土力學(xué)(二)-課件清華大學(xué)-張丙印

土力學(xué)2第一章?lián)跬两Y(jié)構(gòu)物上的土壓力Earthpressureonretainingstructure第二章土坡穩(wěn)定分析

Stabilityanalysisofsoilslopes坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高具有傾斜面的土體§1土壓力§2朗肯(Rankine)土壓力理論§3庫侖(Coulomb)土壓力理論§4幾種常見的主動土壓力計算第一章?lián)跬两Y(jié)構(gòu)物上的土壓力庫侖C.A.Coulomb(1736-1806)§1概述什么是擋土結(jié)構(gòu)物Retainingstructure什么是土壓力(Earthpressure)影響土壓力的因素擋土結(jié)構(gòu)物類型對土壓力分布的影響擋土結(jié)構(gòu)物及其土壓力

概述Rigidwall一擋土結(jié)構(gòu)物（擋土墻）用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。

概述擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土的側(cè)向壓力。

概述擋土墻類型（按剛度及位移方式）:

剛性擋土墻柔性擋土墻

概述剛性擋土墻§1L型T型預(yù)應(yīng)力剛性加筋扶壁圬工式混凝土擋土墻及復(fù)合排水管完工完工柔性支護結(jié)構(gòu)§6.1概述錨桿板樁板樁變形基坑支撐上的土壓力變形土壓力分布板樁上土壓力實測計算上海市外環(huán)過江隧道岸埋段基坑支撐無法打錨桿，相鄰建筑物的基礎(chǔ)較深,地下管線內(nèi)支撐§6.1概述地下建筑物§1發(fā)生在土體內(nèi)部或者與土相鄰的結(jié)構(gòu)物上的壓力豎向土壓力新填土B外土柱內(nèi)土柱等沉面溝埋式上埋式二土壓力的影響因素土的性質(zhì)擋土墻的移動方向擋土墻和土的相對位移量土體與墻之間的摩擦擋土墻類型本章要討論的中心問題剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點。在影響土壓力的諸多因素中,墻體位移條件是最主要的因素。墻體位移的方向和相對位移量決定著所產(chǎn)生的土壓力的性質(zhì)和土壓力的大小。三土壓力類型3.被動土壓力（Passiveearthpressure)（一）墻體位移和土壓力性質(zhì)§1概述1.靜止土壓力（Earthpressureatrest)2.主動土壓力（Activeearthpressure)墻體位移對土壓力的影響１．擋土墻所受土壓力的類型，首先取決于墻體是否發(fā)生位移以及位移的方向。其中有三種特定情況下的土壓力，即靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。２．擋土墻所受土壓力的大小并不是一個常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。§1當d=D/H=0

時（如地下室）

E=E01.靜止土壓力2.主動土壓力§1概述墻體外移，土壓力逐漸減小，當土體破壞，達到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最小)3.被動土壓力§1概述墻體內(nèi)移，土壓力逐漸增大，當土體破壞，達到極限平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的土壓力(最大)可按土體處于側(cè)限條件下的彈性平衡狀態(tài)進行計算。

（二）靜止土壓力計算靜止土壓力系數(shù)K0對于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)：

p0=sh

=K0sv

=u/(1-u)sv=u/(1-u)gz

K0=n/(1-n)由于土的

n

很難確定，K0常用經(jīng)驗公式計算對于砂土、正常固結(jié)粘土：K0≈1-sinf’

svsvshshz小結(jié)擋土墻土壓力土壓力性質(zhì)影響因素靜止土壓力計算

如何計算主動和被動土壓力？一.半無限土體中的極限平衡應(yīng)力狀態(tài)和朗肯土壓力：§2朗肯(Rankine)土壓力理論1.主動極限平衡應(yīng)力狀態(tài)PaK0vv朗肯土壓力理論基本條件和假定條件墻背光滑墻背垂直填土表面水平假設(shè)墻后各點均處于極限平衡狀態(tài)§2朗肯土壓力理論二.墻背光滑垂直、墻土表面水平的土壓力計算§2朗肯土壓力理論(一).填土為砂土

由于墻背光滑垂直（沒有剪應(yīng)力），墻背相當于一個半無限土體中的對稱線，墻后為半無限土體的一半。(一)填土為砂土§2朗肯土壓力理論1.主動土壓力HH/3HKa主動土壓力分布墻后破裂面形狀45＋/2§2朗肯土壓力理論1.主動土壓力pa=sh=tg2(45-f/2)gzKa=tg2(45-f/2)直線分布合力

Ea=1/2Ka

gH2作用點：底部以上1/3H處滑裂面方向：與水平夾角45+f/2

(一)填土為砂土HH/3HKa§2朗肯土壓力理論2.被動土壓力(一)填土為砂土HH/3HKp被動土壓力分布墻后破裂面形狀45－/290+§2朗肯土壓力理論2.被動土壓力pp=sh=tg2(45+f/2)gzKp=tg2(45+f/2)直線分布合力

Ep=1/2Kp

gH2作用點：底部以上1/3H處滑裂面方向：與水平夾角45-f/2

(一)填土為砂土§2朗肯土壓力理論1.主動土壓力(二)填土為粘性土§2朗肯土壓力理論1.主動土壓力(一)填土為粘性土HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3主動區(qū)主動土壓力分布§2朗肯土壓力理論1.主動土壓力z<z0

拉應(yīng)力，開裂z>z0

(一)填土為粘性土總主動土壓力HKaHKa-2cKaZ0Ea2cKa(H-Z0)/3§2朗肯土壓力理論2.被動土壓力(一)填土為粘性土小結(jié)基本條件和假定極限應(yīng)力分析破壞形式主動和被動砂土和粘性土§2朗肯土壓力理論如果墻背不垂直，光滑墻后填土任意如何計算擋土墻后的土壓力？§6.3庫侖土壓力理論(一)主動土壓力§3庫侖土壓力理論當b=d=a=0時，即：墻背光滑垂直，填土表面水平時與朗肯土壓力理論一致(二)被動土壓力§3庫侖土壓力理論求解方法類似主動土壓力變化,取若干滑裂面,使E最小dE/d=0,求得，得到：§3庫侖土壓力理論土壓力分布(二)被動土壓力§3庫侖土壓力理論土壓力分布(二)被動土壓力三.圖解法§3庫侖土壓力理論2.庫爾曼(C.Culmann)圖解法§3庫侖土壓力理論在圖中使力三角形頂點o與墻底A重合，Ri方向與ACi方向一致3.粘性土的圖解法§3庫侖土壓力理論W中包括BCDE四朗肯和庫侖土壓力理論的比較（一）分析方法區(qū)別朗肯庫侖

