地基承載力課件

地基承載力

6.1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。試驗(yàn)研究表明，在荷載作用下，建筑物地基的破壞通常是由于承載力不足而引起的剪切破壞?！裱芯康鼗休d力的目的是安全、正常使用?！袢≈悼煞譃槠涮卣髦担╢ak）和修正值（fa

）●影響土抗剪切破壞能力的因素很多

基礎(chǔ)的形狀、荷載的傾斜與偏心、覆蓋層的抗剪強(qiáng)度、地下水位、下臥層的影響。6.2地基破壞的模式

為了了解地基承載力的概念及地基地基土受荷后剪切破壞的過(guò)程和形狀，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)或室內(nèi)模擬試驗(yàn)來(lái)研究，這些試驗(yàn)實(shí)際上是一種基礎(chǔ)受荷的模擬試驗(yàn)。1－承壓板；2－千斤頂

3－百分表；4－平臺(tái)

5－支墩；6－堆載地基土現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)圖地基破壞的模式

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可繪出載荷試驗(yàn)的p-s曲線，如右圖所示。如果p-s曲線上能夠明顯地區(qū)分其承載過(guò)程的三個(gè)階段，則可以較方便地定出該地基的比例界限荷載pa和極限承載力pu。若p-s曲線上沒(méi)有明顯的三個(gè)階段，根據(jù)GBJ7-02《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，地基承載力基本值可按載荷板沉降與載荷板寬度或直徑之比即s/b的值確定，對(duì)低壓縮性土和砂土可取s/b=0.01～0.015，對(duì)中、高壓縮性土可取0.02。

地基破壞的模式及其特征根據(jù)上圖的A，B，C三條p-s曲線分別對(duì)應(yīng)右圖的三種地基破壞形式。（a）整體剪切破壞：三角壓密區(qū)，形成連續(xù)滑動(dòng)面，兩側(cè)擠出并隆起，有明顯的兩個(gè)拐點(diǎn)。淺基下密砂硬土堅(jiān)實(shí)地基。（b）局部剪切破壞：基礎(chǔ)下塑性區(qū)到地基某一范圍，滑動(dòng)面不延伸到地面，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的裂縫。常發(fā)生于中等密實(shí)砂土中。（c）刺入剪切破壞（沖剪破壞）：基礎(chǔ)下土層發(fā)生壓縮變形，基礎(chǔ)下沉，當(dāng)荷載繼續(xù)增加，附近土體發(fā)生豎向剪切破壞，使基礎(chǔ)刺入土中，而基礎(chǔ)兩邊的土體并沒(méi)有移動(dòng)。常發(fā)生于松砂及軟土中。二、破壞模式的判別

魏錫克（Vesic，A.S）建議用土的相對(duì)壓縮性來(lái)判別土的破壞形式，即土的剛度指標(biāo)大于土的臨界剛度指標(biāo)時(shí)，則認(rèn)為土是相對(duì)不可壓縮的，這時(shí)的地基將發(fā)生整體剪切破壞；反之，則認(rèn)為土是相對(duì)可壓縮的，地基可能發(fā)生局部或沖剪破壞。式中：G、E分別為土的剪切、變形模量；μ-泊松比；c-內(nèi)聚力。為土的內(nèi)摩擦角；q0-地基中膨脹區(qū)平均超載壓力，取z=b/2。三、地基破壞的三個(gè)階段由地基破壞的p-s曲線形態(tài)來(lái)看，地基破壞的過(guò)程一般將經(jīng)歷如下三個(gè)階段：（1）壓密階段（或稱(chēng)線彈性變形階段）

p-s曲線接近于直線，各點(diǎn)剪應(yīng)力均小于土的抗剪強(qiáng)度，處于彈性平衡狀態(tài)。此階段荷載板的沉降主要是由于土的壓密變形引起的，如圖中p-s曲線上的oa段。通常將p-s曲線上相應(yīng)于a點(diǎn)的荷載稱(chēng)為比例界限荷載pa。

（2）剪切階段（或稱(chēng)彈塑性變形階段）

p-s曲線已不再保持線性關(guān)系，沉降的增長(zhǎng)率隨荷載的增大而增加。塑性區(qū)。b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載稱(chēng)為極限荷載pu

。地基破壞的三個(gè)階段（續(xù)）（3）破壞階段

當(dāng)荷載超過(guò)極限荷載后，荷載板急劇下沉，即使不增加荷載，沉降也不能穩(wěn)定，這表明地基進(jìn)入了破壞階段。在這一階段，由于土中塑性區(qū)范圍的不斷擴(kuò)展，最后在土中形成連續(xù)滑動(dòng)面，土從載荷板四周擠出隆起，基礎(chǔ)急劇下沉或向一側(cè)傾斜，地基發(fā)生整體剪切破壞。破壞階段相當(dāng)于右圖中p-s曲線上的bc段。

