巖土力學(xué)課件-第九章-地基承載力

第九章地基承載力2024/3/17地基承載力§9.1地基承載力概述一、地基承載力概念

建筑物荷載通過(guò)基礎(chǔ)作用于地基，對(duì)地基提出兩個(gè)方面的要求1.變形要求建筑物基礎(chǔ)在荷載作用下產(chǎn)生最大沉降量或沉降差，應(yīng)該在該建筑物所允許的范圍內(nèi)

2.強(qiáng)度要求建筑物的基底壓力，應(yīng)該在地基所允許的承載能力之內(nèi)地基承載力：地基所能承受荷載的能力2024/3/17地基承載力二、地基變形的三個(gè)階段

0sppcrpuabcp＜pcrpcr＜p＜pup≥pua.線性變形階段塑性變形區(qū)連續(xù)滑動(dòng)面oa段，荷載小，主要產(chǎn)生壓縮變形，荷載與沉降關(guān)系接近于直線，土中τ＜τf,地基處于彈性平衡狀態(tài)b.彈塑性變形階段ab段，荷載增加，荷載與沉降關(guān)系呈曲線，地基中局部產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)塑性變形區(qū)c.破壞階段bc段，塑性區(qū)擴(kuò)大，發(fā)展成連續(xù)滑動(dòng)面，荷載增加，沉降急劇變化2024/3/17地基承載力三、地基的破壞形式

地基開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞（即彈性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃坞A段）時(shí)，地基所承受的基地壓力稱(chēng)為臨塑荷載pcr地基瀕臨破壞（即彈塑性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐碾A段）時(shí)，地基所承受的基地壓力稱(chēng)為極限荷載pu1.整體剪切破壞a.p-s曲線上有兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可區(qū)分地基變形的三個(gè)階段b.地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連續(xù)的滑動(dòng)面c.荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起2024/3/17地基承載力2.局部剪切破壞a.p-s曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，沒(méi)有明顯的直線段b.塑性變形區(qū)不延伸到地面，限制在地基內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi)c.荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起3.沖剪破壞b.地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動(dòng)面

c.荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面不隆起，而是下陷a.p-s曲線沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)2024/3/17地基承載力§9.2按塑性區(qū)發(fā)展范圍確定地基承載力一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍

zzbdq=

dpβ0△σ1△σ3根據(jù)彈性理論，地基中任意點(diǎn)由條形均布?jí)毫λ鸬母郊哟?、小主?yīng)力

假定在極限平衡區(qū)土的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0=1，M點(diǎn)土的自重應(yīng)力所引起的大小主應(yīng)力均為

(d＋z)M點(diǎn)達(dá)到極限平衡狀態(tài)，大、小主應(yīng)力滿(mǎn)足極限平衡條件M2024/3/17地基承載力塑性區(qū)邊界方程塑性區(qū)最大深度zmax二、臨塑荷載pcr和界限荷載當(dāng)zmax＝0，地基所能承受的基底附加壓力為臨塑荷載塑性區(qū)開(kāi)展深度在某一范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的荷載為界限荷載中心荷載偏心荷載2024/3/17地基承載力三、例題分析

【例】某條基，底寬b=1.5m，埋深d=2m，地基土的重度

＝19kN/m3，飽和土的重度

sat＝21kN/m3,抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為

=20°，c=20kPa,求(1)該地基承載力p1/4,(2)若地下水位上升至地表下1.5m，承載力有何變化【解答】(1)(2)地下水位上升時(shí)，地下水位以下土的重度用有效重度說(shuō)明：當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r(shí)，地基的承載力將降低2024/3/17地基承載力§9.3按極限荷載確定地基承載力一、普朗特爾極限承載力理論

1920年，普朗特爾根據(jù)塑性理論，在研究剛性物體壓入均勻、各向同性、較軟的無(wú)重量介質(zhì)時(shí)，導(dǎo)出達(dá)到破壞時(shí)的滑動(dòng)面形狀及極限承載力公式

Pbcc

dd

ⅠⅡⅡ45o＋

/245o－

/2ⅢⅢ將無(wú)限長(zhǎng)，底面光滑的荷載板至于無(wú)質(zhì)量的土(

＝0)的表面上，荷載板下土體處于塑性平衡狀態(tài)時(shí)，塑性區(qū)分成五個(gè)區(qū)Ⅰ區(qū)：主動(dòng)朗肯區(qū)，

1豎直向，破裂面與水平面成45o＋

/2Ⅱ區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對(duì)數(shù)螺線Ⅲ區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)，

1水平向，破裂面與水平面成45o－

/22024/3/17地基承載力普朗特爾理論的極限承載力理論解式中：承載力系數(shù)當(dāng)基礎(chǔ)有埋深d時(shí)式中：二、太沙基極限承載力理論

底面粗糙，基底與土之間有較大的摩擦力，能阻止基底土發(fā)生剪切位移，基底以下土不會(huì)發(fā)生破壞，處于彈性平衡狀態(tài)Paa

bcc

dd

ⅠⅡⅡⅢ45o＋

/245o－

/2ⅢⅠ區(qū)：彈性壓密區(qū)(彈性核)Ⅱ區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對(duì)數(shù)螺線