極限平衡狀態(tài)土體內(nèi)各點均處于極限平衡狀態(tài)剛性楔體,滑面上處于極限平衡狀態(tài)極限應(yīng)力法滑動楔體法§3庫侖土壓力理論（二）應(yīng)用條件§6.4朗肯和庫侖土壓力理論的比較朗肯庫侖1墻背光滑垂直填土水平墻背、填土無限制粘性土一般用圖解法2坦墻坦墻3墻背垂直填土傾斜（三）計算誤差--朗肯土壓力理論§6.4朗肯和庫侖土壓力理論的比較墻背垂直實際

d>0郎肯主動土壓力偏大郎肯被動土壓力偏?。ㄈ┯嬎阏`差--庫倫土壓力理論§6.4朗肯和庫侖土壓力理論的比較由于實際滑裂面不一定是平面主動土壓力偏小不一定是最大值被動土壓力偏大不一定是最小值作業(yè)：6-4，6-5坦墻（三）計算誤差---與理論計算值比較§6.4朗肯和庫侖土壓力理論的比較（三）計算誤差---與理論計算值比較§6.4朗肯和庫侖土壓力理論的比較（三）計算誤差--與理論計算值比較§6.4朗肯和庫侖土壓力理論的比較=0滑裂面是直線，三種理論計算Ka,Kp相同0Ka 朗肯偏大10%左右，工程偏安全 庫侖偏小一些（可忽略)；

Kp

朗肯偏小可達幾倍； 庫侖偏大可達幾倍;在實際工程問題中，土壓力計算是比較復(fù)雜的?！?幾種工程中常見的主動土壓力計算一.填土上有荷載二.成層填土情況三.填土中有水四.坦墻五.墻背形狀有變化六.墻后填土受限制§4幾種工程中常見的主動土壓力計算一.填土上有荷載1朗肯土壓力理論

1=gz+qpa=3=qKa+gzKaHZ13qKaHKazKa§4幾種工程中常見的主動土壓力計算2.庫侖土壓力理論一.填土上有荷載三角形相似§4幾種工程中常見的主動土壓力計算3.局部荷載--朗肯土壓力理論

一.填土上有荷載§4幾種工程中常見的主動土壓力計算二.成層填土CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1朗肯理論§4幾種工程中常見的主動土壓力計算（一）討論1.pa在B點的連續(xù)性(1)g1=g2

1=

2c1c2 (2)g1=g2

1

2c1=c2=0(3)g1

g2

1=

2c1=c2

不連續(xù)不連續(xù)連續(xù)CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1§4幾種工程中常見的主動土壓力計算（一）討論2.d

pa/dz(即pa斜率)的連續(xù)性(1)g1

g2；

1=2

轉(zhuǎn)折:g大d

pa/dz大(2)f1

f2；

g1=g2

轉(zhuǎn)折:g大d

pa/dz小朗肯理論僅和g

f有關(guān)CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1§4幾種工程中常見的主動土壓力計算（二）幾種情況下土壓力討論f1=

f2c1=c2=0

g2

>

g2g2

<

g1CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1§4幾種工程中常見的主動土壓力計算（二）幾種情況下土壓力討論過頂點虛擬q=gH1g1

=

g2c1=c2=0f2>

f1

f2<

f1CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1§4幾種工程中常見的主動土壓力計算（二）幾種情況下土壓力討論c1>0c2=0c1=0c2>0g1

=

g2

f2=

f1CBAg1

f1c1g2

f2c2H2H1§4幾種工程中常見的主動土壓力計算1.構(gòu)造要求： 一般用砂性土，墻設(shè)排水孔以及反濾層，填土表面設(shè)溝、堤等截流2.水下部分 土壓力Pa=Kasz

水壓力pu=u(靜水壓力、滲流壓力、超靜孔壓)三.填土中有水§4幾種工程中常見的主動土壓力計算三.填土中有水墻基不透水朗肯理論KagH2KagH1gwH2水壓力土壓力§4幾種工程中常見的主動土壓力計算三.填土中有水H2H1不透水dEapw土壓力水壓力Eapw庫侖理論墻基不透水§4幾種工程中常見的主動土壓力計算三.填土中有水填土滲透系數(shù)比地基土小得多H2H1gsatH2gH1垂直有效應(yīng)力=總應(yīng)力u=0孔壓KagsatH2KagH1土壓力透水地基§4幾種工程中常見的主動土壓力計算三.填土中有水填土滲透系數(shù)比地基土小得多需要繪制流網(wǎng)或計算確定孔壓§4幾種工程中常見的主動土壓力計算四.坦墻a>acr=45o-/2填土表面水平(1)假設(shè)垂直墻面CD上主動土壓力

Ea=1/2KaH2

(2)作用在真實墻面AC上的土壓力朗肯理論§4幾種工程中常見的主動土壓力計算四.坦墻填土表面傾斜(1)求解假設(shè)墻面CB上主動土壓力Ea(2)作用在真實墻面AC上的土壓力庫侖理論RdEaWbaacrCABB§4幾種工程中常見的主動土壓力計算五.墻背形狀有變化CABDdEa1ADEa2CB§4幾種工程中常見的主動土壓力計算五.墻背形狀有變化帶卸荷臺的擋土墻土壓力§4幾種工程中常見的主動土壓力計算六.墻后填土受限制BAC填土g2

f2c2老土g1

f1c1滑裂面BC可能的位置(1)BC在填土中(2)BC在老土中(3)BC在界面上§3幾種工程中常見的主動土壓力計算七.加筋擋土墻的土壓力§4幾種工程中常見的主動土壓力計算七.加筋擋土墻的土壓力HqsVWqsKaHKa§4幾種工程中常見的主動土壓力計算七.加筋擋土墻的土壓力tDcs1s3Ds3素土加筋土中的土加筋土Ds3=2Dctg(45o-f/2)1土工合成材料 土工布 土工帶 土工格柵2原理：筋材在拉應(yīng)變方向，提供拉力，對土體產(chǎn)生壓力，從而提高土的抗剪強度本章總結(jié)擋土結(jié)構(gòu)物土壓力土壓力性質(zhì)朗肯土壓力理論庫倫土壓力理論幾種主動土壓力計算§4幾種工程中常見的主動土壓力計算七.地震情況下的動土壓力(1)加速度：向上av、向外ah最不利 水平地震系數(shù)K

h=ah/g水平慣性力WKh

垂直地震系數(shù)K

v=av/g垂直慣性力WKv擬靜力法（物部-岡部公式）(2)虛擬自重WW=W(1-Kv)Secq=gA其中g(shù)=g

(1-Kv)Secqtgq=K

h/(1-Kv)§4幾種工程中常見的主動土壓力計算七.地震情況下的動土壓力(3)整體繞點B逆時針旋轉(zhuǎn)q

則

b

=b+q a

=a+q H

=Hcos(a+q)/cosa(4)用庫侖理論（圖）數(shù)解得到地震下動土壓力

Eae=(1-Kv)/2*H2Kae

式中：Kae=f(q,a,b,f,d)第二章土坡穩(wěn)定分析

Stabilityanalysisofsoilslopes坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高具有傾斜面的土體1概述2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析3粘性土土坡的穩(wěn)定分析4

