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(jì)算方法，土坡穩(wěn)定是本章討論的另一個(gè)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(dòng)，保持原來的位置，這時(shí)作用在墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時(shí)，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(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力當(dāng)墻在土壓力

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

3、又小于被動(dòng)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(jì)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(duì)稱面，那么地下 深處取一點(diǎn)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(shí)的應(yīng)力狀態(tài)用莫爾圓表示如圖（ ）中I所未，由于該點(diǎn)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€(gè)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(dāng)AB向左移動(dòng)時(shí)， 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(dāng) 減小到土體達(dá)極限平衡狀態(tài)時(shí)，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(diǎn)都達(dá)到極限平衡狀態(tài)，稱為主動(dòng)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(dāng) 增大到土體達(dá)極限平衡狀態(tài)時(shí)，則 達(dá)最大值 ,應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線相切，見，形成一系列滑裂面時(shí)稱被動(dòng)朗金狀態(tài)，此時(shí) 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(dòng)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(dòng)土壓力一、主動(dòng)土壓力根據(jù)土的強(qiáng)度理論，土體中某點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)， 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(dòng)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(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力為被動(dòng)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(dòng)土壓力為：則主動(dòng)土壓力為：第14頁/共230頁azk 對(duì)于粘性土，土壓力強(qiáng)度由兩部分組成，對(duì)于粘性土，土壓力強(qiáng)度由兩部分組成，為負(fù)壓力，為負(fù)壓力，在求在求Ea時(shí)，首先求壓力為零的深時(shí)，首先求壓力為零的深度度Z0。 對(duì)于砂土，總主動(dòng)土壓力為對(duì)于砂土，總主動(dòng)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(dòng)土壓力總合力被動(dòng)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(jì)算方法簡便，概念明朗金土壓力理論計(jì)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(jì)算時(shí)主是水平，故應(yīng)用上受到限制，一般計(jì)算時(shí)主動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力

