土力學(xué)與基礎(chǔ)工程7土壓力地基承載力和土坡穩(wěn)定PPT教案

1、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程土力學(xué)與基礎(chǔ)工程7土壓力地基承載力和土壓力地基承載力和土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定 第1頁/共230頁 此外本章還介紹淺基礎(chǔ)的地基承載力，及其理論計算方法，土坡穩(wěn)定是本章討論的另一個內(nèi)容。62 擋土墻上的土壓力擋土墻上的土壓力1 靜止土壓力靜止土壓力 擋土墻在土壓力作用下，不發(fā)生位移或轉(zhuǎn)動，保持原來的位置，這時作用在墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時，墻背所受的主應(yīng)力為靜止土壓力。第2頁/共230頁表示 靜止土壓力系數(shù)，砂土 =0.350.50；粘性土 =0.500.70。土的重度 zkkPzx 0000k 02021kHE 0k0k第3頁/共230頁 2.2.主動土壓力主動土壓力當墻在土壓力

2、作用下向前移動或轉(zhuǎn)動墻在土壓力作用下向前移動或轉(zhuǎn)動時，作用于墻后的土壓力逐漸減少，當位移達某一值時，墻后土體達到極限平衡狀態(tài)，此時作用于墻背上的壓力稱為主動土壓力，以 表示。這時滑動土楔體內(nèi)應(yīng)力處于強度理論的極限平衡狀態(tài)，產(chǎn)生主動土壓力。aEaE第4頁/共230頁第5頁/共230頁 3.被動土壓力被動土壓力與產(chǎn)生主動土壓力的情況相反，當墻在外力墻在外力作用下推向土體作用下推向土體時，隨著墻向后位移量的增加，土壓力逐漸增大，當位移量足夠大時，填土也開始出現(xiàn)滑動，這時土處于極限平衡狀態(tài)，對應(yīng)的土壓力為被動土壓力，用 表示。pEpE 實驗研究表明，在相同條件下，主動土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力

3、又小于被動土壓力。 aE0EpE第6頁/共230頁第7頁/共230頁 6 63 3 朗金土壓力理論朗金土壓力理論 朗金土壓力理論是根據(jù)半空間內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)土的極限平衡理論，得出計算土壓力的方法。 下圖為一表面為水平面的半空間體，即土體向下和沿水平面方向無限延伸。土體內(nèi)任一豎直面都是對稱面，那么地下 深處取一點M，在自重應(yīng)力作用下，只有 、 , zz x 0 zx zz zkx 0 、 都是主應(yīng)力此時的應(yīng)力狀態(tài)用莫爾圓表示如圖（ ）中I所未，由于該點處于彈性平衡狀態(tài)，故莫爾圓沒有和抗剪包線相切。z x d第8頁/共230頁第9頁/共230頁 設(shè)想由于某種原因?qū)⑹拐麄€土體在水平方向均勻的伸展或壓

4、縮，使土體由彈性平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)為塑性平衡狀態(tài)。 設(shè)用AB代替左半部，當AB向左移動時， 逐漸減小， 不變，因墻面光滑而無剪應(yīng)力，因此 、 仍為大小主應(yīng)力，當 減小到土體達極限平衡狀態(tài)時，則 減小到最低限值Pa， 、 應(yīng)力圓為莫爾破裂圓，與抗剪包線相切。土體繼續(xù)伸張，形成一系列滑裂面，上面各點都達到極限平衡狀態(tài)，稱為主動朗金狀態(tài)。z x x z x x z x 第10頁/共230頁如果同樣AB擠壓右邊土體， 增大，并且超過 值， 因而 為大主應(yīng)力， 為小主應(yīng)力，當 增大到土體達極限平衡狀態(tài)時，則 達最大值 ,應(yīng)力圓與抗剪強度線相切，見，形成一系列滑裂面時稱被動朗金狀態(tài)，此時 為最大主應(yīng)力與水平面成

5、。 為最小主應(yīng)力，即為所需求的朗金主動土壓力，滑裂面方向與大主應(yīng)力作用面成 。x x z x z x 245 245 第11頁/共230頁一、主動土壓力一、主動土壓力根據(jù)土的強度理論，土體中某點處于極限平衡狀態(tài)時， 與 有如下關(guān)系：砂類土： 或 粘性土：設(shè)墻背垂直光滑，填土面水平，則墻背任一深度1 3 )245(.231 tg)245(.213 tg)245(.2)245(.213 tgctg砂類土：或)245(.23 tgzpxaaakzp. 第12頁/共230頁粘土： 主動土壓力系數(shù)， 可以看出砂類土的壓力分布成三角形，見下圖aackckzp2. ak)245(2 tgka第13頁/共23

6、0頁 220222/ 1)2()( 2/ 1cKcHKHkchkZHEaaaaa 二二.被動土壓力被動土壓力被動土壓力為被動土壓力為x ，且且 為最大主應(yīng)力為最大主應(yīng)力,z 為最小主應(yīng)力。為最小主應(yīng)力。砂土砂土 )245(tan21 zppx又又ppzkp x 則主動土壓力為：則主動土壓力為：第14頁/共230頁azk 對于粘性土，土壓力強度由兩部分組成，對于粘性土，土壓力強度由兩部分組成，為負壓力，為負壓力，在求在求Ea時，首先求壓力為零的深時，首先求壓力為零的深度度Z0。 對于砂土，總主動土壓力為對于砂土，總主動土壓力為aaKHE22/1 akc2akc2,但但aaaakczzkczkp

7、220 由由Pa=0，第15頁/共230頁(c)(b)H/3(a)pEFpEEp2C Kp rHKp第16頁/共230頁粘性土粘性土 pppkczkp2 故故 )2/45tan(2)2/45(tan2 czpp上式中上式中)245(tan2 pK被動土壓力總合力被動土壓力總合力:ppKHE221 pPpKHKcHE2221 粘土粘土第17頁/共230頁 朗金土壓力理論計算方法簡便，概念明朗金土壓力理論計算方法簡便，概念明確，但由于假定墻背直立光滑，填土面必須確，但由于假定墻背直立光滑，填土面必須是水平，故應(yīng)用上受到限制，一般計算時主是水平，故應(yīng)用上受到限制，一般計算時主動土壓力偏大，被動土壓力

8、偏小。動土壓力偏大，被動土壓力偏小。三三.幾種常見情況的土壓力計算幾種常見情況的土壓力計算 1.填土面有超載填土面有超載 一般超載部分，按土的重度換算成當量一般超載部分，按土的重度換算成當量厚度的土層厚度的土層 /qhs 第18頁/共230頁hsrHKabaaq,qKa 然后以然后以AB為墻背，按填土面無荷載的情況為墻背，按填土面無荷載的情況計算土壓力計算土壓力第19頁/共230頁)2/45(tan121 ak)2/45(tan222 ak)2/45(tan323 ak2.成層填土成層填土 當填土為若干層時當填土為若干層時，對于砂土對于砂土第20頁/共230頁第21頁/共230頁，假想的填土面