總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法5工程實際中的邊坡穩(wěn)定問題第二章土坡穩(wěn)定分析作業(yè)：7-3二.滑坡什么是滑坡？

為什么會滑坡？1概述一部分土體在外因作用下，相對于另一部分土體滑動二.滑坡1．滑坡的危害：

滑坡是重大自然災(zāi)害：土、巖 我國是滑坡災(zāi)害頻發(fā)的國家1概述二.滑坡-滑坡的形式1概述二.滑坡2．造成滑坡的原因

降雨、蓄水、使巖土軟化，壩背水坡浸潤線存在滲透力1）振動：地震、爆破2）土中含水量和水位變化3）水流沖刷：使坡腳變陡4）凍融：凍脹力及融化含水量升高5）人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口1概述紫坪鋪水庫2號泄洪洞出口滑坡云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡江岸崩塌滑坡江西省江新洲洲頭北側(cè)蹋岸三峽庫區(qū)滑坡問題－蓄水2001年，重慶市云陽縣就發(fā)生了兩次大型滑坡，重慶市武隆邊坡失穩(wěn)造成79人死亡。國務(wù)院已經(jīng)決定撥款40億元，用于三峽，庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理。僅重慶就有150多個治理工程。1989年1月8日坡高103m地質(zhì)：流紋巖中有強風(fēng)化的密集節(jié)理，還包括一個小型不連續(xù)面。事故：電站廠房比計劃推遲一年，修復(fù)時安裝了大量預(yù)應(yīng)力錨索。 漫灣滑坡壩體內(nèi)浸潤線太高溝后面板堆石壩赴糯扎渡工地公路邊滑坡西藏易貢巨型滑坡時間：2000年4月9日規(guī)模：坡高3330m,堆積體2500m、寬約2500m，總方量=280-300×106m3天然壩：壩高=290m,庫容=1534×106m3地質(zhì)：風(fēng)化殘積土。險情：湖水以每日0.5m速度上升。楔形槽滑坡后緣高程5520m易貢滑坡堰塞湖滑坡堆積區(qū)扎木弄溝易貢巨型高速滑坡及堰塞湖平面示意圖5520m2264m2210m2165m2340m易貢茶廠高程（m）滑距（m）滑坡堆積體2210m易貢藏布2264m553022004000080004000易貢巨型高速滑坡剖面示意圖200060002340m扎木弄溝滑坡堰塞湖—易貢湖湖水每天上漲50cm！城市中的滑坡問題（香港，重慶）填方挖方1概述香港1900年建市，1977年成立土力工程署港島1972PoShan滑坡(~20,000m3)(67死、20傷)PoShanRoadConduitRoadNotewellRoadEarly1972滑坡前June1972滑坡后如何分析、判斷？

無粘性土坡-簡單

粘性土坡-復(fù)雜安全系數(shù)的定義土坡沿著某一滑裂面的安全系數(shù)F是這樣定義的，將土的抗剪強度指標降低為c’/F,tan’/F,則土體沿著此滑裂面處處達到極限平衡，即=c’e+’e

tan’ec’e=c’/Ftan’e=tan’/F2

無粘性土土坡的穩(wěn)定分析2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析破壞形式：表面淺層滑坡強度參數(shù)：內(nèi)摩擦角考察一無限長坡，坡角為分析一微單元AWTNaA一.無滲流的無限長土坡1）微單元A自重:

W=V2)沿坡滑動力：3)對坡面壓力：(由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消)

4）抗滑力：5)抗滑安全系數(shù)：2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析RNWNWTAaWRNlh無滲流的無限長土坡討論當=時，F(xiàn)s=1.0，天然休止角2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析可見安全系數(shù)與土容重?zé)o關(guān)與所選的微單元大小無關(guān)。即坡內(nèi)任一點或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)Fs都相等思考題：在干坡及靜水下坡中，如不變，F(xiàn)s有什么變化二.有沿坡滲流情況(3)抗滑力：

(2)滑動力：2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析2．沿坡滲流無限長砂土坡安全系數(shù)(4)抗滑安全系數(shù)：滲透力平行坡面(1)取微單元A的土骨架為隔離體，作用力滲透力：底面支撐力N，底面抗滑力RNWTAaWRNlhJRNWJ自重：二.有沿坡滲流情況3.討論2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析

與所選V大小無關(guān)，亦即在這種坡中各點安全系數(shù)相同

與容重有關(guān)aWTNAlh

與無滲流比較Fs減小近一倍注：意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時可能破壞三.部分浸水無粘性土坡2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析1部分浸水無粘性土坡與干坡，完全水下坡相比，安全性如何變化？坡面的穩(wěn)定性相同深層滑動的可能性大BA水位BCDA水位12E三.部分浸水無粘性土坡2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析土體滑動，考慮兩個方向的力平衡Fx=0;Fy=0未知量有三個N1、

N2、Fs超靜定BCDAT1N1T2N2W三.部分浸水無粘性土坡2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析將滑動土體分成兩塊，有四個平衡方程Fxi=0;Fyi=0，i=1,2未知量有五個N1、

N2、Fs、P1，

需要引入假定BCDAET1N1T2N2WBCDAET1N1T2N2W2W1P1三.部分浸水無粘性土坡2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析分析BCDE塊的平衡P1=W1sin1—(W1cos1tg)/Fs分析EDA塊的平衡,滑動力與抗滑力Fs=抗滑力/滑動力需要迭代N1BCDAET1T2N2W2W1P11四.無粘性土的非線性強度指標對滑動面的影響2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析無粘性土的非線性強度指標使滑動面發(fā)生在一定深度處，而非表面五.無粘性土坡穩(wěn)定性分析小結(jié)破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長坡§3粘性土坡的穩(wěn)定分析強度參數(shù)：粘聚力C，內(nèi)摩擦角破壞形式：危險滑裂面位置在土坡深處，對于均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動面可用一圓?。▓A柱面）近似。3粘性土坡的穩(wěn)定分析OR§3粘性土坡的穩(wěn)定分析1瑞典圓弧法2瑞典條分法3簡化Bishop條分法4普遍條分法(Janbu法)3粘性土坡的穩(wěn)定分析OR思考題：為什么粘性土坡通常不會發(fā)生表面滑動？廣泛使用的圓弧滑動法最初是由瑞典工程師提出的。冰川沉積厚層軟粘土3粘性土坡的穩(wěn)定分析二、整體圓弧法（瑞典圓弧法）二、整體圓弧法（瑞典圓弧法）（一）分析計算方法1．假設(shè)條件：3粘性土坡的穩(wěn)定分析