8、偏小。動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力偏小。三三.幾種常見情況的土壓力計(jì)算幾種常見情況的土壓力計(jì)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(dāng)量一般超載部分，按土的重度換算成當(dāng)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(jì)算土壓力計(jì)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(dāng)填土為若干層時(shí)當(dāng)填土為若干層時(shí)，對(duì)于砂土對(duì)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(diǎn)，故以點(diǎn)，故以AB為假想墻背計(jì)算主動(dòng)土壓力，為假想墻背計(jì)算主動(dòng)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(dāng)填土面和墻面傾斜時(shí)，當(dāng)量土層厚度仍為當(dāng)填土面和墻面傾斜時(shí)，當(dāng)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(jì)算土壓力的情況計(jì)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(qiáng)度降低，而使土壓力增大。下水的存在使抗剪強(qiáng)度降低，而使土壓力增大。計(jì)算方法計(jì)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(biāo)如圖所示，地位置，土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)如圖所示，地面均布荷載為面均布荷載為 q=20kn/m2，試計(jì)算板樁墻的主，試計(jì)算板樁墻的主動(dòng)土壓力，并給出土壓力分布圖。動(dòng)土壓力，并給出土壓力分布圖。地下水位以上取土的指標(biāo)，地下水位以下取土的地下水位以上取土的指標(biāo)，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?yàn)樗黜?xiàng)壓力相等。因?yàn)樗黜?xiàng)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(biāo)高同，故水壓力兩：地下水及墻外水位標(biāo)高同，故水壓力兩邊相同計(jì)，計(jì)算土壓力時(shí)，可得個(gè)分層換邊相同計(jì)，計(jì)算土壓力時(shí)，可得個(gè)分層換算成當(dāng)量厚度，各點(diǎn)按朗金土壓力計(jì)算列算成當(dāng)量厚度，各點(diǎn)按朗金土壓力計(jì)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?yàn)榻缑嫔舷峦恋奈锢硇詨毫τ型蛔?，是因?yàn)榻缑嫔舷峦恋奈锢硇再|(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(diǎn)點(diǎn)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(shí)，從楔體的靜力狀態(tài)并形成一定的楔體時(shí)，從楔體的靜力平衡條件得出土壓力計(jì)算的理論。平衡條件得出土壓力計(jì)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(dòng)破壞面為通過墻踵的平面）滑動(dòng)破壞面為通過墻踵的平面第30頁/共230頁二二.主動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力第31頁/共230頁當(dāng)墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)而使墻后土體沿某一破當(dāng)墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)而使墻后土體沿某一破壞面壞面AM破壞時(shí)，土楔破壞時(shí)，土楔ABM向下滑動(dòng)而處于向下滑動(dòng)而處于極限平衡狀態(tài)，此時(shí)作用在土楔上的力有：極限平衡狀態(tài)，此時(shí)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?yàn)椋ㄒ驗(yàn)?tan，滑裂面上，滑裂面上的點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)）的點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)）第32頁/共230頁=tan，滑裂面上的點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)），滑裂面上的點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)）第33頁/共230頁 3、墻背對(duì)于楔體的反力、墻背對(duì)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(dòng)力。該力方向已知，大小未知，它主動(dòng)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(dāng)土楔體下滑時(shí)，角度，稱為摩擦角。當(dāng)土楔體下滑時(shí)，墻對(duì)土楔體的阻力是向上的，故墻對(duì)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(gè)閉處于靜力平衡狀態(tài)，因此構(gòu)成一個(gè)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(dòng)面滑動(dòng)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(dòng)面，可以得出一系列因此假定不同的滑動(dòng)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(dòng)土壓力。即為墻背的主動(dòng)土壓力。其對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面既是土楔體最可能的滑動(dòng)其對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面既是土楔體最可能的滑動(dòng)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(dòng)土壓力系數(shù)，與庫侖主動(dòng)土壓力系數(shù)，與、和和有關(guān)，查表當(dāng)墻面直立，有關(guān)，查表當(dāng)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P(yáng)pKHE221 ppzkp 三三.被動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力當(dāng)墻受到外力推向土體時(shí)，直至土體沿當(dāng)墻受到外力推向土體時(shí)，直至土體沿某一破裂面某一破裂面BC；破壞時(shí)，土體；破壞時(shí)，土體ABC向上向上滑動(dòng)，并處于極限平衡狀態(tài)。可推出滑動(dòng)，并處于極限平衡狀態(tài)?？赏瞥?被動(dòng)土壓力強(qiáng)度被動(dòng)土壓力強(qiáng)度 被動(dòng)土壓力系數(shù)被動(dòng)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(duì)于粘性土需粘性土，而庫侖只適用于砂土，對(duì)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(jì)主要有：擋土墻的設(shè)計(jì)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(yàn)算傾覆穩(wěn)定性的驗(yàn)算 3.滑動(dòng)穩(wěn)定性的驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定性的驗(yàn)算 4.基承載力的驗(yàn)算基承載力的驗(yàn)算 5.墻身材料的強(qiáng)度驗(yàn)算墻身材料的強(qiáng)度驗(yàn)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(dāng)墻后填土面比較小時(shí)，為了增強(qiáng)懸當(dāng)墻后填土面比較小時(shí)，為了增強(qiáng)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(jì)算抗傾覆穩(wěn)定計(jì)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(yàn)算中，將在傾覆驗(yàn)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(dòng)穩(wěn)定系數(shù)三、抗滑動(dòng)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(dòng)而破壞?？够瑒?dòng)

21、礎(chǔ)底面發(fā)生滑動(dòng)而破壞。抗滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，應(yīng)滿足穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，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(jì)算四、地基土承載力計(jì)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(dāng)基底壓力超過地基土承載力時(shí)，可當(dāng)基底壓力超過地基土承載力時(shí)，可設(shè)置墻趾臺(tái)階，設(shè)置墻趾臺(tái)階，第50頁/共230頁它還有利于擋土墻的抗滑動(dòng)和抗傾覆它還有利于擋土墻的抗滑動(dòng)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(yàn)算五、墻身應(yīng)力驗(yàn)算 按在土體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定驗(yàn)算任按在土體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定驗(yàn)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(qiáng)度能滿一般說來，墻身和基礎(chǔ)接合處的強(qiáng)度能滿足，則上面截面可不再驗(yàn)算，總能滿足。足，則上面截面可不再驗(yàn)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(huì)產(chǎn)生滿足引起的剪切破壞。地基承受荷載會(huì)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(huì)引起建筑物不同程度的破壞，同樣形過大會(huì)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(dòng)而造成建筑物的傾倒破壞。失穩(wěn)滑動(dòng)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(shí)，沉降量的曲線有如下特征：小荷載時(shí)，ps是直線，是直線，p增到增到a點(diǎn)，地基中開始出現(xiàn)塑性變形，點(diǎn)，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(huì)出現(xiàn)輪廓分明的剪切滑動(dòng)面，滑動(dòng)地基的土層會(huì)出現(xiàn)輪廓分明的剪切滑動(dòng)面，滑動(dòng)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(dòng)