9、與墻背，假想的填土面與墻背AB的延長線交于的延長線交于A點，故以點，故以AB為假想墻背計算主動土壓力，為假想墻背計算主動土壓力，但由于墻背傾斜，假想的墻高應(yīng)為但由于墻背傾斜，假想的墻高應(yīng)為h+H,根根據(jù)據(jù) /qhs AEA 當填土面和墻面傾斜時，當量土層厚度仍為當填土面和墻面傾斜時，當量土層厚度仍為的幾何關(guān)系可得的幾何關(guān)系可得:)cos(coscos hh第22頁/共230頁r(h+H)KrhkEAAHhh=q/2 然后同樣以然后同樣以為假想的墻背按地面無荷載為假想的墻背按地面無荷載的情況計算土壓力的情況計算土壓力BA第23頁/共230頁3.填土中有地下水填土中有地下水 填土中常因滲水或排水不

10、暢有地下水，地填土中常因滲水或排水不暢有地下水，地下水的存在使抗剪強度降低，而使土壓力增大。下水的存在使抗剪強度降低，而使土壓力增大。計算方法計算方法 :hhk2kh12地下水位第24頁/共230頁例題例題. 如圖所示為有支撐的板樁墻，其地下水位如圖所示為有支撐的板樁墻，其地下水位位置，土層分布及物理力學(xué)指標如圖所示，地位置，土層分布及物理力學(xué)指標如圖所示，地面均布荷載為面均布荷載為 q=20kn/m2，試計算板樁墻的主，試計算板樁墻的主動土壓力，并給出土壓力分布圖。動土壓力，并給出土壓力分布圖。地下水位以上取土的指標，地下水位以下取土的地下水位以上取土的指標，地下水位以下取土的有效重度地下水

11、位的壓力作用，注意不乘有效重度地下水位的壓力作用，注意不乘ka，因為水各項壓力相等。因為水各項壓力相等。第25頁/共230頁 第26頁/共230頁解解：地下水及墻外水位標高同，故水壓力兩：地下水及墻外水位標高同，故水壓力兩邊相同計，計算土壓力時，可得個分層換邊相同計，計算土壓力時，可得個分層換算成當量厚度，各點按朗金土壓力計算列算成當量厚度，各點按朗金土壓力計算列表如下表如下: 土壓力分布圖在土層分界面的上下土土壓力分布圖在土層分界面的上下土壓力有突變，是因為界面上下土的物理性壓力有突變，是因為界面上下土的物理性質(zhì)（質(zhì)（)有差別之故有差別之故 , 第27頁/共230頁sh)/(mknkhpas

12、a 35353530302525點點hKa0020/19=1.050.2710195.410.751.05+0.75=1.800.2710199.322.751.05+2.75=3.803.80*1.9/1.1=6.650.27100.3333191119.624.137.656.65+4.9=11.4611.46*11/10=12.610.33330.4059111042.051.249.0012.61+1.35=13.960.40591056.7第28頁/共230頁第29頁/共230頁6-3 庫侖土壓力的理論庫侖土壓力的理論一、基本原理一、基本原理 庫侖理論是跟據(jù)墻后土體處于極限平衡庫侖理

13、論是跟據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一定的楔體時，從楔體的靜力狀態(tài)并形成一定的楔體時，從楔體的靜力平衡條件得出土壓力計算的理論。平衡條件得出土壓力計算的理論。 其基本假設(shè)為其基本假設(shè)為 （1）墻后填土是無粘性）墻后填土是無粘性（2）滑動破壞面為通過墻踵的平面）滑動破壞面為通過墻踵的平面第30頁/共230頁二二.主動土壓力主動土壓力第31頁/共230頁當墻向前移動或轉(zhuǎn)動而使墻后土體沿某一破當墻向前移動或轉(zhuǎn)動而使墻后土體沿某一破壞面壞面AM破壞時，土楔破壞時，土楔ABM向下滑動而處于向下滑動而處于極限平衡狀態(tài)，此時作用在土楔上的力有：極限平衡狀態(tài)，此時作用在土楔上的力有： 1、土楔體的自重，、土

14、楔體的自重，wABM,方向向方向向下。下。 2、破裂面、破裂面 AM上的壓力上的壓力R,其大小未知，其大小未知， 但是他的方向是已知的。但是他的方向是已知的。 R與破壞面與破壞面AM法法線的夾角等于線的夾角等于 （因為（因為=tan，滑裂面上，滑裂面上的點處于極限平衡狀態(tài)）的點處于極限平衡狀態(tài)）第32頁/共230頁=tan，滑裂面上的點處于極限平衡狀態(tài)），滑裂面上的點處于極限平衡狀態(tài)）第33頁/共230頁 3、墻背對于楔體的反力、墻背對于楔體的反力E,與它大與它大小相等，方向相反的作用力就是墻背的小相等，方向相反的作用力就是墻背的主動力。該力方向已知，大小未知，它主動力。該力方向已知，大小未知

15、，它與墻面與墻面AB法線的夾角就是土與墻之間的法線的夾角就是土與墻之間的角度，稱為摩擦角。當土楔體下滑時，角度，稱為摩擦角。當土楔體下滑時，墻對土楔體的阻力是向上的，故墻對土楔體的阻力是向上的，故E必在必在法線下，法線下， 第34頁/共230頁例：例： 土楔體土楔體ABM在以上三力作用之下，在以上三力作用之下，處于靜力平衡狀態(tài)，因此構(gòu)成一個閉處于靜力平衡狀態(tài)，因此構(gòu)成一個閉合的力三角形，由力三角形關(guān)系，由合的力三角形，由力三角形關(guān)系，由三角形正弦定理得：三角形正弦定理得：第35頁/共230頁WwEsin)sin( wWEsin)sin( 滑動面滑動面AM是假設(shè)的，是假設(shè)的，角是任意的，角是任意

16、的，因此假定不同的滑動面，可以得出一系列因此假定不同的滑動面，可以得出一系列相應(yīng)的土壓力值，也就是說相應(yīng)的土壓力值，也就是說E是是得函數(shù)，得函數(shù)，第36頁/共230頁E的最大值的最大值Emax即為墻背的主動土壓力。即為墻背的主動土壓力。其對應(yīng)的滑動面既是土楔體最可能的滑動其對應(yīng)的滑動面既是土楔體最可能的滑動面。面。 0 ddE 填土的極限破壞角填土的極限破壞角craaKHE221 第37頁/共230頁 Ka庫侖主動土壓力系數(shù)，與庫侖主動土壓力系數(shù)，與、和和有關(guān)，查表當墻面直立，有關(guān)，查表當墻面直立，光滑光滑0 0，填土面，填土面0 0，庫侖土壓力，庫侖土壓力公式與朗今土壓力公式相同，可見朗金公

17、式與朗今土壓力公式相同，可見朗金土壓力是庫侖土壓力的特殊情況。土壓力是庫侖土壓力的特殊情況。 ; 0 第38頁/共230頁PpKHE221 ppzkp 三三.被動土壓力被動土壓力當墻受到外力推向土體時，直至土體沿當墻受到外力推向土體時，直至土體沿某一破裂面某一破裂面BC；破壞時，土體；破壞時，土體ABC向上向上滑動，并處于極限平衡狀態(tài)?？赏瞥龌瑒?，并處于極限平衡狀態(tài)?？赏瞥?被動土壓力強度被動土壓力強度 被動土壓力系數(shù)被動土壓力系數(shù)pk第39頁/共230頁第40頁/共230頁四四.朗金土壓力理論和庫侖土壓力理論的不同朗金土壓力理論和庫侖土壓力理論的不同 1.假定不同，朗金土壓力理論假定墻背垂直

