注巖土力學(xué)講義土的抗剪強(qiáng)度

1、第五節(jié)地基承載力一、地基剪切破壞模式（一）地基剪切破壞的三種模式地基的剪切破壞模式主要有三種：整體剪切破壞、刺入剪切破壞和局部剪切破壞。（1）整體剪切破壞。有輪廓分明的從地基到地面的連續(xù)剪切滑動(dòng)面，鄰近基礎(chǔ)的土體有明顯的隆 起，可使上部結(jié)構(gòu)隨基礎(chǔ)發(fā)生突然傾斜，造成災(zāi)難性破壞。（2）刺入剪切破壞。地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)的剪切滑動(dòng)面，以豎向下沉變形為主。 隨荷載的增加,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)之外的土體無(wú)變形?；A(chǔ)除在豎向有突然的 小移動(dòng)之外，既沒(méi)有明顯的失穩(wěn)，也沒(méi)有大的傾斜。（3）局部剪切破壞。隨荷載的增加，緊靠基礎(chǔ)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

2、地基內(nèi)某一深度處終止?；A(chǔ)豎向下沉顯著，基礎(chǔ)周邊地表有隆起現(xiàn)象。只有產(chǎn)生大于基礎(chǔ) 寬度之半的下沉量時(shí)，滑動(dòng)面才會(huì)露于地表。任何情況下，建筑物均不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性傾倒，基礎(chǔ)總是下 沉，深埋于地基之中。（二）破壞模式p-s曲線的特點(diǎn)三種破壞模式的p-s曲線雖然各有特點(diǎn)，但整體剪切破壞明顯存在三個(gè)變形階段，見(jiàn)圖18-29。a）b）圖18 29淺甚礎(chǔ)的荷載沉降曲線1.線性變形階段荷載p較小時(shí)，出現(xiàn)oa直線段，土粒發(fā)生豎向位移，孔隙減小，產(chǎn)生地基的壓密變形，土中各點(diǎn)均處于彈性應(yīng)力平衡狀態(tài)，地基中應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系可用彈性力學(xué)理論求解。2塑性變形階段如圖中ac段，a點(diǎn)的荷載為地基邊緣將出現(xiàn)塑性區(qū)的臨界值，故稱a點(diǎn)

3、的荷載為臨塑荷載 p“。曲線ac段表明p-s不再是線性關(guān)系，變形速率不斷加大，主要是塑性變形。隨荷載的加大，塑性變形區(qū)從基礎(chǔ)邊緣逐漸開(kāi)展并加大加深，荷載加大到c點(diǎn)時(shí)，塑性變形區(qū)擴(kuò)展為連續(xù)滑動(dòng)面，則地基瀕臨失穩(wěn)破壞，故稱c點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載為極限荷載 pu。p-s曲線上的峰值荷載（圖中曲線1、2）或p-s曲線變化率變?yōu)楹阒灯鹗键c(diǎn)的荷載（曲線3）均定為戶。值。ac段上任意一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載均稱為塑性荷載。pcr與pu可視為塑性荷載中的特殊點(diǎn)。3 完全破壞階段p-s曲線c點(diǎn)以下的階段，基礎(chǔ)急劇下沉，荷載不能增加（圖中曲線1、2）或荷載增加不多（曲線3）。二、臨塑荷載、界限荷載、極限荷載、破壞荷載臨塑荷載pc是

4、指地基中剛要出現(xiàn)塑性剪切區(qū)的臨界荷載。塑性荷載是指地基中發(fā)生任一大小塑性區(qū)時(shí)，其相應(yīng)的荷載。如基底寬度為b,塑性區(qū)開(kāi)展深度為b/4或b/3時(shí)，相應(yīng)的荷載為 p,、p,稱為界限荷載。43極限荷載pu指使地基發(fā)生失穩(wěn)破壞前的那級(jí)荷載。破壞荷載是指基地發(fā)生失穩(wěn)破壞時(shí)的荷載。三、地基承載力概念地基承載力是指單位面積上地基所能承受的荷載。地基承受這一荷載時(shí)，在強(qiáng)度方面，相對(duì)于 破壞狀態(tài)的極限荷載有足夠大的安全儲(chǔ)備；而所產(chǎn)生的變形均在容許的范圍內(nèi)。四、地基承載力的確定方法按應(yīng)地基規(guī)范規(guī)定確定地基承載力。地基承載力特征值也可由載荷試驗(yàn)或其他原位測(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。（一）按地基規(guī)范

5、規(guī)定確定地基承載力當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí)，從荷載試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式修正fafakb b 3 d m d 0.5 （18-51）式中：fa-修正后的地基承載力特征值（kPa）;f ak -地基承載力特征值（kPa），按規(guī)范的原則確定；d-分別為基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，按基底下土的類別查規(guī)范表取值;Y -基礎(chǔ)底面以下土的重度（kN/m3），地下水位以下取浮重度；b-基礎(chǔ)底面寬度（m），當(dāng)基寬小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；Y m-基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度 （kN/m3），地下水位以下取有效重度；d-基礎(chǔ)埋置