25、面，以豎向地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)的剪切滑動(dòng)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(huì)變形體會(huì)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(diǎn)不明顯。象，曲線上拐點(diǎn)不明顯。第56頁/共230頁第57頁/共230頁 目前還沒有定量準(zhǔn)確判斷地基破壞類型的目前還沒有定量準(zhǔn)確判斷地基破壞類型的準(zhǔn)則。準(zhǔn)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(gè)變形階段。個(gè)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(diǎn)的荷載為地基邊緣將出現(xiàn)塑性區(qū)的邊點(diǎn)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(diǎn)時(shí)，點(diǎn)時(shí)，塑性區(qū)擴(kuò)展的連續(xù)滑動(dòng)面，塑性區(qū)擴(kuò)展的連續(xù)滑動(dòng)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷點(diǎn)對(duì)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(diǎn)以下的階段，基礎(chǔ)急劇下沉，點(diǎn)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(shí)，其

28、相應(yīng)的發(fā)生任一大于塑性區(qū)時(shí)，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(gè)既安全又經(jīng)濟(jì)的指選取一個(gè)既安全又經(jīng)濟(jì)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(duì)整體剪切破壞形式，討論以本節(jié)中針對(duì)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(jì)算極限平衡理論為基礎(chǔ)的古典承載力理論計(jì)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(jì)算，原位測試及建筑經(jīng)態(tài)，要有理論計(jì)算，原位測試及建筑經(jīng)

29、驗(yàn)多種方法綜合確定地基承載力。驗(yàn)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(diǎn)產(chǎn)生的主應(yīng)力為點(diǎn)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(diǎn)的大小主應(yīng)力點(diǎn)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(dāng)建立極限平衡方程，顯然當(dāng)M點(diǎn)處于極點(diǎn)處于極

30、限平衡狀態(tài)時(shí)，有限平衡狀態(tài)時(shí)，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(diǎn)的塑性區(qū)邊界上任意點(diǎn)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(dá)

31、式得得表達(dá)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(shí)相應(yīng)的荷載為但尚未出現(xiàn)塑性區(qū)時(shí)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(shí)際上，即使地基發(fā)生局部剪切破壞，實(shí)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(yàn)，一目前還沒有明確的一致的意見，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，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(xiàng)

33、同性的無重量介質(zhì)時(shí)剛性物體壓入均勻的各項(xiàng)同性的無重量介質(zhì)時(shí)的剪切破壞時(shí)承載力的情況，導(dǎo)出極限承載力的剪切破壞時(shí)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(gè)寬為用一個(gè)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(dòng)線PEDBDE45+/2onmrr0對(duì)數(shù)螺線45-/2第74頁/共230頁)tanexp(0 區(qū)區(qū)由對(duì)數(shù)螺旋線及輻射線組成由對(duì)數(shù)螺旋線

34、及輻射線組成 31 區(qū)區(qū)主動(dòng)土楔，稱為主動(dòng)朗金區(qū)，主動(dòng)土楔，稱為主動(dòng)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(diǎn)的半徑與該點(diǎn)的法線成任一點(diǎn)的半徑與該點(diǎn)的法線成角角，o為對(duì)數(shù)螺旋線中心點(diǎn)為對(duì)數(shù)螺旋線中心點(diǎn) 第75頁/共230頁區(qū)區(qū)被動(dòng)土楔，由于主動(dòng)土楔被動(dòng)土楔，由于主動(dòng)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(dòng)朗區(qū)為被動(dòng)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(yuǎn)面延伸到無限遠(yuǎn),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(dòng)的趨勢。坡面局部土體近坡面的土體有向下滑動(dòng)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(dòng)平面滑動(dòng) 粘性土粘性土: 圓柱形滑動(dòng)圓柱形滑動(dòng) 不均勻成土層不均勻成土層: 復(fù)合滑動(dòng)復(fù)合