18、假定不同，朗金土壓力理論假定墻背垂直光滑，填土面水平，而庫侖土壓力理論無此假光滑，填土面水平，而庫侖土壓力理論無此假定。定。 2.適用范圍不同，朗金土壓力適用于砂土和適用范圍不同，朗金土壓力適用于砂土和粘性土，而庫侖只適用于砂土，對于粘性土需粘性土，而庫侖只適用于砂土，對于粘性土需修正。修正。 3.朗金理論是庫侖理論的特例朗金理論是庫侖理論的特例第41頁/共230頁 擋土墻的設(shè)計主要有：擋土墻的設(shè)計主要有： 1.擋土墻類型選擇擋土墻類型選擇 2.傾覆穩(wěn)定性的驗算傾覆穩(wěn)定性的驗算 3.滑動穩(wěn)定性的驗算滑動穩(wěn)定性的驗算 4.基承載力的驗算基承載力的驗算 5.墻身材料的強度驗算墻身材料的強度驗算 常

19、用的擋土墻有重力式、懸臂式常用的擋土墻有重力式、懸臂式 和和扶臂式三種扶臂式三種第42頁/共230頁一、一、1.重力式擋土墻重力式擋土墻 墻面暴露于外，墻背常做成垂直或傾墻面暴露于外，墻背常做成垂直或傾斜斜 材料：塊石或砼材料：塊石或砼 受力：傾覆力矩由墻重產(chǎn)生的抗傾覆受力：傾覆力矩由墻重產(chǎn)生的抗傾覆力矩來平衡，因此墻身必須厚重而穩(wěn)定，力矩來平衡，因此墻身必須厚重而穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單施工方便，便于就地取材。結(jié)構(gòu)簡單施工方便，便于就地取材。第43頁/共230頁第44頁/共230頁 當墻后填土面比較小時，為了增強懸當墻后填土面比較小時，為了增強懸臂式擋土墻的抗彎能力，常沿墻的縱向每臂式擋土墻的抗彎能力

20、，常沿墻的縱向每隔一定距離設(shè)一道扶臂，故稱扶臂式擋土隔一定距離設(shè)一道扶臂，故稱扶臂式擋土墻。墻。二二.抗傾覆穩(wěn)定計算抗傾覆穩(wěn)定計算 擋土墻的穩(wěn)定性破壞通常有兩種（擋土墻的穩(wěn)定性破壞通常有兩種（1）傾覆（傾覆（2）滑移）滑移第45頁/共230頁滑移傾覆第46頁/共230頁在傾覆驗算中，將在傾覆驗算中，將Ea分解成分解成Ex、Ey，傾覆力矩為傾覆力矩為Exh抗傾覆力矩為抗傾覆力矩為cEway 6 . 1 hEcEwaKxytKt抗傾覆安全系抗傾覆安全系數(shù)數(shù)第47頁/共230頁三、抗滑動穩(wěn)定系數(shù)三、抗滑動穩(wěn)定系數(shù)在在EX的作用下，擋土墻有可能沿的作用下，擋土墻有可能沿基基礎(chǔ)底面發(fā)生滑動而破壞?？够瑒?/p>

21、礎(chǔ)底面發(fā)生滑動而破壞?？够瑒臃€(wěn)定計算時，應(yīng)滿足穩(wěn)定計算時，應(yīng)滿足3 . 1)( XyaEEwktatannaGEEGk )( 或或摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)（見書上）（見書上）第48頁/共230頁bocwEhEayaxEH第49頁/共230頁四、地基土承載力計算四、地基土承載力計算afp2 . 1max 0min p)/61(minmaxbebEwpy b墻底寬度墻底寬度e荷載作用于基礎(chǔ)底面上的偏心矩荷載作用于基礎(chǔ)底面上的偏心矩當基底壓力超過地基土承載力時，可當基底壓力超過地基土承載力時，可設(shè)置墻趾臺階，設(shè)置墻趾臺階，第50頁/共230頁它還有利于擋土墻的抗滑動和抗傾覆它還有利于擋土墻的抗滑動和抗傾覆穩(wěn)

22、定性，墻趾的高寬比可取穩(wěn)定性，墻趾的高寬比可取2 1，且，且a不得小于不得小于20cm。五、墻身應(yīng)力驗算五、墻身應(yīng)力驗算 按在土體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定驗算任按在土體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定驗算任意墻身截面處的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力是意墻身截面處的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力是否超過墻身材料的允許值。否超過墻身材料的允許值。 第51頁/共230頁一般說來，墻身和基礎(chǔ)接合處的強度能滿一般說來，墻身和基礎(chǔ)接合處的強度能滿足，則上面截面可不再驗算，總能滿足。足，則上面截面可不再驗算，總能滿足。例題（見書上）例題（見書上）第52頁/共230頁 建筑物的地基破壞通常是由于承載力不建筑物的地基破壞通常是由于承載力不滿足引起的剪切破壞

23、。地基承受荷載會產(chǎn)生滿足引起的剪切破壞。地基承受荷載會產(chǎn)生兩種變形，即壓縮變形和剪切變形。沉降變兩種變形，即壓縮變形和剪切變形。沉降變形過大會引起建筑物不同程度的破壞，同樣形過大會引起建筑物不同程度的破壞，同樣剪切變形過大，使土體剪切破壞以引起地基剪切變形過大，使土體剪切破壞以引起地基失穩(wěn)滑動而造成建筑物的傾倒破壞。失穩(wěn)滑動而造成建筑物的傾倒破壞。 第53頁/共230頁有輪廓分明的從地基到地面的連續(xù)剪切滑移有輪廓分明的從地基到地面的連續(xù)剪切滑移面，鄰近基礎(chǔ)的土體有明顯的隆起，地基的整面，鄰近基礎(chǔ)的土體有明顯的隆起，地基的整體破壞，使上部結(jié)構(gòu)隨基礎(chǔ)發(fā)生傾斜，造成災(zāi)體破壞，使上部結(jié)構(gòu)隨基礎(chǔ)發(fā)生傾斜

24、，造成災(zāi)難性破壞。難性破壞。第54頁/共230頁沉降量的曲線有如下特征：小荷載時，沉降量的曲線有如下特征：小荷載時，ps是直線，是直線，p增到增到a點，地基中開始出現(xiàn)塑性變形，點，地基中開始出現(xiàn)塑性變形，變形加劇，曲線斜率加大，直到地基失穩(wěn)。變形加劇，曲線斜率加大，直到地基失穩(wěn)。局部剪切局部剪切破壞特征：隨著荷載的增加，緊靠破壞特征：隨著荷載的增加，緊靠地基的土層會出現(xiàn)輪廓分明的剪切滑動面，滑動地基的土層會出現(xiàn)輪廓分明的剪切滑動面，滑動面不露出地表，在地基某一深度處終止。面不露出地表，在地基某一深度處終止。第55頁/共230頁 刺入剪切刺入剪切破壞特征：破壞特征： 地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)的剪切滑動