均質(zhì)土

二維

圓弧滑動面

滑動土體呈剛性轉(zhuǎn)動

在滑動面上處于極限平衡狀態(tài)ORdW二、整體圓弧法（瑞典圓弧法）（一）分析計算方法2.平衡條件（各力對O的力矩平衡）(1)滑動力矩：(3)安全系數(shù)：當=0（粘土不排水強度）時，注：（其中是未知函數(shù)）(2)抗滑力矩：3粘性土坡的穩(wěn)定分析ORdCBAW（二）討論.當0時，n是l(x,y)的函數(shù)，無法得到Fs的理論解.其中圓心O及半徑R是任意假設(shè)的，還必須計算若干組（O,R）找到最小安全系數(shù)———最可能滑動面3粘性土坡的穩(wěn)定分析3.適用于飽和粘土二、條分法的基本原理及分析1．原理注:無法求理論解，是一個邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計算解決。一個簡化解決方法是將滑動土體分成條—條分法。實際是一種離散化計算方法整體圓弧法：n是l(x,y)的函數(shù)3粘性土坡的穩(wěn)定分析AORCsbB-2-1012345672.條分法中的和求解條件第i條土的作用力3粘性土坡的穩(wěn)定分析WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHi2．條分法中的力和求解條件Wi是已知的作用在土條體底部的力與作用點：NiTiti共3n個作用在邊界上的力及作用點：PiHihi共3(n-1)個

（兩端邊界是已知的）假設(shè)總體安全系數(shù)為Fs(且每條Fs都相等) Fs

共1個未知數(shù)合計=3n+3(n-1)+1=6n-23粘性土坡的穩(wěn)定分析

共n條土的未知量數(shù)目WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHi(2)力平衡條件（求解條件）各條：水平向靜力平衡條件：

x=0 共n個垂直向靜力平衡條件：

y=0共n個力矩平衡條件：

M0=0共n個在n個滑動面上各條處于極限平衡條件：

共n個求解條件共4n個3粘性土坡的穩(wěn)定分析（3）討論由于未知數(shù)為6n-2個

求解條件為4n個

二者相差(2n-2)因而出現(xiàn)了不同的假設(shè)條件，對應(yīng)不同計算方法整體圓弧法：n=1, 6n-2=4個未知數(shù)，4個方程簡單(瑞典)條分法：Pi=Hi=hi=0,ti=li/2共2（n+1）個未知數(shù)其他方法： 大多是假設(shè)力作用點位置或忽略一些條間力3粘性土坡的穩(wěn)定分析三.簡單條分法（瑞典條分法）1．基本原理：忽略了所有條間作用力，即： Pi=Hi=hi=0 3n-3ti=li/2

n共計減去4n-3未知數(shù)

未知數(shù)為2n+13粘性土坡的穩(wěn)定分析AORCibBidiTiNiWi2.安全系數(shù)計算

Ni方向靜力平衡（n個）求解方程（2n+1）個

滑動面上極限平衡（n個）

總體對圓心的力矩平衡滑動力矩=抗滑力矩（1個）3粘性土坡的穩(wěn)定分析3.

簡單條分法計算步驟圓心O，半徑R（如圖）分條：b=R/10編號：過圓心垂線為0#條中線列表計算liWii變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCsbB-2-1012345674.瑞典簡單條分法的討論*由于忽略條間力，有4n個平衡條件。實際用2n+1個，有些平衡條件不能滿足3粘性土坡的穩(wěn)定分析

忽略了條間力，所計算安全系數(shù)Fs偏小，假設(shè)圓弧滑裂面，使Fs偏大，最終結(jié)果是Fs偏小，越大(條間力的抗滑作用越大),Fs越偏小

假設(shè)圓弧滑裂面，與實際滑裂面有差別一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全四、畢肖甫（Bishop）法3粘性土坡的穩(wěn)定分析1.原理與特點

假設(shè)滑裂面為圓弧

不忽略條間作用力

在每條的滑裂面上滿足極限平衡條件

每條上作用力在y方向（豎直）上靜力平衡

總體對圓心O力矩平衡

DPi

不出現(xiàn)注：（未考慮各條水平向作用力及各條力矩平衡條件，實際上條件不夠：缺Hi，共(n-1)個條件設(shè)Hi=0則條件夠了——簡化Bishop法，忽略條間切向力）3粘性土坡的穩(wěn)定分析求解條件平衡條件：2n+1未知數(shù)：6n-21）由于豎向力平衡Pi(Pi)不出現(xiàn)—（n-1）2）不計各條力矩平衡ti及hi—（2n-1）3)假設(shè)Hi=0（不計條間切向力）—(n-1)3粘性土坡的穩(wěn)定分析2．安全系數(shù)公式其中3粘性土坡的穩(wěn)定分析3.

畢肖甫法計算步驟圓心O，半徑R設(shè)Fs=1.0計算mqiYESFs最小END計算NoYESNo五.普遍條分法（簡布

Janbu法）3粘性土坡的穩(wěn)定分析AORCibBidiTiNiWiWihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHiXih假定條塊間水平作用力的位置五.普遍條分法（簡布

Janbu法）3粘性土坡的穩(wěn)定分析2345678910111P0=0P11=0Pi=Pi+1-PiH=Hi+1-HiWiNiTi=(cili+Nitan)/FsiiP1=P1P2=P1+P2=P1+P2Pi=Pi

(i=1,j)Pn=Pi=0

(i=1,n)五.普遍條分法（簡布

Janbu法）2．安全系數(shù)公式計算比較繁雜§7.五.普遍條分法（簡布

Janbu法）1．原理與特點（3）6n-2個未知數(shù)(1)任意形式滑裂面，不一定圓弧共計6n個條件(2)假設(shè)Ni作用點 nPi作用點 n-1極限平衡條件n 3n+13粘性土坡的穩(wěn)定分析六.幾種分析計算方法的總結(jié)3粘性土坡的穩(wěn)定分析4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法有效應(yīng)力法：使用有效應(yīng)力強度指標c、總應(yīng)力法：使用總應(yīng)力強度指標cu或ccu、cu4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法五.普遍條分法（簡布

Janbu法）3粘性土坡的穩(wěn)定分析WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHiXihPi=Pi+1-PiH=Hi+1-HiWiNiTi=(cili+Nitan)/Fsii通過靜力平衡求Pi一.兩種分析法有效應(yīng)力法：使用有效應(yīng)力強度指標c、總應(yīng)力法：使用總應(yīng)力強度指標cu或ccu、cu4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法二.土壩施工期邊坡穩(wěn)定分析對于均質(zhì)粘性土壩1．總應(yīng)力法：用不排水強度指標Cu，u2．有效應(yīng)力法（1）確定土壩中超靜孔隙水壓力（由于其中大小主應(yīng)力 大致成比例）4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法二.土壩施工期邊坡穩(wěn)定分析(2)繪制等孔壓圖(3)計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法三.穩(wěn)定滲流期土壩抗滑安全系數(shù)1．以土體（顆粒+孔隙水）為隔離體

