土力學(xué)及地基基礎(chǔ) 第4版 課件 第3-5章 土的壓縮性和地基變形計(jì)算、土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力、工程地質(zhì)勘察

第3章

土的壓縮性與地基變形計(jì)算

3.1土的壓縮性3.2基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算主要內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)知道土的壓縮特性會(huì)計(jì)算基礎(chǔ)的最終沉降量重點(diǎn)土的壓縮特性基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算難點(diǎn)

基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算3.1土的壓縮性

土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性

固體顆粒的壓縮土中水的壓縮空氣的排出水的排出壓縮量的組成

注：在一般壓力作用下，土粒和水的壓縮量與土的總壓縮量相比是很微小的，可以忽略不計(jì)。因此，可以認(rèn)為，土的壓縮就是土中孔隙體積的減小。

土的壓縮性指標(biāo)可通過室內(nèi)試驗(yàn)或原位試驗(yàn)來測(cè)定。試驗(yàn)時(shí)力求試驗(yàn)條件與土的天然狀態(tài)及其在外荷載作用下的實(shí)際應(yīng)力條件相適應(yīng)。3.1.1土的壓縮性試驗(yàn)和壓縮曲線

1．壓縮試驗(yàn)

在一般工程中，常用不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)(又稱側(cè)限壓縮試驗(yàn)或固結(jié)壓縮試驗(yàn))來測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)，其試驗(yàn)雖未能完全符合土的實(shí)際工作情況，但操作簡(jiǎn)便，試驗(yàn)時(shí)間短，故有實(shí)用價(jià)值。

三聯(lián)固結(jié)儀注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形?；?/p>

只要測(cè)定土樣在各級(jí)壓力作用下的穩(wěn)定壓縮量，就可算出相應(yīng)的孔隙比e。2．土的壓縮曲線

壓縮曲線有兩種繪制方式

圖2-18土的壓縮曲線

a）e-p曲線b）e-lgp曲線

3.1.2土的壓縮性指標(biāo)

1．壓縮系數(shù)a

壓縮性不同的土，其e-p曲線的形狀是不一樣的。由圖2-18可見，密實(shí)砂土的e-p曲線比較平緩，而壓縮性較大的軟黏土的e-p曲線則較陡。曲線越陡，說明隨著壓力的增加，土孔隙比的減少越顯著，因而土的壓縮性越高。土的壓縮性可用圖2-19中割線MlM2的斜率來表示，即《地基規(guī)范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評(píng)價(jià)土的壓縮性a1-2＜0.1MPa-1低壓縮性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中壓縮

a1-2≥0.5MPa-1高壓縮性土2．壓縮模量Es

土在完全側(cè)限條件下的豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的豎向應(yīng)變的比值

Es

Es=(1+e1)/a

用壓縮模量來表示土的壓縮性高低

Es<4Mpa高壓縮性土4MPa≤Es≤15Mpa中等壓縮性土Es>15MPa低壓縮性土3．土的變形模量E0

土的變形模量E0是土體在無(wú)側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，可以由室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)得到的壓縮模量求得，也可通過靜載荷試驗(yàn)確定。

地基土的泊松比

3.2基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算

地基變形的主要外因是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，在附加應(yīng)力作用下土層的孔隙體積發(fā)生壓縮減小，引起基礎(chǔ)沉降。常用的計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降的方法有分層總和法及《地基規(guī)范》推薦方法。

3.2.1分層總和法

采用分層總和法計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量時(shí)，通常假定地基土壓縮時(shí)不發(fā)生側(cè)向變形，即采用側(cè)限條件下的壓縮指標(biāo)。為了彌補(bǔ)這樣計(jì)算得到的變形偏小的缺點(diǎn)，通常取基底中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。

將地基變形計(jì)算深度范圍的土劃分為若干個(gè)分層(見圖2-20)，按側(cè)限條件分別計(jì)算各分層的壓縮量，其總和即為基礎(chǔ)最終沉降量。

具體計(jì)算步驟1)計(jì)算基底壓力及基底附加壓力

2)按分層厚度將基底下土層分成若干薄層

3)計(jì)算基底中心點(diǎn)下各分層界面處自重應(yīng)力和附加應(yīng)力

4)確定地基壓縮層深度

5)計(jì)算壓縮層深度內(nèi)各分層的自重應(yīng)力平均值和平均附加應(yīng)力。6)從e-p曲線上查得與p1i、p2i相對(duì)應(yīng)的孔隙比e1i和e2i

7)計(jì)算各分層土在側(cè)限條件下的壓縮量

8)計(jì)算基礎(chǔ)的最終沉降量s(mm)

圖2-20地基最終沉降的分層總和法

【例3-1】

試以分層總和法計(jì)算圖2-21所示柱下方形單獨(dú)基礎(chǔ)的最終沉降量。自地表起各土層的重度為：粉土＝18kN／m3；粉質(zhì)黏土=19kN/m3，＝19.5kN／m3；黏土＝20kN／m3。分別從粉質(zhì)黏土層和黏土層中取土樣做室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，其e-p曲線見圖2-22。柱傳給基礎(chǔ)的軸心荷載標(biāo)準(zhǔn)值F＝2000kN，方形基礎(chǔ)底邊長(zhǎng)為4m?！窘馕觥浚?）計(jì)算基底壓力和基底附加壓力