25、面，以豎向地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)的剪切滑動面，以豎向下下沉變形為主。荷載的增加，地基土不斷被壓縮，沉變形為主。荷載的增加，地基土不斷被壓縮，基礎(chǔ)豎向下沉，垂直刺入地基中，基礎(chǔ)之外的土基礎(chǔ)豎向下沉，垂直刺入地基中，基礎(chǔ)之外的土體會變形體會變形?；A(chǔ)豎向下沉降顯著，基礎(chǔ)周邊地表有隆起現(xiàn)基礎(chǔ)豎向下沉降顯著，基礎(chǔ)周邊地表有隆起現(xiàn)象，曲線上拐點不明顯。象，曲線上拐點不明顯。第56頁/共230頁第57頁/共230頁 目前還沒有定量準確判斷地基破壞類型的目前還沒有定量準確判斷地基破壞類型的準則。準則。 地基承載力是指地基承受荷載的能力地基承載力是指地基承受荷載的能力 如右圖所示整體破壞的壓縮曲線，存在三如右圖所

26、示整體破壞的壓縮曲線，存在三個變形階段。個變形階段。spabcrpup第58頁/共230頁第59頁/共230頁2、塑性變形階段、塑性變形階段： a點的荷載為地基邊緣將出現(xiàn)塑性區(qū)的邊點的荷載為地基邊緣將出現(xiàn)塑性區(qū)的邊界值，稱為臨塑荷載界值，稱為臨塑荷載pcr。曲線。曲線ab不再是線性不再是線性表示，變形速率不斷加大，主要是塑性變形。表示，變形速率不斷加大，主要是塑性變形。隨著荷載的加大，塑性變形區(qū)從基礎(chǔ)的邊緣隨著荷載的加大，塑性變形區(qū)從基礎(chǔ)的邊緣逐漸開展并加大加深，荷載加大到逐漸開展并加大加深，荷載加大到c點時，點時，塑性區(qū)擴展的連續(xù)滑動面，塑性區(qū)擴展的連續(xù)滑動面，第60頁/共230頁則地基瀕臨

27、失穩(wěn)破壞，故稱則地基瀕臨失穩(wěn)破壞，故稱c點對應(yīng)的荷點對應(yīng)的荷載為極限荷載載為極限荷載pu。 3、完全破壞階段：完全破壞階段： ps曲線曲線b點以下的階段，基礎(chǔ)急劇下沉，點以下的階段，基礎(chǔ)急劇下沉，荷載不能增加，或荷載增加不多。荷載不能增加，或荷載增加不多。 通過地基三階段的討論，可得出如下通過地基三階段的討論，可得出如下概念：臨塑荷載概念：臨塑荷載pcr是指地基中的剛要出現(xiàn)是指地基中的剛要出現(xiàn)塑性剪切區(qū)的臨界荷載塑性剪切區(qū)的臨界荷載；第61頁/共230頁 極限荷載極限荷載是指地基發(fā)生失穩(wěn)破壞是指地基發(fā)生失穩(wěn)破壞的最小荷載。的最小荷載。塑性荷載塑性荷載是指地基中是指地基中發(fā)生任一大于塑性區(qū)時，其

28、相應(yīng)的發(fā)生任一大于塑性區(qū)時，其相應(yīng)的荷載。那么地基承載力的概念則是荷載。那么地基承載力的概念則是指選取一個既安全又經(jīng)濟的指選取一個既安全又經(jīng)濟的塑性荷塑性荷載載，使地基中塑性區(qū)開展范圍適中，使地基中塑性區(qū)開展范圍適中，通常以極限荷載除以大于通常以極限荷載除以大于1的安全系的安全系數(shù)。數(shù)。第62頁/共230頁本節(jié)中針對整體剪切破壞形式，討論以本節(jié)中針對整體剪切破壞形式，討論以極限平衡理論為基礎(chǔ)的古典承載力理論計算極限平衡理論為基礎(chǔ)的古典承載力理論計算公式。公式。綜合考慮地基土、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的狀綜合考慮地基土、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，要有理論計算，原位測試及建筑經(jīng)態(tài)，要有理論計算，原位測試及建筑經(jīng)

29、驗多種方法綜合確定地基承載力。驗多種方法綜合確定地基承載力。第63頁/共230頁均布的條形荷載作用下地基中的主應(yīng)力無埋置深度有埋置深度Mbz31PoPz3Md1第64頁/共230頁 設(shè)一條形基礎(chǔ)埋深設(shè)一條形基礎(chǔ)埋深D,假定土體積不變假定土體積不變0.5，側(cè)壓力系數(shù)，側(cè)壓力系數(shù)k01，自重壓力，自重壓力(D+Z）作用下，作用下，M點產(chǎn)生的主應(yīng)力為點產(chǎn)生的主應(yīng)力為如（如（a）圖，在附加應(yīng)力）圖，在附加應(yīng)力p0作用下引起土中作用下引起土中M點的大小主應(yīng)力點的大小主應(yīng)力.)(31ZD 31 )sin(000 p（1）第65頁/共230頁建立極限平衡方程，顯然當建立極限平衡方程，顯然當M點處于極點處于極

30、限平衡狀態(tài)時，有限平衡狀態(tài)時，有 tan/2sin3131c (2)zd條形基礎(chǔ)底面邊緣的塑性區(qū)P13第66頁/共230頁將將(1)式代入（式代入（2）式得：）式得：DcDPZ tan)sinsin(00 上式即為上式即為塑性區(qū)的邊界方程塑性區(qū)的邊界方程，它表示，它表示塑性區(qū)邊界上任意點的塑性區(qū)邊界上任意點的Z于于0之間的關(guān)系，之間的關(guān)系，如果如果D、p、c、已知，可根據(jù)上式已知，可根據(jù)上式繪出塑性區(qū)的邊界線。繪出塑性區(qū)的邊界線。第67頁/共230頁塑性區(qū)的最大深度塑性區(qū)的最大深度Zmax可由可由01sincos0 oddz則有，則有， sincoso即即 20將上式帶入將上式帶入“z”得表達

31、式得得表達式得Dcddpz tan)2/(cot0max第68頁/共230頁 如果如果zmax0，則表示地基剛要出現(xiàn)，則表示地基剛要出現(xiàn)，但尚未出現(xiàn)塑性區(qū)時相應(yīng)的荷載為但尚未出現(xiàn)塑性區(qū)時相應(yīng)的荷載為pcr:dcDpcr02/cot)tan( 設(shè)設(shè)12/cot DN2/cotcot cN、第69頁/共230頁則有則有:cNNpcDDcr DNcN為承載力系數(shù)，均是為承載力系數(shù)，均是的函數(shù)的函數(shù) 實際上，即使地基發(fā)生局部剪切破壞，實際上，即使地基發(fā)生局部剪切破壞，地基中的塑性有所發(fā)展，只要塑性區(qū)的范地基中的塑性有所發(fā)展，只要塑性區(qū)的范圍不超過地基限度，就不至影響建筑物的圍不超過地基限度，就不至影響

32、建筑物的使用。使用。cDNN 、第70頁/共230頁因此，如果用因此，如果用pcr作為淺基礎(chǔ)地基承載力無作為淺基礎(chǔ)地基承載力無疑是保守的，但究竟塑性區(qū)容許有多大的發(fā)展，疑是保守的，但究竟塑性區(qū)容許有多大的發(fā)展，目前還沒有明確的一致的意見，根據(jù)經(jīng)驗，一目前還沒有明確的一致的意見，根據(jù)經(jīng)驗，一般取般取BZ4/1max ,B為基寬為基寬CNDNBNCBcDpCD 41412tan)41cot( 2/tan4/41N第71頁/共230頁第72頁/共230頁一、普朗德爾極限承載力理論一、普朗德爾極限承載力理論 1920年，普朗德爾根據(jù)塑性理論，研究了年，普朗德爾根據(jù)塑性理論，研究了剛性物體壓入均勻的各項

