地基極限承載力計算（34頁清楚明了）

1、地基極限承載力計算10.1 土體的極限平衡理論概述平衡方程極限平衡理論以鋼塑性體模型為基礎(chǔ)，剛塑性體的一部分或全部在荷載作用下從靜力平衡轉(zhuǎn)向運動的臨界狀態(tài)成為極限平衡態(tài)。極限平衡狀態(tài)理論是根據(jù)靜力平衡條件和極限平衡條件所建立起來的理論基本方程：10.1土體的極限平衡理論概述式中 X和Z體積力分量屈服條件：幾何方程正交流動法則10.1土體的極限平衡理論概述幾何方程其中10.1土體的極限平衡理論概述土體中塑性區(qū)內(nèi)任一點的應(yīng)力分量也可以用兩個變量 及 確定表達式其中10.1土體的極限平衡理論概述上式為雙曲線型偏微方程，具有兩組相交的特征線，可用特征線法求數(shù)值解10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算10.2

2、.1地基承載力的概念地基承載力是指地基土單位面積上承受荷載的能力。確定方法：載荷試驗法，原位測試法，理論公式法臨塑荷載：當(dāng)基礎(chǔ)底面以下的地基土中將要出現(xiàn)而尚未出現(xiàn)塑性變形區(qū)時，地基所能承受的最大荷載。 臨界荷載：當(dāng)?shù)鼗镣林械乃苄宰冃伟l(fā)展到一定階段，即塑性區(qū)達到某一深度，通常為相當(dāng)于基礎(chǔ)寬度的三分之一或四分之一時，地基土所能承受的最大荷載。 極限荷載：當(dāng)?shù)鼗林械乃苄宰冃螀^(qū)充分發(fā)展并形成連續(xù)貫通面的滑動面，地基土所能承受的最大荷載。利用靜載試驗的p-s曲線可以直觀地說明上述概念。10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算載荷試驗p-s曲線10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算第一階段：壓密變形階段（oa段）。

3、承壓板上的荷載比較小，荷載與沉降成直線關(guān)系，對應(yīng)于直線段中點a的 荷載為臨塑荷載第二階段：塑性變形階段（ab段）。承壓板上荷載逐漸增大，地基的變形與荷載之間不再成直線關(guān)系，說明地基土除發(fā)生豎向壓縮外，局部發(fā)生剪切破壞，因而呈現(xiàn)塑性狀態(tài)，對應(yīng)于b點的荷載狀態(tài)即為極限荷載 ；臨界荷載為塑性變形階段ab段中某一點相對應(yīng)的荷載。第三階段:破壞階段（bc段）。在這一階段，塑性區(qū)已發(fā)展到連成一片，地基中形成連續(xù)的滑動面，只要荷載稍有增加，沉降就急劇增加，地基土發(fā)生側(cè)向擠10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算 出，承壓板周圍地面大面隆起，最終發(fā)生整體破壞。所以，地基極限承載力是指地基內(nèi)部整體達到極限平衡時的荷載，

4、即極限荷載。在載荷試驗的曲線上表現(xiàn)為沉降急劇增大或很長時間不停止。將地基極限承載力除以安全系數(shù)，可以作為地基的承載力特征值。求解極限荷載的途徑:一，根據(jù)極限平衡條件建立微分方程，根據(jù)邊界條件求出地基整體達到極限平衡時各點的精確解。二，假定滑動面法，通過基礎(chǔ)模型試驗的實際滑動面形狀，簡化為假定滑動面，然后按假定滑動面上的極限平衡條件求解。地基在極限荷載作用下發(fā)生剪切破壞的形式可分為整體剪切破壞，局部剪切破壞，沖切剪切破壞。10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算整體剪切破壞：其特征是在地基土中形成連續(xù)的滑動面，土從基礎(chǔ)兩側(cè)基礎(chǔ)隆起，基礎(chǔ)急劇下沉并側(cè)傾破壞。沉降與荷載的關(guān)系開始呈線性變化，當(dāng)頻臨破壞時出現(xiàn)

5、明顯的拐點。局部剪切破壞：其特征是地基土中剪切破壞區(qū)域只發(fā)生在基礎(chǔ)下的局部范圍內(nèi)，并不形成延伸到地面的連續(xù)滑動面，基礎(chǔ)四周地面具有隆起跡象，但不出現(xiàn)明顯的傾斜或倒塌。沉降與荷載的關(guān)系一開始就呈現(xiàn)非線性變化，且無明顯的拐點。沖切破壞：其特征是在地基土中不出現(xiàn)明顯的連續(xù)滑動面，而在基礎(chǔ)四周發(fā)生豎向剪切破壞，使基礎(chǔ)連續(xù)刺入土中。荷載與沉降的關(guān)系成非線性變化，也無明顯的拐點。10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算10.2.2普朗特課題1920年，普朗特根據(jù)塑性平衡的觀點，研究了剛性體壓入較軟的，均勻的，各向同性材料的過程假定地基土的重放為零，導(dǎo)出了下式式中10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算這個解可應(yīng)用到地基承