6、深度（m），般自室外地面標(biāo)高算起，在填方整平地區(qū)，可自填土地面標(biāo)高處算起， 但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時(shí)，應(yīng)從天然地面標(biāo)高處算起，對(duì)于地下室，如采用箱形基礎(chǔ)或筏基時(shí)， 基礎(chǔ)埋置深度自室外地面標(biāo)高處算起，當(dāng)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)從室內(nèi)地面標(biāo)高處算起?！纠?8-12】在相同的砂土地基上，甲、乙兩基礎(chǔ)的底面均為正方形，且埋深相同。基礎(chǔ)甲的面積 為基礎(chǔ)乙的2倍，根據(jù)載荷試驗(yàn)得到的承載力進(jìn)行深度和寬度修正后，有：基礎(chǔ)甲的承載力大于基礎(chǔ)乙基礎(chǔ)乙的承載力大于基礎(chǔ)甲兩個(gè)基礎(chǔ)的承載力相等根據(jù)基礎(chǔ)寬度不同，基礎(chǔ)甲的承載力可能大于或等于基礎(chǔ)乙的承載力，但不會(huì)小于基礎(chǔ)乙的承 載力解增大基礎(chǔ)寬度和埋深可以提高地基

7、承載力。根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2011），可對(duì)基礎(chǔ)寬度在3- 6m范圍內(nèi)的基礎(chǔ)地基承載力進(jìn)行提高修正。據(jù)題意，影響兩基礎(chǔ)地基承載力的因素只有基礎(chǔ)寬度。答案：D【例18-13】對(duì)于相同的場(chǎng)地，下面哪種情況可以提高地基承載力并減少沉降？加大基礎(chǔ)埋深，并加做一層地下室.基底壓力p（kPa）不變，加大基礎(chǔ)寬度建筑物建成后抽取地下水建筑物建成后，填高室外地坪解A項(xiàng)，增大基礎(chǔ)埋深可減小基底附加應(yīng)力，進(jìn)而減小基礎(chǔ)沉降，且由地基承載力特征值計(jì)算公式：fafakb b 3 d m d 0.5可知，埋深d值增大，可適當(dāng)提高地基承載力；B項(xiàng)，加大基礎(chǔ)寬度可提高地基承載力，但當(dāng)基礎(chǔ)寬度過(guò)大時(shí)，基礎(chǔ)

8、的沉降量會(huì)增加；c項(xiàng)，抽取地下水會(huì)增大土的自重應(yīng)力，進(jìn)而增大基礎(chǔ)沉降量；D項(xiàng)，提高室外地坪，增大了基底附加應(yīng)力，進(jìn)而會(huì)增大基礎(chǔ)沉降量。答案：A【例18-14】關(guān)于地基承載力特征值的深度修正式伽d m d 0.5，下面說(shuō)法不正確的是：A. d m d 0.5的最大值為5.5 d mB. d m d 0.5總是大于或等于0,不能為負(fù)值 d總是大于或等于1m取基底以上土的重度，地下水以下取浮重度解 建筑地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：“d為基礎(chǔ)埋深，宜為室外地面標(biāo)高算起”。規(guī)范中并未對(duì)基礎(chǔ)埋深最大值作出限值。答案：A【例18-15】下面哪種情況不能提高地基承載力：加大基礎(chǔ)寬度增加基礎(chǔ)埋深降低地下水增加基礎(chǔ)材

9、料的強(qiáng)度解：巖基的破壞主要為剪切破壞，因此，從理論上看，極限承載力應(yīng)該主要取決于巖體和結(jié)構(gòu)面的 抗剪強(qiáng)度。答案：D按荷載試驗(yàn)確定地基承載力載荷試驗(yàn)是地基承載力的原位測(cè)試方法。淺層平板載荷試驗(yàn)地基土淺層平板載荷試驗(yàn)可適用于確定淺部地基土層的承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力。承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2，對(duì)于軟土不應(yīng)小于 0.5m2。試驗(yàn)基坑寬度不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的3倍。應(yīng)保持試驗(yàn)土層的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度。宜在擬試壓表面用粗砂或中砂層找平，其厚度不超過(guò)20mm加荷分級(jí)不應(yīng)少于8級(jí)，最大加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的兩倍。每級(jí)加載后，按間隔10min、10min、10min、15min、15mi

10、n，以后為每隔半小時(shí)測(cè)讀一次沉降量，當(dāng)在連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)的沉降量小于0.1mm時(shí)，則認(rèn)為已趨穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載：承壓板周圍的土明顯地側(cè)向擠出；沉降量s急驟增大，荷載一沉降(p-s).曲線出現(xiàn)陡降段；在某一級(jí)荷載下，24h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定；沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06。當(dāng)滿足前三種情況之一時(shí)，將其對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載定為極限荷載。承載力特征值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)p-s曲線上有比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值；極限荷載小于對(duì)應(yīng)比倒界限的荷載值的2倍時(shí)，取極限荷載值的一半；不能按上述兩款要求確定時(shí)，當(dāng)壓板面積為0.250. 50