33、同性的無重量介質(zhì)時剛性物體壓入均勻的各項同性的無重量介質(zhì)時的剪切破壞時承載力的情況，導(dǎo)出極限承載力的剪切破壞時承載力的情況，導(dǎo)出極限承載力公式。后來把此法推廣到求解地基極限承載力公式。后來把此法推廣到求解地基極限承載力問題中去。問題中去。第73頁/共230頁用一個寬為用一個寬為B，無限長的底面光滑的條形，無限長的底面光滑的條形基礎(chǔ)，埋深為基礎(chǔ)，埋深為D,假定土體無重量假定土體無重量0，基，基礎(chǔ)下邊土體處于極限平衡狀態(tài)。礎(chǔ)下邊土體處于極限平衡狀態(tài)。剛性條板下的滑動線PEDBDE45+/2onmrr0對數(shù)螺線45-/2第74頁/共230頁)tanexp(0 區(qū)區(qū)由對數(shù)螺旋線及輻射線組成由對數(shù)螺旋線

34、及輻射線組成 31 區(qū)區(qū)主動土楔，稱為主動朗金區(qū)，主動土楔，稱為主動朗金區(qū)，破破裂面與水平面成裂面與水平面成450+/2，on與與om的夾角的夾角任一點的半徑與該點的法線成任一點的半徑與該點的法線成角角，o為對數(shù)螺旋線中心點為對數(shù)螺旋線中心點 第75頁/共230頁區(qū)區(qū)被動土楔，由于主動土楔被動土楔，由于主動土楔ABC向下位向下位移，把附近的土向兩側(cè)推擠；移，把附近的土向兩側(cè)推擠；ADE區(qū)為被動朗區(qū)為被動朗金區(qū)，金區(qū)， 取土體，根據(jù)靜力平衡條件，求取土體，根據(jù)靜力平衡條件，求出（考慮埋深土重出（考慮埋深土重 )31 qcuqNCNp )2/45(tan2tan eNq cot)1( qcNN q

35、=rd第76頁/共230頁rqCuBNqNCNp 21 tan)1(2 qrNN如果考慮土的重量及基礎(chǔ)與地基土的摩擦力的影響，如果考慮土的重量及基礎(chǔ)與地基土的摩擦力的影響，上式可寫為上式可寫為（此式為太沙基極限承載力公式）（此式為太沙基極限承載力公式）NC、Nq、Nr承載力系數(shù)，查圖表承載力系數(shù)，查圖表第77頁/共230頁 土坡是指臨界面為傾斜坡面的土體土坡是指臨界面為傾斜坡面的土體。由于地由于地質(zhì)作用形成的土坡，如土坡、岸坡等稱為質(zhì)作用形成的土坡，如土坡、岸坡等稱為天然土天然土坡坡；由人工挖、填土形成的土坡：如基坑、土堤、；由人工挖、填土形成的土坡：如基坑、土堤、土壩等為土壩等為人工土坡人工

36、土坡，本節(jié)主要討論人工土坡中的，本節(jié)主要討論人工土坡中的簡單土坡的穩(wěn)定問題。簡單土坡的穩(wěn)定問題。第78頁/共230頁 簡單土坡簡單土坡指土坡頂面與底面均為水平面，該指土坡頂面與底面均為水平面，該面延伸到無限遠面延伸到無限遠,斜坡面為平面。斜坡面為平面。 由于坡面傾斜，在自重及其他外力作用下，由于坡面傾斜，在自重及其他外力作用下，近坡面的土體有向下滑動的趨勢。坡面局部土體近坡面的土體有向下滑動的趨勢。坡面局部土體下滑為下滑為邊坡失穩(wěn)或叫滑坡破壞邊坡失穩(wěn)或叫滑坡破壞.滑坡面滑坡面: 無粘性土無粘性土: 平面滑動平面滑動 粘性土粘性土: 圓柱形滑動圓柱形滑動 不均勻成土層不均勻成土層: 復(fù)合滑動復(fù)合

37、滑動第79頁/共230頁 失穩(wěn)原因失穩(wěn)原因：土體剪應(yīng)力應(yīng)大于土抗剪強度。：土體剪應(yīng)力應(yīng)大于土抗剪強度。促進剪應(yīng)力增加的原因很多，如土坡過陡，自重促進剪應(yīng)力增加的原因很多，如土坡過陡，自重太大，若土坡過陡，自重應(yīng)力過大，水的滲入增太大，若土坡過陡，自重應(yīng)力過大，水的滲入增加自重，坡面及坡頂超載、打樁、爆破、地震等。加自重，坡面及坡頂超載、打樁、爆破、地震等。第80頁/共230頁（一）、無粘性土坡穩(wěn)定分析（一）、無粘性土坡穩(wěn)定分析 設(shè)邊坡上土顆粒設(shè)邊坡上土顆粒M，重力為，重力為w砂土內(nèi)摩砂土內(nèi)摩擦角擦角.W的分力的分力 N=Wcos T=Wsin T使土顆粒下落，是滑動力；抗滑使土顆粒下落，是滑動

38、力；抗滑動力是動力是N引起的摩擦力引起的摩擦力第81頁/共230頁 tancostanWNT tantansintancos WWTTK第82頁/共230頁(二二).粘性土的土坡穩(wěn)定分析粘性土的土坡穩(wěn)定分析法向反力法向反力iiiiQWN cos)( iiiiQWT sin)( 當當 當 安全系數(shù)安全系數(shù)K1，土坡處于極限平衡狀態(tài)，土坡處于極限平衡狀態(tài) 安全系數(shù)安全系數(shù)K1,安全穩(wěn)定安全穩(wěn)定 切向反力切向反力第83頁/共230頁iiiiiiiQWLCS tancos)( 抗剪力抗剪力第84頁/共230頁簡化，不計入兩側(cè)簡化，不計入兩側(cè)Ei及及Fi，其誤差約，其誤差約10-15則穩(wěn)定安全系數(shù)則穩(wěn)定

39、安全系數(shù) 1 iiTSTSK一般取一般取1.1-1.5第85頁/共230頁 考慮考慮 F1i、F2i比較復(fù)雜，不進行探討比較復(fù)雜，不進行探討 由于試算的滑動圓心是任意的，因此所由于試算的滑動圓心是任意的，因此所選的圓弧不一定是真正的最危險的圓弧，需選的圓弧不一定是真正的最危險的圓弧，需要用試算法選擇若干個圓弧，分別計算相應(yīng)要用試算法選擇若干個圓弧，分別計算相應(yīng)的的k值，其中值，其中kmin對應(yīng)的滑動面是最危險的，對應(yīng)的滑動面是最危險的，考慮水的影響，采用有效應(yīng)力指標考慮水的影響，采用有效應(yīng)力指標 iiiiiiiiluQGlCStancos)( 根據(jù)大量計算，最危險的滑動圓弧的根據(jù)大量計算，最危