6、載力的課題上。根據(jù)普朗特的假設(shè)條件，上式適用于具有 的條形基礎(chǔ)。賴斯諾在普朗特的基礎(chǔ)上，把基礎(chǔ)兩側(cè)埋置深度內(nèi)的土以連續(xù)均布的超載來代替，得到基礎(chǔ)有埋深時地基極限承載力的表達式10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算10.2.3太沙基課題太沙基將淺基礎(chǔ)定義為埋深不大于寬度的基礎(chǔ)。在推導(dǎo)均勻地基上的條形基礎(chǔ)受中心荷載作用下的極限承載力時，太沙基把土作為有重力的介質(zhì)，并作了如下假設(shè)： (1)基礎(chǔ)底面粗糙 (2)基土是有重力的，但忽略地基土重力對滑移線形狀的影響。式中10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算 (3)不考慮基底以上基礎(chǔ)兩側(cè)土體抗剪強度的影響，而用均布超載來代替。根據(jù)上述假定，由彈性鍥體的平衡條件，可以得

7、到剪切破壞的地基極限承載力公式其中10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算兩種特殊情況 1）假定基地完全粗糙。式中10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算 2）假設(shè)基底完全光滑。將 代入太沙基課題式， 表達式與普朗特課題的式相同，而10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算梅耶霍夫課題太沙基理論的缺陷 1）忽略了覆土的抗剪強度 2）滑動面被假定與基礎(chǔ)地面水平線相交為止，沒有伸延到地表面上去，這是與實際不符的。梅耶霍夫的解決方式 他提出應(yīng)該考慮到地基上的塑性平衡區(qū)隨著基礎(chǔ)的埋深不同而擴展到最大可能的程度，并且應(yīng)計及基礎(chǔ)兩側(cè)土的抗剪強度對承載力的影響。但是，這個課題存在數(shù)學(xué)上的困難而無法得到嚴(yán)格的解答，最后，他用簡化的方法

8、導(dǎo)出條形基礎(chǔ)受中心荷載作用時均質(zhì)地基的極限承載力公式。10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算梅耶霍夫公式既可用于淺基礎(chǔ)，也可用于深基礎(chǔ)，是目前西歐各國常用的公式之一。等代應(yīng)力 分別表示作用在基礎(chǔ)側(cè)面上的合力及附近土塊的重力。式中10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算梅耶霍夫公式其中淺基礎(chǔ)10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算深基礎(chǔ)，其它的一樣，僅 不同式中10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算10.2.5基礎(chǔ)形狀對地基極限承載力的影響以上所討論的公式都是針對條形基礎(chǔ)的情況即平面課題而言的，對于圓形和矩形基礎(chǔ)的求解有著很大的困難。不同的學(xué)者提出了一些半經(jīng)驗公式。大多數(shù)研究者是對條形基礎(chǔ)的承載力系數(shù)分別乘以形狀因數(shù)，書中

9、272頁給出了一些研究者建議的形狀因數(shù)的表達式。10.2.6地基破壞形式對地基極限承載力的影響前述地基極限承載力公式都是在地基發(fā)生整體剪切破壞情況下得到的，即假定土是剛塑性體，剪切破壞前不產(chǎn)生壓縮。實際上，多數(shù)情況下土在剪切破壞過程中會產(chǎn)生可觀的壓縮，甚至導(dǎo)致局部剪切破壞或沖切破壞。10.2.均質(zhì)地基極限承載力計算地基破壞形式的出現(xiàn)與基礎(chǔ)上所加的荷載條件，基礎(chǔ)的埋置深度，土的類別和密度等因素有關(guān)。在一定條件下，主要取決于土的相對壓縮性。魏西克建議用土的剛度指標(biāo) 與土的臨界剛度指標(biāo) 進行比較，將土分為相對不可壓縮和相對可壓縮的兩大類型，并據(jù)此來判別地基的破壞形式。若 ，則認(rèn)為土是相對不可壓縮，此

10、時地基發(fā)生整體剪切破壞；若 ，則認(rèn)為土是相對可壓縮的，此時，地基可能發(fā)生局部剪切破壞或沖切破壞地基土的剛度指標(biāo)10.3斜向荷載下均質(zhì)地基極限承載力計算10.3斜向荷載下均質(zhì)地基極限承載力計算當(dāng)荷載偏心時，若為條形基礎(chǔ)，則用有效寬度 代替原來的寬度B，其中e為荷載的偏心距；若為條形基礎(chǔ)，則用有效寬度 ，有效長度 來代替原來的寬度和原來的長度，其中， 分別長度和寬度方向的偏心距；對于任意形狀的基礎(chǔ)，先將受偏心荷載基礎(chǔ)面積換算成受中心豎向荷載的有效面10.3斜向荷載下均質(zhì)地基極限承載力計算 積，再換算成等面積的矩形基礎(chǔ)梅耶霍夫條形基礎(chǔ)地基極限承載力公式漢森則建議將受中心豎向荷載情況下得到的承載力系數(shù)

11、分別乘以傾斜因子，其值可根據(jù)土的內(nèi)摩擦角和荷載傾斜角按書中276頁的表查找。10.4雙層地基極限承載力計算10.4.1 的層狀粘土地基的極限承載力公式式中10.4雙層地基極限承載力計算對于 承載力系數(shù)按下式確定式中對于 承載力系數(shù)按下式確定10.4雙層地基極限承載力計算10.4.2有軟弱下臥層時的地基極限承載力公式式中10.4雙層地基極限承載力計算對于具有軟弱下臥層的雙臥層，地基極限承載力可按下式確定10.4雙層地基極限承載力計算10.4.3軟弱土層位于堅實土層上時的地基極限承載力軟弱土層位于堅實土層上的情況可分為兩種：其一是基底下軟弱土層的深度相對于基底寬度來講較小，此時破壞面將穿過下部堅實土層，其二是當(dāng)基底下軟弱土層的深度相對于基底寬度來講較大，此時破壞面將全部位于上層土中半經(jīng)驗公式10.4雙層地基極限承載力計算10.4.