地基土的工程特性與承載力-地基土承載力的確定

地基土承載力的確定延時符學(xué)習(xí)目標(biāo)1.明確地基承載力容許值的基本概念及研究意義；2.掌握利用荷載試驗成果確定地基承載力容許值的方法；3.了解理論公式確定地基承載力容許值的方法；4.掌握規(guī)范公式法確定地基承載力容許值的方法。一、地基承載力概述

地基承載力是指地基土單位面積上所能承受荷載的能力，以kPa計。通常把地基不致失穩(wěn)時地基土單位面積上所能承受的最大荷載稱為極限承載力。

地基承載力容許值則是指地基穩(wěn)定有足夠的安全度并且變形控制在建筑物容許范圍內(nèi)時的承載力。

研究地基承載力的目的是在工程設(shè)計中必須限制建筑物基礎(chǔ)底面的壓力，使其不得超過地基承載力容許值，以保證地基不會發(fā)生剪切破壞而失去穩(wěn)定，同時也使建筑物不致因基礎(chǔ)產(chǎn)生過大的沉降，而影響其正常使用。一、地基承載力概述

確定地基承載力的方法：原位試驗法：通過現(xiàn)場直接試驗確定承載力理論公式法：根據(jù)土的抗剪強度指標(biāo)用理論公式計算確定承載力規(guī)范經(jīng)驗法：根據(jù)設(shè)計規(guī)范中推薦的表值或公式計算確定承載力原位試驗法包括靜載荷試驗、靜力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、旁壓試驗等，其中荷載試驗法是最直接、最可靠的方法。

現(xiàn)場荷載試驗是在要測定的地基土上放置一塊模擬基礎(chǔ)的承壓板，然后在承壓板上逐級施加荷載。同時測定各級荷載下承壓板的沉降量，并觀察周圍土的位移情況，直到地基土破壞失穩(wěn)為止。二、利用荷載試驗成果確定地基承載力容許值二、利用荷載試驗成果確定地基承載力容許值

由荷載試驗可得承壓板下地基土的各級壓應(yīng)力pi與相應(yīng)的穩(wěn)定沉降量si之間的p-s曲線。地基從開始發(fā)生變形到失去穩(wěn)定（破壞）的發(fā)展過程，由荷載試驗繪制的p-s曲線可見，一般要經(jīng)過壓密階段、剪切階段和破壞階段三個階段

地基剪切破壞的過程二、利用荷載試驗成果確定地基承載力容許值臨塑荷載Pcr是指在外荷載作用下，地基中剛開始產(chǎn)生塑性變形(即局部剪切破壞)時，基礎(chǔ)底面單位面積上所承受的荷載。極限荷載Pu是指地基即將失去穩(wěn)定性時，土體將要從基底被擠出時，作用于地基上的外荷載。二、利用荷載試驗成果確定地基承載力容許值二、利用荷載試驗成果確定地基承載力容許值

對于密實砂土、一般硬黏土等低壓縮性土，如曲線I，一般可用直線段末端a點所對應(yīng)的臨塑荷載為地基的承載力容許值。對于稍松的砂土、新填土、可塑性黏土等中高壓縮性土，如曲線Ⅱ，一般采用壓縮變形量為0.02b(b為荷載板邊長或直徑)所對應(yīng)的荷載作為地基的承載力容許值。對于少數(shù)硬黏土，臨塑荷載接近極限荷載，如圖中的曲線Ⅲ，可取

(K為安全系數(shù)，取K=2～3)作為地基的承載力容許值。二、利用荷載試驗成果確定地基承載力容許值

但應(yīng)指出，地基承載力還與基礎(chǔ)的形狀、底面尺寸、埋置深度等有關(guān)，由于荷載試驗的承壓板尺寸遠小于實際地基的底面尺寸，因此，用上述方法確定的地基承載力容許值是偏于保守的。三、根據(jù)理論公式確定地基承載力容許值

在計算地基承載力的理論公式中，一種是根據(jù)土體極限平衡條件導(dǎo)得的臨塑荷載和臨界荷載計算公式，另一種是根據(jù)地基土剛塑性假定而導(dǎo)得的極限承載力計算公式。三、根據(jù)理論公式確定地基承載力容許值

1.臨塑荷載與臨界荷載的計算

荷載作用下地基剪切變形階段是土中塑性區(qū)范圍隨著作用荷載的增加而不斷發(fā)展的階段，

地基中即將發(fā)生塑性區(qū)時相應(yīng)的基底荷載稱為臨塑荷載，用表示。地基中的塑性區(qū)發(fā)展到一定程度時的荷載稱為臨界荷載。三、根據(jù)理論公式確定地基承載力容許值1）臨塑荷載2）臨界荷載工程中塑性區(qū)范圍只要不超出某一限度，就不致危及建筑物的安全和正常使用。一般中心受壓基礎(chǔ)可取為