40、險的滑動圓弧的兩端距坡頂點和角點各為兩端距坡頂點和角點各為0.1nh，且最危險，且最危險滑動中心在滑動中心在ab線的垂直平分線上。線的垂直平分線上。第86頁/共230頁 建筑物可分為地上部分（上部結(jié)構(gòu)）和地下部分（下部結(jié)構(gòu)）基礎(chǔ)，而基礎(chǔ)坐落在地基上。地基作為支撐建筑物的地層，如為自然狀態(tài)則為天然地基天然地基，若為人工處理則為人工地基人工地基。 地基又分為淺基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)深基礎(chǔ)兩大類，通常按基礎(chǔ)的埋置深度劃分。一般埋深小于一般埋深小于5m的為淺基的為淺基礎(chǔ)，大于礎(chǔ)，大于5m的為深基礎(chǔ)。的為深基礎(chǔ)。第七章第七章 淺基礎(chǔ)的常規(guī)設(shè)計淺基礎(chǔ)的常規(guī)設(shè)計 71 概述概述第87頁/共230頁 也有建議按施

41、工方法施工方法來劃分的，用普通基坑開挖和敞坑排水方法修建的基礎(chǔ)（埋深小于5m）等，而用特殊施工方法將基礎(chǔ)埋置于深層地基中的基礎(chǔ)稱深基礎(chǔ)，如樁基、沉井、地下連續(xù)墻等。本章只討論天然地基上的淺基礎(chǔ)，人工地基及深基礎(chǔ)將在以后的章節(jié)中討論。第88頁/共230頁基礎(chǔ)的設(shè)計，應(yīng)滿足三個條件或三項原則： 1.強度和穩(wěn)定性條件強度和穩(wěn)定性條件，即在使用荷載下，地基土體不發(fā)生剪切破壞和喪失穩(wěn)定性。 Pfa P基地反力 fa地基容許承載力2.變形條件變形條件，即地基沉降量不超過其允許值。 S 3.基礎(chǔ)本身滿足強度，剛度耐久性要求基礎(chǔ)本身滿足強度，剛度耐久性要求。 第89頁/共230頁淺基礎(chǔ)有多種形式，是隨上部結(jié)構(gòu)

42、類型的增多，使用功能的要求、地基條件、建筑材料和施工方法的發(fā)展而演變的，形成了從獨立的、條形的到交叉形成了從獨立的、條形的到交叉的、成片的乃至空間整體的基礎(chǔ)系列。的、成片的乃至空間整體的基礎(chǔ)系列。 設(shè)計建筑物的地基基礎(chǔ)時，須將地基、基礎(chǔ)乃至上部結(jié)構(gòu)看成了一個整體，對每一個具體工程，應(yīng)在滿足上部結(jié)構(gòu)要求的條件下，結(jié)合工程地質(zhì)資料，工程所具備的施工量以及可能提供的建筑材料等情況，綜合考慮，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，確定最佳方案。第90頁/共230頁如多層民用建筑或輕型廠房，當?shù)鼗鶠橐话愕谒募o沉積層時，選擇天然地基上淺基礎(chǔ)為最理想；若淺基礎(chǔ)有軟弱下臥層則此方案不適宜，可考慮人工地基上淺基礎(chǔ)或天然地基上深基礎(chǔ)

43、。一般應(yīng)優(yōu)選天然地基上淺基礎(chǔ)，條件不允許時，可比較天然基礎(chǔ)深基礎(chǔ)和人工地基上淺基礎(chǔ)兩種方案，確定其一。第91頁/共230頁建筑物的上部結(jié)構(gòu)，地基和基礎(chǔ)三者間相互依存，相互制約，設(shè)計者應(yīng)因地制宜，就地取材的原則，周密考慮，精心設(shè)計。尤其應(yīng)注重工程實踐經(jīng)驗。目前對地基基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)工作的理論探討還處于發(fā)展深化階段，有較多的問題尚不能單純靠理論解決，因此，積累工程實踐資料有助于設(shè)計成功。 常見的淺基礎(chǔ)體形不大，結(jié)構(gòu)簡單，在計算單個基礎(chǔ)時一般不遵循上部與基礎(chǔ)的變形協(xié)調(diào)條件，也不考慮地基與基礎(chǔ)的相互作用，用隔離體法僅考慮靜力平衡條件，這種簡化方法稱為常規(guī)設(shè)計常規(guī)設(shè)計。第92頁/共230頁大型復(fù)雜的基礎(chǔ)必須

44、考慮與上部的變形協(xié)調(diào)條件。 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 （1）.選擇地基基礎(chǔ)方案，確定基礎(chǔ)類型選擇地基基礎(chǔ)方案，確定基礎(chǔ)類型 （2）.確定基礎(chǔ)埋置深度和持力層的容許確定基礎(chǔ)埋置深度和持力層的容許承載力。承載力。 （3）.根據(jù)持力層承載力計算基礎(chǔ)底面尺根據(jù)持力層承載力計算基礎(chǔ)底面尺寸。寸。 （4）.根據(jù)需要進行變形驗算。根據(jù)需要進行變形驗算。 （5）.進行基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計（剖面設(shè)計）進行基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計（剖面設(shè)計） （6）.繪制基礎(chǔ)施工詳圖，提出施工說明繪制基礎(chǔ)施工詳圖，提出施工說明。第93頁/共230頁 由于影響地基基礎(chǔ)設(shè)計的因素較多，方案難以一次確定，一般是先選定后計算，往往需要反復(fù)幾次才能完成，設(shè)計者應(yīng)

45、該在安全可行的前提下，盡量挖掘地基潛力，充分發(fā)揮基礎(chǔ)材料性能，強化經(jīng)濟觀點，在設(shè)計和施工中注意節(jié)約尤為重要。 此外，還應(yīng)注意基礎(chǔ)工程的施工對周圍環(huán)境的影響。如化學(xué)灌漿加固地基污染水源，強夯和打樁時噪聲受影響的居民?；娱_挖排水時，會引起相鄰建筑物的地基下沉。 第94頁/共230頁72 地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念一、基本概念 目前的地基基礎(chǔ)設(shè)計方法是力學(xué)分析中的隔離體隔離體法法，即將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基分別按隔離體對待，上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)接觸處的內(nèi)力作為外荷載（一般為支座反力）,作用于上部結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)上（方向相反）。第95頁/共230頁支座反力取決于基礎(chǔ)與上部

46、結(jié)構(gòu)的連接方式，可按鉸接或固接求解，地基反力一般按簡化法直線分布計算。 這種使用方法存在缺陷，即只考慮了三者間的靜力平衡條件，未考慮三者間的變形協(xié)調(diào)條件，即各部分接觸面不一定滿足變形協(xié)調(diào)條件。以基礎(chǔ)為例，它與地基呈接觸狀態(tài)，其同一位置截面上的變形必然相等，但按上法計算的基礎(chǔ)于地基同一截面處的變形不一定相等，這種理論促使人們研究探討更為合理的方法第96頁/共230頁 下圖為假想的完全柔性的結(jié)構(gòu)（a）為柔性墻體（未砌筑不搭接的磚跺），（b）為完全柔性的上部結(jié)構(gòu)，它們的整體剛度幾乎為零，其作用僅為傳遞荷載，不參與基礎(chǔ)的工作，對地基的變形毫無約束作用，可以完全適應(yīng)地基變形。實際上這種完全柔性的結(jié)構(gòu)是不