2．簡單條分法3．計算4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法三.穩(wěn)定滲流期土壩抗滑安全系數(shù)Wi自重計算h2h1

h3ht下游水位

D等勢線浸潤線h1

天然容重bh1h2

飽和容重bh2sath3

浮容重bh2’條底孔壓lhtw4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法總結(jié)1為什么會發(fā)生邊坡失穩(wěn)？2如何分析評價邊坡穩(wěn)定性？3如何防治、治理？第三章

地基承載力

主要內(nèi)容

－本課程重點地基勘探

Siteinvestigation地基承載力

BearingCapacityofFoundationSoil第一節(jié)地基勘探Siteinvestigation一、勘探要求：了解地基的工程地質(zhì)和水文條件，為確定地基承載力和進行基礎(chǔ)設(shè)計提供依據(jù)1資料：平面圖和地形圖建筑物的形式和荷載管線，地下室第一節(jié)地基勘探Siteinvestigation一、勘探要求：1資料內(nèi)容

土層分布，水平位置和深度每層土物理力學(xué)性質(zhì)e,cEs

地下水位置及性質(zhì)Groundwater

其他地質(zhì)問題：古滑坡，古墓，洞穴，老河道古井雜填

泥炭粉質(zhì)粘土粘土砂礫石布點

一般性勘察：針對持力層，平面

(1~1.5)b(3~4)b20~50m

控制性勘察：壓縮層，比一般性勘察深

泥炭粉質(zhì)粘土粘土砂礫石雜填地基勘探二、勘探方法物探－地球物理勘探坑探－明挖鉆探－鉆孔觸探現(xiàn)場測試－原位試驗地基勘探1物探GeophysicalExploration地球物理勘探方法:重力場,磁電場,聲,彈性波,放射性勘探,地震勘探(規(guī)范,剪切波速)優(yōu)點:簡單迅速缺點:間接判斷,

較大范圍.地基勘探2坑探trialpits優(yōu)點:直觀,取原狀樣，蘭旗營9m坑缺點:一般3~4m,地下水以下危險,地基勘探最常用的辦法,可達100m以下劃分地層確定地下水取樣可以進行觸探及原位試驗鉆探

ExplorationDrilling地基勘探回轉(zhuǎn)式鉆機4觸探

動力觸探和靜力觸探

DynamicPenetration,StaticConePenetration(1)動力觸探DynamicPenetration

管狀探頭

標準貫入試驗SPT,63.5kg,76cm距,貫入深度30cm的擊數(shù),N63.5錐狀探頭

輕型10kg,50cm落距,貫入深度30cm

中型28kg

重型63.5kg碎石,礫石地層 特重型120kg地基勘探SPTStandardPenetrationTest地基勘探穿心錘錘墊觸探桿貫入器頭出水孔貫入器身貫入器靴標準貫入試驗地基勘探4觸探

動力觸探和靜力觸探

(1)動力觸探

管狀探頭標準貫入試驗SPT,63.5kg,76cm落距，貫入深度30cm的擊數(shù),N63.5SPT用測得的標準貫入垂擊數(shù)N，判定砂土的密實度或粘性土的密度，確定地基和單樁的承載力；還可評定砂土的震動液化勢。標準貫入試驗適用于砂性土與粘性土。地基勘探4觸探

動力觸探和靜力觸探

(1)動力觸探

管狀探頭

標準貫入試驗SPT,63.5kg,76cm距,貫入深度30cm的擊數(shù),N63.5錐狀探頭

輕型10kg,50cm落距,貫入深度30cm中型28kg重型63.5kg碎石,礫石地層特重型120kg地基勘探地基勘探輕型動力觸探10kg中型動力觸探28kg重型動力觸探63.5kg穿心錘錘墊觸探桿尖錘頭錐狀探頭(2)靜力觸探StaticConePenetration

單橋探頭端部Ps=Q/A比貫入阻力雙橋探頭端部和側(cè)壁土的密實度壓縮性強度樁和地基的承載力地基勘探電纜傳感器傳感器傳感器單橋探頭雙橋探頭靜力觸探是可以迅速、連續(xù)的反映土質(zhì)變化劃分土層,承載力、壓縮性、不排水抗剪強度、砂土密實度等靜力觸探適用于粘性土和砂類土示意圖地基勘探5現(xiàn)場試驗Insitutesting十字板VaneShear－飽和軟粘土載荷板試驗LoadingPlate－深淺均可旁壓儀Pressuremeter

－較深地基地基勘探十字板HDFFMmax=F×D地基勘探現(xiàn)場載荷試驗地基勘探現(xiàn)場載荷試驗地基勘探千斤頂荷載板平板載荷試驗要點0.50.5m,0.710.71m,1.01.0m不少于3點8-10級每級穩(wěn)定的標準承載力的特征值地基勘探地基破壞的判定(1)明顯側(cè)向擠出或發(fā)生裂紋(2)荷載增量很小,沉降急劇增加,(3)某級荷載增量下,24小時內(nèi)沉降不能穩(wěn)定(4)s/b>0.06的荷載作為破壞荷載載荷試驗

pcrpuS荷載沉降曲線地基勘探現(xiàn)場載荷試驗地基勘探承載力的特征值fak比例界限pcr當pu<1.5pcr時，取極限承載力一半漸變型曲線s/b=0.01—0.015低壓縮性土s/b=0.02高壓縮性土地基勘探深度寬度修正的特征值I0形狀影響系數(shù),圓：079；方：088地基勘探旁壓試驗水箱量測鉆孔內(nèi)進行橫向載荷試驗,用以測定較深處土層的變形模量和承載力V0

V0VPhpuh

pcr

poh地基勘探地基勘探6室內(nèi)試驗物理性質(zhì)力學(xué)特性直剪試驗,

三軸,

壓縮(滲透)地基勘探三勘探報告1一般情況2結(jié)果地形和平面鉆孔布置圖土層剖面土性地下水和不良地質(zhì)問題3意見和建議評價,設(shè)計施工建議,地基處理意見地基勘探思考題在建筑物場地上勘探,一般要做哪些項目的勘探?對于重要建筑物一般要采用什么試驗方法確定承載力？如何確定砂土地基的密實度？地基勘探第2節(jié)地基承載力

BearingCapacityofFoundationSoil第2節(jié)地基承載力1建筑物地基設(shè)計的基本要求2地基在外荷載作用下的破壞形式3極限平衡理論求地基極限承載力4其他求極限承載力的方法5地基的臨塑荷載、臨界荷載與容許承載力一、地基承載力定義極限承載力