11、m2，可取s/b=0.010.015所對(duì)應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)，當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不超過(guò)其平均值的30%寸，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。深層平板載荷試驗(yàn)要點(diǎn)深層平板載荷試驗(yàn)可適用于確定深部地基土層及大直徑樁樁端土層在承壓板下主要影響范圍內(nèi)的承載力。深層平板載荷試驗(yàn)的承壓板采用直徑為0.8m的剛性板，緊靠承壓板周圍外側(cè)的土層高度應(yīng)不少于80cm=加荷等級(jí)可按預(yù)估極限承載力的1/101/15分級(jí)施加。每級(jí)加荷后，第一個(gè)小時(shí)內(nèi)按間隔10min、10min、10min、15min、15min,以后為每隔半小時(shí)測(cè)讀一次沉降量。當(dāng)在

12、連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)的沉降量小于0.1mm時(shí)，則認(rèn)為已趨穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載：沉降量s急驟增大，荷載-沉降(p-s)曲線上有可判定極限承載力的陡降段，且沉降量超過(guò)0.04d(d為承壓板直徑)；在某級(jí)荷載下，24h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定；本級(jí)沉降量大于前一級(jí)沉降量的5倍；當(dāng)持力層土層堅(jiān)硬，沉降量很小時(shí)，最大加載量不小于設(shè)計(jì)要求的2倍。承載力特征值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)p-s曲線上有比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值；滿足前三條終止加載條件之一時(shí)，其對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載定為極限荷載，當(dāng)該值小于對(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；不能按上述兩款要求

13、確定時(shí)，可取s/d=0.010.015所對(duì)應(yīng)的荷載值，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于三點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不超過(guò)平均值的30%寸，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算地基承載力(不常用)當(dāng)荷載偏心距e小于或等于0.033的基礎(chǔ)地面寬度(即：e6m時(shí)按6m計(jì)，對(duì)于砂土 b 5及基礎(chǔ)的埋置深度d 6時(shí)，就可視為是條形淺基礎(chǔ)?；滓陨系耐馏w看作是作用在基礎(chǔ)兩側(cè)底面上的均布荷載q= m d，并假定基礎(chǔ)底面是粗糙的。太沙基的極限承載力公式1Pu 2 bN qNq eNc (18-55)式中：M、Np 2為承載力系數(shù)，它們都是無(wú)量綱系數(shù)，

14、僅與土的內(nèi)摩擦角有關(guān)，可由表18-4查得。太沙基公式承載力系數(shù)表表18-4O5010015020025030。350400450NyO0. 511.201.804.011.021.845.4125326Nq1.01.642.694.457.4212.722.541.481.3173.3Nc5.717.329.5812.917.625.137.257.795.7172.2公式(18-55)只適用于條形基礎(chǔ)，對(duì)于圓形或方形基礎(chǔ)，太沙基提出了半經(jīng)驗(yàn)的極限荷載公式。圓形基礎(chǔ)FU0. 6 RNqNq 1.2cNe (18-56)式中：R-圓形基礎(chǔ)的半徑；其余符號(hào)意義同前。方形基礎(chǔ)FU0. 4 RN qN

15、q 1.2eNc (18-57)式(18 55)式(18-57)只適用于地基土是整體剪切破壞的情況，即地基土較密實(shí)，其p-s曲線有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，破壞前沉降不大等。對(duì)于松軟土質(zhì)，地基破壞是局部剪切破壞，沉降較大，其極限荷載 較小。太沙基建議在這種情況下采用較小的；、c值代入上述各式計(jì)算極限承載力。即令21tan tan , c c (18-58)33根據(jù) 值從表18-4中查承載力系數(shù)，并用C代入公式計(jì)算用太沙基極限承載力公式計(jì)算地基承載力時(shí)，其安全系數(shù)一般取為3漢森地基承載力公式漢森(B Han so n, 1961, 1970)提出的在中心傾斜荷載作用下，不同基礎(chǔ)形狀及不同埋置深度時(shí)的 Iq、ic極限承載力計(jì)算公式如下1PubN i s d2qNqiqSqdq CNJcScdc (18-59)式中：N、Nq、Nc承載力系數(shù)，荷載傾斜系數(shù);s、Sq、sc基礎(chǔ)形狀系數(shù)；d、dq、d c深度系數(shù)。其余符號(hào)意義同前。以上所有系數(shù)均可查有關(guān)表格。按當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)確定基地承載力在擬建場(chǎng)地附近，調(diào)查鄰近已有建筑物的形式、構(gòu)造、荷載、地基土層情況與采用的承載力數(shù)值， 具有一定的參考價(jià)值。對(duì)簡(jiǎn)