37、滑動(dòng)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(qiáng)度。：土體剪應(yīng)力應(yīng)大于土抗剪強(qiáng)度。促進(jìn)剪應(yīng)力增加的原因很多，如土坡過陡，自重促進(jìn)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(dòng)力；抗滑使土顆粒下落，是滑動(dòng)

38、力；抗滑動(dòng)力是動(dòng)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(dāng)當(dāng) 當(dāng) 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(jì)入兩側(cè)簡化，不計(jì)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(jìn)行探討比較復(fù)雜，不進(jìn)行探討 由于試算的滑動(dòng)圓心是任意的，因此所由于試算的滑動(dòng)圓心是任意的，因此所選的圓弧不一定是真正的最危險(xiǎn)的圓弧，需選的圓弧不一定是真正的最危險(xiǎn)的圓弧，需要用試算法選擇若干個(gè)圓弧，分別計(jì)算相應(yīng)要用試算法選擇若干個(gè)圓弧，分別計(jì)算相應(yīng)的的k值，其中值，其中kmin對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面是最危險(xiǎn)的，對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面是最危險(xiǎn)的，考慮水的影響，采用有效應(yīng)力指標(biāo)考慮水的影響，采用有效應(yīng)力指標(biāo) iiiiiiiiluQGlCStancos)( 根據(jù)大量計(jì)算，最危險(xiǎn)的滑動(dòng)圓弧的根據(jù)大量計(jì)算，最危

40、險(xiǎn)的滑動(dòng)圓弧的兩端距坡頂點(diǎn)和角點(diǎn)各為兩端距坡頂點(diǎn)和角點(diǎn)各為0.1nh，且最危險(xiǎn)，且最危險(xiǎn)滑動(dòng)中心在滑動(dòng)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(jì)淺基礎(chǔ)的常規(guī)設(shè)計(jì) 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(jì)，應(yīng)滿足三個(gè)條件或三項(xiàng)原則： 1.強(qiáng)度和穩(wěn)定性條件強(qiáng)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(qiáng)度，剛度耐久性要求基礎(chǔ)本身滿足強(qiáng)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(dú)立的、條形的到交叉形成了從獨(dú)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(jì)建筑物的地基基礎(chǔ)時(shí)，須將地基、基礎(chǔ)乃至上部結(jié)構(gòu)看成了一個(gè)整體，對(duì)每一個(gè)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(jì)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(dāng)?shù)鼗鶠橐话愕谒募o(jì)沉積層時(shí)，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(shí)，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(jì)者應(yīng)因地制宜，就地取材的原則，周密考慮，精心設(shè)計(jì)。尤其應(yīng)注重工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。目前對(duì)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(shí)踐資料有助于設(shè)計(jì)成功。 常見的淺基礎(chǔ)體形不大，結(jié)構(gòu)簡單，在計(jì)算單個(gè)基礎(chǔ)時(shí)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(jì)常規(guī)設(shè)計(jì)。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(jì)步驟設(shè)計(jì)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(jì)算基礎(chǔ)底面尺根據(jù)持力層承載力計(jì)算基礎(chǔ)底面尺寸。寸。 （4）.根據(jù)需要進(jìn)行變形驗(yàn)算。根據(jù)需要進(jìn)行變形驗(yàn)算。 （5）.進(jìn)行基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（剖面設(shè)計(jì)）進(jìn)行基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（剖面設(shè)計(jì)） （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(jì)的因素較多，方案難以一次確定，一般是先選定后計(jì)算，往往需要反復(fù)幾次才能完成，設(shè)計(jì)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(qiáng)化經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，在設(shè)計(jì)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(duì)周圍環(huán)境的影響。如化學(xué)灌漿加固地基污染水源，強(qiáng)夯和打樁時(shí)噪聲受影響的居民?；娱_挖排水時(shí)，會(huì)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(jì)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(duì)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(jì)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(jì)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(duì)地基的變形毫無約束作用，可以完全適應(yīng)地基變形。實(shí)際上這種完全柔性的結(jié)構(gòu)是不