6.3臨塑荷載和塑性荷載在條形均布荷載作用下，根據(jù)地基中應(yīng)力分布和土極限平衡條件，可得到基底壓力p與基礎(chǔ)下塑性區(qū)開(kāi)展的最大深度zmax的關(guān)系：分別令zmax=0和zmax=b/4(b為基礎(chǔ)寬度),對(duì)應(yīng)的基底壓力即為臨塑荷載pcr和塑性荷載p1/4，即

中

Nc,Nd,N1/4

稱(chēng)為承載力系數(shù)，它只與土的內(nèi)摩擦角有關(guān).承載力系數(shù)N1/4、Nd、Nc表二、計(jì)算公式的適用條件（1）計(jì)算公式適用于條形基礎(chǔ)。這些計(jì)算公式是從平面問(wèn)題的條形均布荷載情況下導(dǎo)得的，若將它近似地用于矩形基礎(chǔ)，其結(jié)果是偏于安全的。（2）計(jì)算土中由自重產(chǎn)生的主應(yīng)力時(shí)，假定土的側(cè)壓力系數(shù)K0＝1，這與土的實(shí)際情況不符，但這樣可使計(jì)算公式簡(jiǎn)化。（3）在計(jì)算塑性荷載時(shí)，土中已出現(xiàn)塑性區(qū)，但這時(shí)仍按彈性理論計(jì)算土中應(yīng)力，這在理論上是相互矛盾的，其所引起的誤差隨著塑性區(qū)范圍的擴(kuò)大而擴(kuò)大。6.4極限承載力理論公式●地基達(dá)到整體剪切破壞時(shí)的最小壓力，稱(chēng)為地基~?！竦鼗鶚O限荷載指地基在外荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到極限平衡時(shí)的荷載，即b點(diǎn)的荷載pu?！竦鼗鶚O限承載力的理論解答方法有兩種：一是假定地基土是剛塑體，用解析或數(shù)值法求解；二是假定地基土在極限狀態(tài)下滑動(dòng)面的形狀，然后根據(jù)滑動(dòng)土體的靜力平衡條件求解極限荷載?！癯Ｓ玫姆椒ㄓ校浩绽侍貭柕鼗鶚O限承載力公式，太沙基極限承載力公式，漢森公式等?！裼绊憳O限承載力的因素：1．普朗特爾地基極限承載力公式假定條形基礎(chǔ)置于地基表面（d=0），地基土無(wú)重量（g=0）且基礎(chǔ)底面光滑無(wú)摩擦力的條件下，根據(jù)塑性力學(xué)理論求得了基礎(chǔ)下形成連續(xù)塑性區(qū)而處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的地基滑動(dòng)面形態(tài)右圖所示。地基的極限平衡區(qū)可分為三個(gè)區(qū)：在基底下的朗肯主動(dòng)狀態(tài)區(qū)（Ⅰ區(qū)）、基礎(chǔ)外側(cè)的朗肯被動(dòng)狀態(tài)區(qū)（Ⅲ區(qū)）以及Ⅰ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間的過(guò)渡區(qū)（Ⅱ區(qū)）。則地基極限承載力理論公式如下：普朗特爾地基滑動(dòng)面形態(tài)圖

承載力系數(shù)是內(nèi)摩擦角的函數(shù)。2.太沙基極限承載力公式

(1)

基本公式

適用范圍：適用于基礎(chǔ)底面粗糙的條形基礎(chǔ)（l/lb≥5，d≤b）。理論假定：（1）條形基礎(chǔ)，均布荷載作用；（2）地基發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)面的形狀兩端為直線，中間為曲線，左右對(duì)稱(chēng)。（3）滑動(dòng)面分為三區(qū)：但Ⅰ區(qū)內(nèi)土體不是處于朗肯主動(dòng)狀態(tài)，而是處于彈性壓密狀態(tài)，它與基礎(chǔ)底面一起移動(dòng)，并假定滑動(dòng)面與水平面成j

角。Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)與普朗特爾解相似，分別是輻射線和對(duì)數(shù)螺旋曲線組成過(guò)渡區(qū)與朗肯被動(dòng)狀態(tài)區(qū)。太沙基地基極限承載力基本公式

（2）非條形基礎(chǔ)時(shí)的太沙基地基極限承載力公式

太沙基地基極限承載力基本公式只適用于條形基礎(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：

方形基礎(chǔ)：圓形基礎(chǔ)：

(3)

地基承載力

式中K—安全系數(shù)，K≥33、漢森公式1、適用條件

a、傾斜荷載作用（區(qū)別于前兩種方法）；

b、基礎(chǔ)形狀基礎(chǔ)的長(zhǎng)寬比、矩形基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)的影響都以記入；

c、基礎(chǔ)埋深適用于d<b基礎(chǔ)底寬的情況,并考慮了基礎(chǔ)埋深與基礎(chǔ)寬度之比的影響。2、極限荷載公式影響極限承載力的因素

地基的極限承載力與建筑物的安全和經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)，尤其對(duì)重大工程或承受傾斜荷載的建筑物更為重要。各類(lèi)建筑物采用不同的基礎(chǔ)型式、尺寸、埋深，置于不同地基土質(zhì)情況下，極限承載力的大小可能懸殊很大。影響地基的極限承載力的因素很多，可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：