，偏心受壓基礎(chǔ)可取，與此相應(yīng)的地基承載力用、表示，稱為臨界荷載。

三、根據(jù)理論公式確定地基承載力容許值2.極限承載力的計算

（1）按照假定滑動面法求解

先假定在極限荷載作用時土中滑動面的形狀，然后根據(jù)滑動土體的靜力平衡條件求解。按照這種方法得到的極限荷載公式比較簡單，使用方便，目前在實踐中應(yīng)用較多。（2）按照極限平衡理論求解根據(jù)塑性平衡理論導(dǎo)出在已知邊界條件下，滑動面的數(shù)學(xué)方程式來求解。由于在數(shù)學(xué)求解時遇到很大的困難，因此僅能對某些邊界條件比較簡單的情況求其解析解。三、根據(jù)理論公式確定地基承載力容許值太沙基公式是利用塑性理論推導(dǎo)出條形基礎(chǔ)在中心荷載作用下的極限承載力公式。三、根據(jù)理論公式確定地基承載力容許值

1）地基土較密實且地基土產(chǎn)生完全的剪切整體滑動破壞，即荷載試驗結(jié)果p-s曲線上有明顯的第二拐點情況2）地基土較松軟，則荷載試驗結(jié)果p-s曲線上沒有明顯的拐點三、根據(jù)理論公式確定地基承載力容許值太沙基公式中的承載力系數(shù)三、根據(jù)理論公式確定地基承載力容許值

工程實踐中，根據(jù)建筑物的不同要求，地基容許承載力可以選用臨塑荷載或臨界荷載，也可以用極限承載力除以一定的安全系數(shù)。如果從安全角度考慮，可取兩者的較小值作為地基容許承載力值。

應(yīng)注意：理論公式在導(dǎo)出過程中，做了許多簡化和假定，所以計算結(jié)果是近似的，僅作為確定地基承載力的參考。另外理論公式只考慮了地基土強度，沒有考慮變形，所以必要時還應(yīng)驗算基礎(chǔ)沉降。四、根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定地基承載力容許值《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》確定地基承載力容許值方法如下：1.確定地基土的類別和土的物理狀態(tài)指標(biāo)

一般的黏性土主要指標(biāo)是液性指數(shù)和天然孔隙比；砂土主要指標(biāo)是濕度和相對密度；碎石主要指標(biāo)按野外現(xiàn)場觀察鑒定方法所確定的土的緊密程度；其他土所需要的指標(biāo)見規(guī)范規(guī)定。2.查取地基承載力基本容許值當(dāng)基礎(chǔ)寬度b≤2m，基礎(chǔ)的埋置深度h≤3m時，

值可按土的類別及其物理狀態(tài)指標(biāo)從規(guī)范相應(yīng)的表中查得。四、根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定地基承載力容許值

3.計算修正后的地基承載力容許值當(dāng)基底寬度、埋置深度h>3m且h/b≤4時，應(yīng)對承載力基本容許值進行修正。當(dāng)基礎(chǔ)位于水中不透水地層上時，按平均常水位至一般沖刷線的水深每米再增大10kPa。b>2m

ｂ—基礎(chǔ)底面的寬度(或直徑)(m)，當(dāng)b<2m時，取b=2m計算，當(dāng)b>10m時，按b=10m計算；h—基礎(chǔ)的埋置深度(m)，對于受水流沖刷的基礎(chǔ)，由一般沖刷線算起，不受水流沖刷的基礎(chǔ)，由天然地面算起，位于挖方內(nèi)的基礎(chǔ)，由挖方后的地面算起，當(dāng)ｈ<3，?。?3m計算；四、根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定地基承載力容許值

—基礎(chǔ)底面下持力層土的容重(kN/m３)，如持力層在水下且為透水性土?xí)r，應(yīng)采用浮容重；持力層在水下不透水時，采用飽和容重。

—基礎(chǔ)底面以上土的容重(kN/m３)，(多層土?xí)r采用各層土的容重按其厚度的加權(quán)平均值，若持力層在水下且是不透水的，則不論基底以上土的透水性如何，應(yīng)一律采用飽和容重，如持力層為透水的，則采用浮容重；四、根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定地基承載力容許值K1、K2—地基土的容許承載力隨基礎(chǔ)寬度和埋置深度韻修正系數(shù)，按持力層土的類別和性質(zhì)由表查得。ｈｗ—常水位到一般沖刷線深度。持力層透水時，不計10hw；當(dāng)持力層不透水時，才計入10hw四、根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定地基承載力容許值四、根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定地基承載力容許值四、根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定地基承載力容許值任務(wù)實施：某橋墩矩形基礎(chǔ)如圖所示。已知基礎(chǔ)底面寬度b=5m，長度l=10m，埋置深度h=2.5m，作用在基底中心的豎向荷載N=9600kN，M=3840kN.m。地基土持力層為中密粉砂(kN/m3)，地面水深2m。

四、根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定地基承載力容許值4.地基承載力容許值的提高地基承載力容許值應(yīng)根據(jù)地基受荷階段及受荷情況，乘以下列規(guī)定的抗力系數(shù)。1）使用階段（1）當(dāng)?shù)鼗惺茏饔枚唐谛?yīng)組合或作用效應(yīng)偶然組合時，可取

，但對<150kPa的地基，應(yīng)取。（2）當(dāng)?shù)鼗惺艿淖饔枚唐谛?yīng)組合僅包括結(jié)構(gòu)自重、預(yù)加力、土重、土側(cè)壓力、汽車和人群效應(yīng)時，應(yīng)取。四、根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定地基承載力容許值（3）當(dāng)基礎(chǔ)建于經(jīng)多年壓實未遭破壞的舊橋基(巖石舊橋基除外)上時，不論地基承受的作用情況如何，均可取