Ultimatebearingcapacity

承載地基在發(fā)生剪切破壞時的荷載強度

The

intensityofbearingpressureatwhichthesupportinggroundisexpectedtofailinshear1建筑物地基設(shè)計的基本要求1）穩(wěn)定要求：荷載小于承載力（抗力）

ppu/Fs=f

2）變形要求：變形小于設(shè)計允許值S[S]（1）沉降量（2）沉降差（3）傾斜（4）局部傾斜2地基破壞的形式1)豎直荷載下地基破壞的形式整體破壞

密實砂土，堅硬粘土，淺埋局部剪切破壞

土質(zhì)較軟沖剪破壞

軟粘土，深埋液化飽和松砂2)豎直和水平荷載下地基破壞形式表面滑動水平力大深層滑動豎直荷載大2.局部剪切松軟地基，埋深較大；曲線開始就是非線性，沒有明顯的驟降段。3.沖剪破壞松軟地基，埋深較大；荷載板幾乎垂直下切，兩側(cè)無土體隆起。1.整體破壞土質(zhì)堅實,基礎(chǔ)埋深淺；曲線開始近直線，隨后沉降陡增，兩側(cè)土體隆起。GeneralshearfailureLocalshearfailurePunchingshearfailure1.整體破壞PS2.局部剪切PS3.沖剪破壞PS深土層表面土某谷倉的地基整體破壞1940年在軟粘土地基上的某水泥倉的傾覆水泥倉地基

整體破壞藍粘土石頭和粘土地基土可能的滑動方向巖石辦公樓外墻黃粘土在軟粘土上的密砂地基的沖剪破壞2地基破壞的形式1)豎直荷載下地基破壞的形式整體破壞

密實砂土，堅硬粘土，淺埋局部剪切破壞

土質(zhì)較軟沖剪破壞

軟粘土，深埋液化飽和松砂1964年日本新瀉（Niigata）地震地基的大面積液化

地基液化引起的建筑物破壞3豎直荷載和水平荷載下建筑物地基破壞的形式深層滑動PhPv表層滑動PhPv3豎直荷載和水平荷載下建筑物地基破壞的形式深層滑動PhPv表層滑動PhPv4地基的變形

1建筑物地基設(shè)計的基本要求1）穩(wěn)定要求：荷載小于承載力（抗力）

ppu/Fs=f

2)變形要求：變形小于設(shè)計允許值S[S](1)沉降量(2)沉降差相鄰柱基(3)傾斜砌體承重結(jié)構(gòu)

(4)局部傾斜某宮殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降達2.2米，存在明顯的沉降差。墨西哥的沉降問題是世界著名的比薩斜塔-不均勻沉降的典型始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。傾斜5.5，頂部偏心2.1米大Nishinomiya橋的橋墩破壞.6個橋墩中至少2個嚴重破壞，其可能的原因是岸邊橋墩的大變形導(dǎo)致第一組橋墩過載。日本1995年1月17日阪神大地震相鄰建筑物施工引起的原有建筑物的局部傾斜（軟粘土地基）膨脹土地基上建筑物的開裂（美國—加拿大）潛在性膨脹土的分布限與熱帶和溫帶的半干旱地區(qū)內(nèi)。這種條件助長了蒙特石形成。很多國家都發(fā)現(xiàn)了膨脹土。印度的黑棉土《膨脹土上的基礎(chǔ)》陳孚華TU4431膨脹土對建筑物的危害活動區(qū)域小節(jié)1）破壞形式

豎直荷載作用下，有水平荷載時2)變形要求(1)沉降量(2)沉降差相鄰柱基(3)傾斜砌體承重結(jié)構(gòu)

(4)局部傾斜思考題1在垂直均布荷載作用下,地基的失穩(wěn)有幾種形式?土層的性質(zhì)各應(yīng)該是什么樣的?2承受垂直和水平荷載的地基其失穩(wěn)形式有幾種？舉出這類土工建筑物的例子。3如何確定地基的承載力？如何滿足地基設(shè)計的條件？承載力？變形？確定承載力的三種方法 載荷試驗 理論公式計算 經(jīng)驗方法1極限狀態(tài)Limitstate結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時這一特定狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)對于該功能的極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)

一般是結(jié)構(gòu)的內(nèi)力超過其承載能力正常使用極限狀態(tài)

一般是以結(jié)構(gòu)的變形、裂縫和振動參數(shù)超過設(shè)計允許的限值為依據(jù)根據(jù)承載能力極限狀態(tài)確定地基的承載力二地基承載力的理論公式

2極限狀態(tài)定義二地基承載力－理論公式法

普朗特-瑞斯納承載力公式一.極限平衡理論：1.平衡方程：2.極限平衡條件3.假設(shè)與邊界條件二.普朗特-瑞斯納承載力公式1.條形基礎(chǔ)地基的滑裂面形狀2.極限承載力puDD平面問題的平衡方程（1）（2）極限平衡條件（3）z

zx

x

xz普朗特(Prandtl)的基本假設(shè)1.基礎(chǔ)底面是絕對光滑的（，保證豎直荷載是主應(yīng)力2.無重介質(zhì)的假設(shè)：即在式（1）中=0：根據(jù)公式（1）、（2）和（3）以及邊界條件，利用塑性力學(xué)中的滑移線法可以求解條形基礎(chǔ)的地基承載力Pu這一假定下的精確解或解析解.DD1.極限平衡區(qū)與滑裂面的形狀無重介質(zhì)地基的滑裂線網(wǎng)BEFBp實際地面DC二地基承載力－理論公式法

普朗特-瑞斯納承載力公式一.極限平衡理論：1.平衡方程：2.極限平衡條件3.假設(shè)與邊界條件二.普朗特-瑞斯納承載力公式1.條形基礎(chǔ)地基的滑裂面形狀2.極限承載力puDD1.朗肯主動區(qū)：pu為大主應(yīng)力，與水平方向夾角4522.過度區(qū)：r=r0etg3.朗肯被動區(qū)：水平方向為大主應(yīng)力，與水平方向夾角45-2地基中的極限平衡區(qū)BEFBp實際地面DCIIIIIIr0rI區(qū)垂直應(yīng)力pu為大主應(yīng)力，與水平方向夾角452=pukapuPuIII區(qū)水平方向為大主應(yīng)力，與水平方向夾角45-23=D1kpDq=D2區(qū)：過度區(qū)：極限平衡第二區(qū)：r=r0etgr0r作用在隔離體上的力：pu、

D、pa

、pp

、c、R所有力對A點力矩平衡puR隔離體r0rApppaDcr=r0etg=R過頂點Atg=dr/r

d=r0etgdtgr0e

tgd=tg=dRdrdlrd=A+M1：puOA=B/2

+M2：paOC=B/2tg(45+/2) -M3:cCE=dl

-M4:ppGE=B/2e/2tg-M5:

DAG=B/2tg(45+/2)e

/2tgpuR隔離體r0rApppaDc2.極限承載力pu

Nq,Nc:

