承載力設(shè)計(jì)值。,確定地基承載力設(shè)計(jì)值的方法,根據(jù)地基承載力理論公式確定:一種是通過(guò)控制地基塑性區(qū)的發(fā)展范圍確定承載力，另一種是計(jì)算極限荷載。然后再除以安全系數(shù)的方法 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范確定 :在建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)中給出了各種土類的地基承載力表，這些表是根據(jù)在各類土上所做的大量的載荷試驗(yàn)資料，以及工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析而得到的。使用時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，以及基礎(chǔ)的寬度和埋置深度，按規(guī)范中的表格和公式得到地基承載力設(shè)計(jì)值,6.5 地基承載力的特征值,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500072002）規(guī)定，地基承載力的特征值是指由載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對(duì)應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值。 地基承載力的特征值可由載荷試驗(yàn)或其它原位測(cè)試、公式計(jì)算并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定。,