47、存在的，它沒有實(shí)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(dāng)?shù)鼗牟痪鶆虺两狄饓w撓曲變形時(shí)，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?yàn)閴w的強(qiáng)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(qiáng)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?yàn)楣餐饔玫慕Y(jié)果，使地基變形趨于均勻。 因此在設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)方法

48、已被稱為互作用分析設(shè)計(jì)方法已被稱為“合理設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)”，但畢竟還處于研究階段，一般基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(diǎn)荷載傳遞到基底時(shí)不可能向旁擴(kuò)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(shí)，p(x,y)=常數(shù); (b)沉降均布時(shí)，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(duì)剛度的影響基礎(chǔ)相對(duì)剛度的影響 歸納以上針對(duì)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(duì)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(shí)，基礎(chǔ)架越作用大，相對(duì)剛度大，隨著荷載的增加，塑性區(qū)擴(kuò)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(duì)小，荷載分布區(qū)域很小，基底反力幾乎未擴(kuò)散。第104頁/共230頁總之，當(dāng)基礎(chǔ)相對(duì)愈剛時(shí)，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(shí)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?fàn)顡锨蝗绻喾?，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(jì)時(shí)，盡量避開不均勻地基。 第105頁/共2

51、30頁常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)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(gè)上部結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)

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(duì)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(duì)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(qiáng)。（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(dú)立基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)渾然一體，使整個(gè)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(jì)的三類淺基礎(chǔ)一、擴(kuò)展基礎(chǔ)一、擴(kuò)展基礎(chǔ) 指墻柱之下水平截面向下擴(kuò)大的基礎(chǔ)叫做擴(kuò)展基礎(chǔ)，起到擴(kuò)散何在的作用。（一）、無筋擴(kuò)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(qiáng)度較高，抗拉和抗彎強(qiáng)度較低，因此稍有撓曲變形，基礎(chǔ)的拉應(yīng)力就會(huì)超過材料的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫，為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，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(dāng)荷載大時(shí)，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(kuò)展基礎(chǔ)二、鋼筋砼擴(kuò)展基礎(chǔ) 當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載較大，地基較軟弱時(shí)，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(duì)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(qiáng)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(jì)基礎(chǔ)截面，此時(shí)的基底反力應(yīng)為凈反力pj，不包括G。 計(jì)算II底部剪力Q 進(jìn)行抗剪驗(yàn)算抗剪驗(yàn)算，如不夠加大尺寸h0。 0 a1 pjmax pjmin p1MF H第115頁/共230頁 計(jì)算II底板彎矩M后，進(jìn)行底筋計(jì)算。 進(jìn)行抗沖切驗(yàn)算抗沖切驗(yàn)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(qiáng)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(shí)際工程中，由于荷載或地基條件限制，常會(huì)遇到單純擴(kuò)展基礎(chǔ)難以解決的問題。如荷載過大，單純擴(kuò)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(shí)需要將兩個(gè)或多個(gè)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(dāng)基礎(chǔ)間距較

57、大，地基均勻，可能產(chǎn)生較大的沉降差時(shí)，采用聯(lián)梁式聯(lián)合基礎(chǔ)，且設(shè)計(jì)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(yàn)算確定基礎(chǔ)高度。 3、由內(nèi)力計(jì)算確定基礎(chǔ)配筋，內(nèi)力計(jì)算采用簡化法聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟：聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(diǎn)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(duì)建筑物的安全使用、穩(wěn)定性、工期造價(jià)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(xiàng)工程，往往其中一兩個(gè)因素起決定作用，能否抓住主要因素，取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)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(dāng)有軟弱下臥層時(shí)，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(duì)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(shí)，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(duì)基礎(chǔ)的腐蝕。第124頁/共230頁fttdzd 0minmindt 0zftd基礎(chǔ)埋深采暖對(duì)凍脹的影響系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)充兩種（1）、根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定；（2）、按現(xiàn)場荷載試驗(yàn)的PS曲線確定；（3）、按規(guī)范提供的承載力表確定；（4）、用動(dòng)力觸探確定；（5）、憑經(jīng)驗(yàn)確定； 第