承載力系數(shù)如果=0,pu=?什么情況下可以作為=0?當?shù)鼗械叵滤仙交瑒訁^(qū)域內(nèi)時,對極限承載力有影響嗎?哪類土影響大,哪類土影響小?思考題*其它半經(jīng)驗承載力公式一.太沙基公式二.漢森公式三.其它承載力公式1.基本條件（1）考慮地基土的自重基底土的重量0（2）基底可以是粗糙的0=0(不會超過,為什么?)（3）忽略基底以上部分土本身的阻力,簡化為上部均布荷載q=DDmD2.假設(shè)的滑裂面形狀被動區(qū)過渡區(qū)剛性核Ep=Ep1+Ep2+Ep3WpuB考慮剛性核的平衡1.當基底絕對粗糙時，夾角為；2.考慮剛性核的平衡：荷載：pu自重：W粘聚力：C被動土壓力EpEp1：土體自重Ep2：滑裂面上粘聚力Ep3：側(cè)向荷載太沙基公式中的承載力因數(shù)N、Nq、Nc查圖8-18，以為變量比普朗特-瑞斯納承載力公式偏大，因為考慮了基底摩擦和土體自重（二）局部剪切破壞（非整體破壞）思考題大型建筑物往往是由沉降控制設(shè)計小型建筑物往往由承載力控制設(shè)計。為什么（基礎(chǔ)的寬度對于地基的承載力和沉降各由什么影響？）極限承載力pu的組成BN/2cNcDqNq極限承載力的三部分滑動土體自重產(chǎn)生的抗力滑裂面上的粘聚力產(chǎn)生的抗力側(cè)荷載D產(chǎn)生的抗力(1)影響滑裂面形狀的大小，承載力因數(shù)的大小.滑動土體的體積,q的分布范圍,滑裂面的大小.pu(1)的影響pu影響滑裂面形狀的大小，承載力因數(shù)的大小.滑動土體的體積,q的分布范圍,滑裂面的大小.(2)寬度B增加為2B,滑動體體積增加為原來的22倍(提供的抗力),由此增加的承載力增加為原來的2倍.(BN/2線性增加）B增加，q的分布面積線性增加，qNq不變。B增加，滑裂面面積線性增加，cNc不變pupu(3)qNq,與側(cè)面荷載大小，和荷載分布范圍有關(guān)-滑裂面形狀有關(guān)。滑裂面形狀與有關(guān)。Nq,是的函數(shù)pupu(4)cNc,與粘聚力，和滑裂面長度有關(guān)--滑裂面形狀有關(guān)。滑裂面形狀與有關(guān)。Nc,是的涵數(shù)pu總結(jié)上節(jié)課的內(nèi)容極限承載力理論界和半理論解1Prantl解假設(shè)和滑裂面形狀2太沙基解，一般解形式3極限承載力的影響因素,c,，D,B,BEFBp實際地面CIIIIIID45o＋/245o－/2三地基的容許承載力--地基承載力設(shè)計值容許承載力f及影響因素fpu/Fs,s[s]特征值fa(設(shè)計承載力)2.局部塑性區(qū)地基承受荷載的不同階段彈性階段-

臨塑荷載3.極限承載力地基承載力設(shè)計值f的確定辦法：①要求較高：f=Pcr

②一般情況下：f=P1/4

或P1/3

在中國取P1/4或者：③用極限荷載計算：f=Pu/Fs

Fs

---安全系數(shù)1荷載沉降曲線臨塑荷載、極限荷載pcrpupcr~pu臨塑荷載連續(xù)滑動面和極限荷載塑性區(qū)發(fā)展和臨界荷載pcrpu地基土開始出現(xiàn)剪切破壞s連續(xù)滑動面臨塑荷載臨界荷載極限荷載允許地基中有一定的塑性區(qū)，作為設(shè)計承載力

--考察地基中塑性區(qū)的發(fā)展地基土中某一點應(yīng)力狀態(tài)：，極限平衡應(yīng)力狀態(tài)（塑性區(qū)）條形荷載塑性區(qū)的計算自重應(yīng)力：s1=(d+z)s3=k0(d+z)彈性區(qū)的附加應(yīng)力：合力=：1，3設(shè)k0=1.0DzM2塑性區(qū)的計算彈性區(qū)的合力：極限平衡條件：DzM2塑性區(qū)的計算將應(yīng)力代入極限平衡條件式（2），表示該點既滿足彈性區(qū)；也滿足塑性區(qū)—是彈塑像區(qū)的邊界。在荷載p作用下，得到如下邊界方程：z=f()（3）DzM2彈塑區(qū)邊界方程塑性區(qū)的最大深度Zmax塑性區(qū)的最大深度ZmaxDM2塑性區(qū)的最大深度Zmax對應(yīng)Zmax=0—臨塑荷載；對應(yīng)Zmax=B/4，B/3—臨界荷載。Pcrp1/4,p1/3=NB/2+Nq

d+Ncc（對于三個荷載，三個系數(shù)不同。）各種臨界荷載的承載力系數(shù)

Nq

NcN

Pcr

1+/ctg-

/2+)(1-Nq)ctg0p1/41+/ctg-

/2+)(1-Nq)ctg(Nq-1)/2p1/31+/ctg-

/2+)(1-Nq)ctg2(Nq-1)/3極限承載力和容許承載力的區(qū)別極限承載力pu地基達到完全剪切破壞時的荷載容許承載力f同時滿足強度和變形要求的荷載確定地基承載力設(shè)計值的方法1.現(xiàn)場試驗法：載荷試驗、標準貫入試驗、靜力觸探等。要進行修正2.規(guī)范公式計算法，不做寬度深度修正3.根據(jù)經(jīng)驗確定容許承載力，做寬度深度修正目前規(guī)范中設(shè)計承載力的確定<基礎(chǔ)>p17-251.靜載荷試驗fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)fak:靜載荷試驗確定的承載力-特征值（標準值）fa

：深寬修正后的承載力特征值（設(shè)計值）千斤頂荷載板目前規(guī)范中設(shè)計承載力的確定2.承載力公式法：

fa=Mbb+Mdmd+Mcck

fa:承載力特征值（設(shè)計值）——相當與p1/4=NB/2+Nq

d+Ncc但當內(nèi)摩擦角比較大時，2MbN基礎(chǔ)工程表2-73經(jīng)驗類比法確定設(shè)計承載力小結(jié)Prandtl基底光滑,無重介質(zhì)Terzaghi可光滑,可粗糙,0地基承載力極限承載力容許承載力按塑性區(qū)的發(fā)展pcrP1/4P1/3

第四章

天然地基上的淺基礎(chǔ)天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計ShallowfoundationonnaturalgroundGB50007-20021地基基礎(chǔ)分類，荷載和承載力計算2基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)尺寸確定3承載力驗算和下臥層驗算4基礎(chǔ)的沖切驗算5基礎(chǔ)的抗震驗算6.基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計7.算例地基基礎(chǔ)分類荷載和承載力計算DD一地基基礎(chǔ)分類(一)天然地基與淺基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是小于基礎(chǔ)寬度。兩側(cè)（四周）的摩阻力忽略不計。所以不是簡單的深淺概念。天然地基