Ⅲ區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)，

1水平向，破裂面與水平面成45o－

/22024/3/17地基承載力太沙基理論的極限承載力理論解Nr、Nq、Nc均為承載力系數(shù)，均與

有關(guān)，太沙基給出關(guān)系曲線，可以根據(jù)相關(guān)曲線得到上式適用于條形基礎(chǔ)整體剪切破壞情況，對(duì)于局部剪切破壞，將c和tan

均降低1/3

方形基礎(chǔ)局部剪切破壞時(shí)地基極限承載力Nr

、Nq

、Nc

為局部剪切破壞時(shí)承載力系數(shù)，也可以根據(jù)相關(guān)曲線得到對(duì)于方形和圓形基礎(chǔ)，太沙基提出采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修正后的公式

圓形基礎(chǔ)2024/3/17地基承載力三、漢森極限承載力理論

對(duì)于均質(zhì)地基、基礎(chǔ)底面完全光滑，受中心傾斜荷載作用式中：漢森公式Sr、Sq、Sc

——基礎(chǔ)的形狀系數(shù)ir、iq、ic

——荷載傾斜系數(shù)dr、dq、dc

——深度修正系數(shù)gr、gq、gc

——地面傾斜系數(shù)br、bq、bc

——基底傾斜系數(shù)Nr、Nq、Nc

——承載力系數(shù)說(shuō)明：相關(guān)系數(shù)均可以有相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算2024/3/17地基承載力§9.4按原位測(cè)試成果確定地基承載力一、載荷試驗(yàn)法

pup0s千斤頂荷載板平衡架拉錨由拐點(diǎn)得地基極限承載力pu，除以安全系數(shù)Fs得容許承載力[p]p-s曲線確定地基承載力特征值:1.p-s曲線有明確的比例界限時(shí)，取比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值2.極限荷載能確定，且值小于對(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

3.不能按上述兩點(diǎn)確定時(shí)，取s/b=0.01～0.015對(duì)應(yīng)荷載值；但值不應(yīng)大于最大加載量的一半

2024/3/17地基承載力二、靜力觸探試驗(yàn)法

探頭QfQcF鉆桿用靜壓力將裝有探頭的觸探器壓入土中，通過(guò)壓力傳感器及電阻應(yīng)變儀測(cè)出土層對(duì)探頭的貫入阻力。探頭貫入阻力的大小直接反映了土的強(qiáng)度的大小，把貫入阻力與荷載試驗(yàn)所得到的地基容許承載力建立相關(guān)關(guān)系，從而即可按照實(shí)測(cè)的貫入阻力確定地基的容許承載力值。還可以把土的貫入阻力與土的變形模量及壓縮模量建立相關(guān)關(guān)系，從而可以確定變形模量和壓縮模量

方法介紹：探頭阻力Q可分為兩個(gè)部分1.錐頭阻力Qc

2.側(cè)壁摩阻力Qf

比貫入阻力：探頭單位截面積的阻力

2024/3/17地基承載力三、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法試驗(yàn)時(shí)，先行鉆孔，再把上端接有鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)貫入器放至孔底，然后用質(zhì)量為63.5kg的錘，以76cm的高度自由下落將貫入器先擊入土中15cm，然后測(cè)繼續(xù)打30cm的所需要錘擊數(shù)，該擊數(shù)稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)

方法介紹：建立標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與地基承載力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以得到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)下的地基承載力2024/3/17地基承載力§9.5按《地基規(guī)范》確定地基承載力一、按抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力1.抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值ck、ka.根據(jù)室內(nèi)n組三軸試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算土性指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)b.計(jì)算內(nèi)摩擦角和粘聚力的統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)ψφ

、ψcc.計(jì)算內(nèi)摩擦角和粘聚力的標(biāo)準(zhǔn)值2024/3/17地基承載力2.確定地基承載力特征值當(dāng)e≤0.033b，根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力fa

——土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值Mb、Md、Mc

——承載力系數(shù)（可根據(jù)

k查表得到)——地基土的重度，地下水位以下取浮重度d——基礎(chǔ)埋置深度(m)，從室外地面標(biāo)高計(jì)算m——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)重度，地下水位以下取浮重度b

——基礎(chǔ)地面寬度，大于6m時(shí)，按6m取值，對(duì)于砂土小于3m時(shí)按3m取值ck

——基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值2024/3/17地基承載力3.確定地基承載力特征值修正《規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)b＞3m或d＞0.5m，從載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、經(jīng)驗(yàn)等方法確定的地基承載力特征值應(yīng)該進(jìn)行修正fa

——修正后的地基承載力特征值fak

——地基承載力特征值，根據(jù)強(qiáng)度指標(biāo)確定ηb、η

d——基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)（可查表）說(shuō)明：《規(guī)范》規(guī)定地基承載力特征值還可以由載荷試驗(yàn)或其它原位測(cè)試、并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定2024/3/17地基承載力某建筑物尺寸16×32m，某基礎(chǔ)底面埋深為4.4m?；滓韵鲁至訛榉圪|(zhì)粘土，浮重度

內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，粘聚力。根據(jù)上述