1、地基的破壞形式；

2、地基土的指標(biāo)；

3、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸；

4、荷載作用方向；

5、荷載作用時(shí)間。6.5地基承載力特征值的確定（1）根據(jù)載荷試驗(yàn)的p-s曲線來(lái)確定確定地基承載力最直接的方法是現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)的方法。載荷試驗(yàn)是一種基礎(chǔ)受荷的模擬試驗(yàn),方法是在地基土上放置一塊剛性載荷板（深度一般位于基底的設(shè)計(jì)標(biāo)高處，載荷板面積一般約為0.5m2），然后在載荷板上逐級(jí)施加荷載，同時(shí)測(cè)定在各級(jí)荷載下載荷板的沉降量，并觀察周?chē)廖灰魄闆r，直到地基土破壞失穩(wěn)為止。（2）根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范確定在GB50007－02《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出了各類(lèi)土的地基承載力經(jīng)驗(yàn)值。這些表是根據(jù)在各類(lèi)土上所做的大量的載荷試驗(yàn)資料，以及工程經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析而得到的，在無(wú)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)，可據(jù)此估算地基的承載力。（3）根據(jù)地基承載力理論公式確定地基承載力理論公式是在一定的假定條件下通過(guò)彈性理論或彈塑性理論導(dǎo)出的解析解，包括地基臨塑荷載pcr公式、臨界荷載p1/4公式、太沙基公式、普朗特爾和漢森公式等。

一、原位測(cè)試法確定地基承載力1、靜載試驗(yàn)淺層平板載荷試驗(yàn)深層平板載荷試驗(yàn)深層平板載荷試驗(yàn)

●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應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力和變形參數(shù)?！癫捎弥睆綖?.8m的剛性板，緊靠承壓板周?chē)鈧?cè)的土層高度應(yīng)不少于80cm?！窦虞d分級(jí)：每級(jí)加載為預(yù)估極限承載力的1/10~1/15。每級(jí)加載后，第一小時(shí)內(nèi)按間隔10、10、10、15、15min，以后為每隔半小時(shí)測(cè)讀一次沉降，當(dāng)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?！癞?dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載：1、沉降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）；2、在某級(jí)荷載下，24小時(shí)內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；3、本級(jí)沉降量大于前一級(jí)沉降量的5倍；4、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)荷載的2倍?！癯休d力標(biāo)準(zhǔn)值的確定：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；2.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

●標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)是動(dòng)力觸探的一種，它利用一定的錘擊動(dòng)能（錘重63.5kg，落距76cm）,將一定規(guī)格的對(duì)開(kāi)管式的貫入器打入鉆孔孔底的士中，根據(jù)打入土中的貫阻抗，判別土層的工程性質(zhì)。貫入阻抗用貫入器貫入土中30cm的錘擊數(shù)N63.5表示,N63.5也稱(chēng)為標(biāo)貫擊數(shù)。右圖

1-穿心錘;2-錘墊;3-觸探桿;4-錘頭.●標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果的應(yīng)用

（1）確定土的物理性質(zhì);(2)確定土的力學(xué)參數(shù);(3)確定地基土的允許承載力；（4）判定地震液化。

3.輕便觸探

輕便觸探由尖錐頭、觸探桿（25mm的金屬管）和穿心錘（m=10kg）3部分組成。操作步驟：數(shù)據(jù)處理：4.靜力觸探試驗(yàn)雙橋探頭結(jié)構(gòu)示意圖二、按地基強(qiáng)度理論確定承載力特征值

（1）臨塑荷載公式（2）臨界荷載公式中心荷載：偏心荷載：（3）極限荷載除以安全系數(shù)普-雷公式：

太沙基公式：（4）<規(guī)范>公式

我國(guó)《地基規(guī)范》規(guī)定，地基承載力分：承載力基本值fo、承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk和承載力設(shè)計(jì)值f。

地基承載力基本值fo是根據(jù)表格確定，規(guī)范給出各種土的承載力基本值表，比如粘性土的承載力基本值fo可查下表確定：第一指標(biāo)

孔隙比e第二指標(biāo)液性指數(shù)IL00.250.500.751.001.200.5475430390(360)

0.6400360325295(265)

0.73252952652402101700.82752402202001701350.92302101901701351051.0200180160135115

1.1

160135115105

注：（1）有括號(hào)者僅供內(nèi)插用。

（2）折算系數(shù)為0.1

（3）在湖、塘、谷與河漫灘地段新近沉積和粘性土及粉土，其工程性能一般較差。第四紀(jì)晚更新世及其以前沉積的老粘性土，其工程性能通常較好。這些土均應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)取值。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk計(jì)算式為：fk=φf(shuō)*fo，其中φf(shuō)為回歸修正系數(shù)，按下式計(jì)算：

式中n為查表的土性質(zhì)指標(biāo)參加統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)；δ為變異系數(shù)。

地基承載力設(shè)計(jì)值f的計(jì)算式為式中ηb，ηd