是不經(jīng)過對地基土的處理人工地基

經(jīng)過地基處理DD樁基礎(chǔ)下臥層地基與基礎(chǔ)D埋深Dq=D均布荷載持力層（受力層）地基基礎(chǔ)FG主要受力層主要受力層（表3－0－2）條形基礎(chǔ)3b獨立基礎(chǔ)1.5b且5m（二層以下民用建筑除外）天然地基

淺基礎(chǔ)的分類1按基礎(chǔ)埋深分2按基礎(chǔ)剛度分 無筋擴展(剛性)基礎(chǔ) 擴展基礎(chǔ)3按基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式分地基基礎(chǔ)分類ShallowfoundationRigidfoundationSpreadfoundationMatfoundationPilefoundationIndividualfooting(padfoundation)StripfootingCrossstripfootingBoxfoundation2按基礎(chǔ)剛度分無筋擴展基礎(chǔ)

Rigidfoundation

磚、石、灰土，素混凝土材料抗拉強度很低有基礎(chǔ)臺階寬高比(剛性角)要求擴展基礎(chǔ)(柔性基礎(chǔ))Spreadfoundation鋼筋混凝土要滿足抗彎,抗剪和抗沖切等結(jié)構(gòu)要求1.11.5與材料和荷載有關(guān)Fbtb0h0F3按基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式分類1單獨基礎(chǔ):柱下或墻下,土質(zhì)較好Individualfooting,padfoundation2條型基礎(chǔ)墻下或柱下條形基礎(chǔ),柱下:一般是土質(zhì)差,兩側(cè)單獨基礎(chǔ)相連Stripfoundation3十字交叉基礎(chǔ)柱下:土質(zhì)更差,或荷載很大,四面基礎(chǔ)相連縱向條形基礎(chǔ)橫向條形基礎(chǔ)4片筏基礎(chǔ)土質(zhì)更差,單獨基礎(chǔ)聯(lián)成整體,游泳館,筏下有肋,板下處理Matfoundation5箱形基礎(chǔ)有筏、墻和頂板形成箱，整體性更好底板外墻內(nèi)墻6殼體基礎(chǔ)二荷載計算2荷載種類永久(恒)荷載:(1)不隨時間變化,(2)變化與均值比可以忽略,(3)單調(diào)變化并趨于極值?？勺?活)荷載：變化與均值比不可以忽略偶然(特殊)荷載：在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)其值很大，持續(xù)時間很短。3荷載的代表值標準值:為設(shè)計基準期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計分布的特征值，如均值組合值：對于可變荷載，組合超越概率與其出現(xiàn)概率相同頻遇值：對于可變荷載，超越概率為規(guī)定的較小比率準永久值：對于可變荷載，設(shè)計基準期內(nèi)，其超越的總時間為設(shè)計基準期一半的荷載值。荷載計算4荷載的設(shè)計值＝代表值×分項系數(shù)5荷載效應(yīng)上部結(jié)構(gòu)F：結(jié)構(gòu)自重屋面樓面荷載活荷載基礎(chǔ)自重G：設(shè)計地面高程（內(nèi)外地面平均值）FMFFHFMH一般為前兩種情況，橫向力不大，只做校核荷載計算荷載計算6荷載組合極限狀態(tài)設(shè)計時，為保證結(jié)構(gòu)可靠性對于同時出現(xiàn)底各種荷載設(shè)計值的規(guī)定基本組合：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用與可變作用的組合（分項系數(shù)）標準組合：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，采用標準值（或組合值）為荷載代表的組合準永久組合：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，對于可變荷載采用準永久值為荷載代表的組合1原位測試方法

(1)深，淺層平板荷載板試驗

(2)其他原位試驗2公式計算3經(jīng)驗類比荷載采用標準組合確定地基承載力

荷載計算SGK

永久荷載效應(yīng)值SQiK

可變荷載效應(yīng)值，SQ1K

表示起控制的可變荷載三地基承載力計算荷載板試驗規(guī)范規(guī)定的公式經(jīng)驗方法千斤頂荷載板承載力的標準（特征）值fak比例界限pcr當pu<1.5pcr時，取極限承載力一半漸變型曲線s/b=0.01—0.015低壓縮性土s/b=0.02高壓縮性土深度寬度修正的特征值（二）規(guī)范中設(shè)計承載力的確定

fa=Mbb+Mdmd+Mcck

fa:承載力特征值（設(shè)計值）——相當與p1/4=NB/2+Nq

d+Ncc但當內(nèi)摩擦角比較大時，2MbN基礎(chǔ)寬度b大于6m按6m計算，砂土小于3m按3m計算（三）經(jīng)驗類比法確定承載力查表得出承載力的標準值，做基礎(chǔ)的寬度和深度修正基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)尺寸確定下臥層持力層（受力層）FGD埋深基礎(chǔ)埋深和尺寸一基礎(chǔ)埋深確定

(一）基礎(chǔ)埋深確定的基本原則在滿足承載力的條件下盡量淺埋。省工省時省料，但是有如下基本要求：

D大于50cm,表土擾動，植物，凍融，沖蝕基礎(chǔ)頂距離表土大于10cm，保護橋要求在沖刷深度以下還有三項控制因素D大于10cm（二）結(jié)構(gòu)要求1地下室，地下管道（上下水，煤氣電纜）應(yīng)在基底以上，便于維修，要求地下室,作用:

承載力 變形補償基礎(chǔ)F

基礎(chǔ)埋深和尺寸新舊相鄰建筑物有一定距離否則要求支護并且要嚴格限制支護的水平位移L/H=1~2（二）結(jié)構(gòu)要求LH基礎(chǔ)埋深和尺寸基礎(chǔ)埋深不同時(1)主樓與裙房

高度不同,分期施工設(shè)置后澆帶（二）結(jié)構(gòu)要求(2)臺階式相連,如山坡上的房屋或者驗算邊坡穩(wěn)定性L/H=1~2三基礎(chǔ)埋深和尺寸臺北國際金融中心（三）地基及地質(zhì)水文條件1地下水位以上,否則開挖降水,費用大擾動2土層分布情況(1)淺基礎(chǔ)還是深基礎(chǔ)(樁基礎(chǔ))(2)天然還是人工地基(3)如果是天然地基,基礎(chǔ)埋深的確定根據(jù)土層分布

基礎(chǔ)埋深和尺寸在滿足其他要求下盡量淺埋只有低層房屋可用,否則處理盡量淺埋但是如h1太小就為IIh1<2m基底在好土h1=2m~4m高樓好土,低樓軟土h1>4m樁基或處理（三）地基及地質(zhì)水文條件好土軟土(很深)好土軟土軟土好土

III IIIIVh1

基礎(chǔ)埋深和尺寸h1（四）凍結(jié)深度凍脹丘Pingo隨凍結(jié)面向下發(fā)展，當凍結(jié)層上水的壓力大于上覆土層強度時，地表就發(fā)生隆起，便形成凍脹