47、存在的，它沒有實際意義。第97頁/共230頁 圖（c）為普通墻體，它具有一定的剛度，當?shù)鼗牟痪鶆虺两狄饓w撓曲變形時，它的抗彎剛度將起一定的抵抗作用，可以調(diào)整一些撓曲變形，也就是說，上部結(jié)構(gòu)，地基和基礎(chǔ)共同工作發(fā)揮了效力。但是因為墻體的強度不夠大，不均勻沉降引起的附加應(yīng)力可使墻體有開裂現(xiàn)象。第98頁/共230頁 （d）為鋼筋混凝土墻，具有較大的強度和剛度，因此既可以調(diào)整不均勻沉降引起的撓曲變形，又能抵抗附加應(yīng)力引起的開裂。墻體幾乎沒有撓曲，是因為共同作用的結(jié)果，使地基變形趨于均勻。 因此在設(shè)計時應(yīng)該以地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間必然滿足靜力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件，基于相基于相互作用分析設(shè)計方法

48、已被稱為互作用分析設(shè)計方法已被稱為“合理設(shè)計合理設(shè)計”，但畢竟還處于研究階段，一般基礎(chǔ)設(shè)計仍然采用常規(guī)方法。 第99頁/共230頁二二.地基和基礎(chǔ)的相互作用地基和基礎(chǔ)的相互作用 建筑物基礎(chǔ)的沉降，內(nèi)力基底反力的分布，除了與地基因素有關(guān)外，還受基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的制約，現(xiàn)在首先討論基礎(chǔ)本身剛度的影響。（一）（一）.柔性基礎(chǔ)柔性基礎(chǔ) 其抗彎剛度很小，可以隨地基的變形而任意彎曲，基礎(chǔ)上任一點荷載傳遞到基底時不可能向旁擴散分布。所以柔性基礎(chǔ)的基底反力分布與作用與基礎(chǔ)上的荷載分布完全一致。第100頁/共230頁 沉降為中間大，邊緣小，所以為了調(diào)整柔性基礎(chǔ)使其均勻下沉，只能調(diào)整荷載的分布。（二）（二）.剛性基

49、礎(chǔ)剛性基礎(chǔ) (a)荷載均布時，p(x,y)=常數(shù); (b)沉降均布時，p(x,y)常數(shù) 柔性基礎(chǔ)的基底反力和沉降pq(x,y)p(x,y)q剛性基礎(chǔ)（a)中心荷載 ; （b)偏心荷載(b)(a)PP第101頁/共230頁第102頁/共230頁這種基底反力的分布形狀叫馬鞍形，可以用彈性力學(xué)的方法解出，隨著外力的增大，塑性區(qū)的形成和開展，外加荷載必然向中心轉(zhuǎn)移，基底反力呈拋物線形。（三）（三）.基礎(chǔ)相對剛度的影響基礎(chǔ)相對剛度的影響 歸納以上針對柔性基礎(chǔ)和剛性基礎(chǔ)的討論，可以得出這樣的結(jié)論，基礎(chǔ)架越作用取決于基礎(chǔ)與地基比較的相對剛度，土的壓縮性以及基底下塑性區(qū)的大小。第103頁/共230頁 a.圖荷

50、載小時，基礎(chǔ)架越作用大，相對剛度大，隨著荷載的增加，塑性區(qū)擴大，基底壓力趨于均勻。 b.剛度中等，介于a、c之間 c.圖巖土基礎(chǔ)剛度相對小，荷載分布區(qū)域很小，基底反力幾乎未擴散。第104頁/共230頁總之，當基礎(chǔ)相對愈剛時，隨著基礎(chǔ)撓曲的減小，基底反力的分布與荷載的分布愈不一致。(四四).地基非勻質(zhì)性的影響地基非勻質(zhì)性的影響 地基條件的變化，將引起基礎(chǔ)撓曲變形總的變化。實際工程中可能基礎(chǔ)與荷載均相同，地基條件不同。如地基中部硬兩頭軟?；A(chǔ)呈凸狀撓曲；如果相反，地基中軟，兩邊硬，則基礎(chǔ)呈凹狀撓曲。地基的壓縮性均勻與否直接影響基礎(chǔ)的剪力和變形，因此基礎(chǔ)設(shè)計時，盡量避開不均勻地基。 第105頁/共2

51、30頁常規(guī)設(shè)計時，假定基底反力均勻分布，基礎(chǔ)彎矩圖按靜力法求得，這中方法適用于基礎(chǔ)剛度很大，地基相對軟弱的情況。圖 7-2-1 地 基 壓 縮 性 不 均 勻 的 影 響(b)硬軟(a)軟硬圖 7-2-2 不 均 勻 地 基 上 條 形 基 礎(chǔ) 組 合 在 分 布 的 影 響硬軟(c)(a)軟硬軟硬(d)軟(b)硬P1 P2P2P1 P1 P2P1 P2P2P1P1P2P2P1P2P1第106頁/共230頁圖 7 - 2 - 1 地 基 壓 縮 性 不 均 勻 的 影 響( b )硬軟( a )軟硬圖 7 - 2 - 2 不 均 勻 地 基 上 條 形 基 礎(chǔ) 組 合 在 分 布 的 影 響硬

52、軟( c )( a )軟硬軟硬( d )軟( b )硬P 1 P 2P 2P 1 P 1 P 2P 1 P 2P 2P 1P 1P 2P 2P 1P 2P 1第107頁/共230頁三三.上部結(jié)構(gòu)剛度的影響上部結(jié)構(gòu)剛度的影響 上部結(jié)構(gòu)的剛度，指的是整個上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)不均勻沉降或撓曲的抵抗能力，或稱整體剛度，因此可將建筑結(jié)構(gòu)分為三類（一）、柔性結(jié)構(gòu)（一）、柔性結(jié)構(gòu) 木結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)等屬于柔性結(jié)構(gòu) 柔性結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的不均勻沉降有很大的順從性，或?qū)A(chǔ)的不均勻沉降沒有抵抗性，如靜定結(jié)構(gòu)屬于這種情況。規(guī)范對這類結(jié)構(gòu)的地基變形限制較寬。第108頁/共230頁（二）、敏感結(jié)構(gòu)（二）、敏感結(jié)構(gòu) 指超靜定結(jié)構(gòu)，對

53、基礎(chǔ)不均勻沉降很敏感，如框架結(jié)構(gòu)。剛度越大，敏感度就越大，對不均勻結(jié)構(gòu)適應(yīng)性越小。另一方面，上部結(jié)構(gòu)剛度與基礎(chǔ)剛度之比對地基受力如何，后面講到。上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)剛度之比越大，調(diào)整不均勻能力更強。（三）剛性結(jié)構(gòu)（三）剛性結(jié)構(gòu) 煙囪、水塔、鍋爐等高聳結(jié)構(gòu)物之下配置獨立基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)渾然一體，使整個結(jié)構(gòu)有很大的剛度。第109頁/共230頁73 淺基礎(chǔ)的若干類型淺基礎(chǔ)的若干類型按常規(guī)設(shè)計的三類淺基礎(chǔ)一、擴展基礎(chǔ)一、擴展基礎(chǔ) 指墻柱之下水平截面向下擴大的基礎(chǔ)叫做擴展基礎(chǔ)，起到擴散何在的作用。（一）、無筋擴展基礎(chǔ)（剛性基礎(chǔ)）第110頁/共230頁 為剛性角為剛性角，通過限制剛性角來限制剛性基礎(chǔ)的尺寸，保證基

54、礎(chǔ)抗彎剛度,tan=b/t即為為寬高比。不同材料有不同限制。由于剛性基礎(chǔ)材料的抗壓強度較高，抗拉和抗彎強度較低，因此稍有撓曲變形，基礎(chǔ)的拉應(yīng)力就會超過材料的抗拉強度而產(chǎn)生裂縫，為了彌補這一缺點，采取寬高比限制，使基礎(chǔ)具有足夠的剛度，在荷載作用下，幾乎不產(chǎn)生撓曲變形。 第111頁/共230頁當荷載大時，N大，基礎(chǔ)寬b大，相應(yīng)H大，必然埋置深度大，用料多，自重大，所以只適用于六層和六層以下的建筑。第112頁/共230頁二、鋼筋砼擴展基礎(chǔ)二、鋼筋砼擴展基礎(chǔ) 當上部結(jié)構(gòu)荷載較大，地基較軟弱時，若用剛性基礎(chǔ)，尺寸很大，因此可用高度較小的鋼筋混凝土基礎(chǔ)。鋼砼基礎(chǔ)有較大的抗拉抗彎能力，相對于剛性基礎(chǔ)有一定的

55、柔性，因此也稱柔性基礎(chǔ)。它不受剛性角的限制，在多層磚混結(jié)構(gòu)和多層框架中采用，所謂寬基淺埋寬基淺埋。第113頁/共230頁第114頁/共230頁 如地基不均勻，為了增強基礎(chǔ)的整體性和抗彎能力，可采用有肋肋的墻基礎(chǔ)。肋部配置足夠的縱向鋼筋和箍筋。 確定了底面尺寸埋深后，就可以設(shè)計基礎(chǔ)截面，此時的基底反力應(yīng)為凈反力pj，不包括G。 計算II底部剪力Q 進行抗剪驗算抗剪驗算，如不夠加大尺寸h0。 0 a1 pjmax pjmin p1MF H第115頁/共230頁 計算II底板彎矩M后，進行底筋計算。 進行抗沖切驗算抗沖切驗算。 構(gòu)造要求，錐形基礎(chǔ)邊緣高度，不宜小于200 mm；階形基礎(chǔ)每階高度宜為3

56、00500mm，砼強度C20，鋼筋直徑8mm,間距200。第116頁/共230頁三、聯(lián)合基礎(chǔ)三、聯(lián)合基礎(chǔ) 聯(lián)合基礎(chǔ)主要指同列相鄰兩柱公共的鋼筋砼基聯(lián)合基礎(chǔ)主要指同列相鄰兩柱公共的鋼筋砼基礎(chǔ)，即雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)。礎(chǔ)，即雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)。 實際工程中，由于荷載或地基條件限制，常會遇到單純擴展基礎(chǔ)難以解決的問題。如荷載過大，單純擴大基底面積造成基底面積不足，難以施工；偏心荷載太大，致使基底最大壓應(yīng)力超過地基承載力；地基不均勻，造成較大的沉降差、傾斜等。此時需要將兩個或多個單柱聯(lián)合起來組合成聯(lián)合基礎(chǔ)（或稱局部條形基礎(chǔ)）。聯(lián)合基礎(chǔ)基本形式： 第117頁/共230頁 C、聯(lián)梁式聯(lián)合基礎(chǔ)聯(lián)梁式聯(lián)合基礎(chǔ)。當基礎(chǔ)間距較

57、大，地基均勻，可能產(chǎn)生較大的沉降差時，采用聯(lián)梁式聯(lián)合基礎(chǔ)，且設(shè)計成剛性梁，使不平衡的剪力和彎矩得以傳遞和調(diào)整。 第118頁/共230頁 b2 b1 F等效梁 F聯(lián)系梁(a)(b)(c)典型的雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)(a)矩形聯(lián)合基礎(chǔ)；(b)梯形聯(lián)合基礎(chǔ)； (c)聯(lián)梁式聯(lián)合基礎(chǔ)l=2xh0XxL2X第119頁/共230頁 （1）聯(lián)合基礎(chǔ)為剛性的梁式單面板，基礎(chǔ)底面變形后仍保持平面。 （2）地基土均勻。 2、驗算確定基礎(chǔ)高度。 3、由內(nèi)力計算確定基礎(chǔ)配筋，內(nèi)力計算采用簡化法聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計步驟：聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計步驟： 1、內(nèi)力平衡條件和地基承載力確定基底尺寸，力求荷載合力作用點與基底形心重合，使基底壓力分布均勻。第1

58、20頁/共230頁第121頁/共230頁74 基礎(chǔ)埋置深度的選擇基礎(chǔ)埋置深度的選擇 埋深對建筑物的安全使用、穩(wěn)定性、工期造價影響很大，因此合理選擇和確定埋深是十分重要的。埋深受多種因素制約，但就每項工程，往往其中一兩個因素起決定作用，能否抓住主要因素，取決于設(shè)計者的經(jīng)驗與分析的能力。一般應(yīng)按下列規(guī)定綜合考慮，合理確定埋深。一、工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件一、工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件 直接支承基礎(chǔ)的地層稱為持力層，其下的土層直接支承基礎(chǔ)的地層稱為持力層，其下的土層稱為下臥層。稱為下臥層。為了保證建筑物的安全，必須根據(jù)荷載的大小和性質(zhì)給基礎(chǔ)選擇可靠的持力層。第122頁/共230頁基礎(chǔ)底面埋入持力層15cm埋深

59、50基礎(chǔ)頂面在地面下10通常根據(jù)土承載力大小，壓縮性高底和分布均勻程度，可將地基分成以下三種典型情況考慮。2、上層土較下層土好的地基、上層土較下層土好的地基，根據(jù)上層土的厚度 決定埋深。當有軟弱下臥層時，持力層厚度不宜太薄，一般應(yīng)大于基底寬的14，其最小厚度為12m。 第123頁/共230頁二、二、 由在基礎(chǔ)上的荷載和性質(zhì)由在基礎(chǔ)上的荷載和性質(zhì)對于不同類型的建筑物的埋深不同 1.有地下層建筑物，加深。 2.荷載大的建筑物加深。三、土的凍脹影響三、土的凍脹影響某些粒土在凍結(jié)時，往往發(fā)生就膨脹，向上隆起即所謂凍脹現(xiàn)象。 3、上層差，下層好的地基、上層差，下層好的地基，基礎(chǔ)盡量淺埋。 4、基礎(chǔ)底面應(yīng)

60、盡量埋于地下，水位以上，避免地下水對基礎(chǔ)的腐蝕。第124頁/共230頁fttdzd 0minmindt 0zftd基礎(chǔ)埋深采暖對凍脹的影響系數(shù)標準凍結(jié)深度基底下允許殘留凍土層的厚度 第125頁/共230頁四、相鄰建筑的埋深四、相鄰建筑的埋深 基礎(chǔ)埋深不宜深于相鄰原有建筑，如不能滿足要求，而基礎(chǔ)應(yīng)保持一定的凈距， 一般取底面高差的12倍，若還不能滿足需要加固原有基礎(chǔ)。第126頁/共230頁75 地基承載力地基承載力fa的確定方法有三種，補充兩種（1）、根據(jù)土的抗剪強度指標確定；（2）、按現(xiàn)場荷載試驗的PS曲線確定；（3）、按規(guī)范提供的承載力表確定；（4）、用動力觸探確定；（5）、憑經(jīng)驗確定； 第