（2）分層，取分層厚度為1m

（3）計(jì)算各分層層面處土的自重應(yīng)力

計(jì)算結(jié)果見表2-8

（4）計(jì)算基底中心點(diǎn)下各分層面處的附加應(yīng)力

（5）確定壓縮層深度z在6m深度處（點(diǎn)6）

不滿足要求

在7m深度處

滿足要求

壓縮層深度z

n為7m

（6）計(jì)算壓縮層深度內(nèi)各分層的自重應(yīng)力平均值和平均附加應(yīng)力

計(jì)算結(jié)果見表3-1（7）從e-p曲線上查得與p1i、p2i相對(duì)應(yīng)的孔隙比e1i和e2i

（8）計(jì)算各分層土在側(cè)限條件下的壓縮量

計(jì)算結(jié)果見表2-8

（9）計(jì)算基礎(chǔ)的最終沉降量

例3-1計(jì)算結(jié)果

點(diǎn)角點(diǎn)下任意深度z/m/kPa/kPa分層hi/mP1i/kPaΔpi/kPap2i/kPae1ie2iΔsi/mm00271280-11.0371241610.9600.85852.011.0461191-21.0561051610.9350.85839.822.065902-31.070761460.9210.86429.733.075623-41.080531330.9120.87320.444.084434-51.089371260.7770.75711.355.094315-61.099271260.7720.7578.566.0104236-71.0109211300.7650.7546.277.0114183.2.2規(guī)范法

《地基規(guī)范》推薦一種計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量的方法，其實(shí)質(zhì)是在分層總和法的基礎(chǔ)上，采用平均附加應(yīng)力面積的概念，按天然土層界面分層(以簡(jiǎn)化由于過多分層所引起的繁瑣計(jì)算)，并結(jié)合大量工程沉降觀測(cè)的統(tǒng)計(jì)分析，以沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)對(duì)地基最終沉降量結(jié)果加以修正?！净舅悸贰?．采用平均附加應(yīng)力系數(shù)計(jì)算地基變形的基本公式

2．確定壓縮層深度3．計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量

謝謝！第4章

土的抗剪強(qiáng)度主要內(nèi)容4.1土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件4.2抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法4.3地基承載力

教學(xué)目標(biāo)知道土的抗剪強(qiáng)度庫(kù)侖定律知道土的極限平衡條件會(huì)確定土的抗剪強(qiáng)度的一般試驗(yàn)方法知道地基承載力的概念及確定方法重點(diǎn)土的抗剪強(qiáng)度庫(kù)侖定律土的極限平衡條件土的抗剪強(qiáng)度的一般試驗(yàn)方法地基承載力的概念及確定方法關(guān)鍵點(diǎn)土的極限平衡條件地基承載力的概念及確定方法

土的抗剪強(qiáng)度是指在外力作用下，土體內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)力時(shí)，土對(duì)剪切破壞的極限抵抗能力。

4.1土的抗剪強(qiáng)度與極限平衡條件4.1.1抗剪強(qiáng)度的庫(kù)侖定律

1773年，庫(kù)侖（Coulomb，C.A.）通過砂土的剪切試驗(yàn)，得到砂土的抗剪強(qiáng)度的表達(dá)式為

以后通過對(duì)黏性土樣進(jìn)行試驗(yàn)，得出黏性土的法向應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度之間仍成直線關(guān)系

抗剪強(qiáng)度

黏聚力內(nèi)摩擦角剪切面上的法向應(yīng)力

f

f=tan

f

f=c+tanc

黏性土無(wú)黏性土庫(kù)侖定律：土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力

的線性函數(shù)

討論:影響土體抗剪強(qiáng)度因素1.摩擦力的兩個(gè)來源

1)滑動(dòng)摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦。

2)咬合摩擦：土粒間相互嵌入所產(chǎn)生的咬合力。2.粘聚力：是由于土粒之間的膠結(jié)作用、結(jié)合水膜以及水分子引力作用等形成的。3.抗剪強(qiáng)度影響因素

1)摩擦力：剪切面上的法向總應(yīng)力、土的初始密度、土粒級(jí)配、土粒形狀以及表面粗糙程度。

2)粘聚力：土顆粒越細(xì)，塑性越大，其黏聚力也越大。

太沙基有效應(yīng)力原理

認(rèn)為只有土粒間傳遞的有效應(yīng)力才能引起抗剪強(qiáng)度摩擦分量，因此，認(rèn)為土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)由下式來表示

無(wú)黏性土：

黏性土：

抗剪強(qiáng)度

有效黏聚力孔隙水壓力有效內(nèi)摩擦角剪切面上的法向有效應(yīng)力4.1.2土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

由材料力學(xué)可知，該點(diǎn)的大、小主應(yīng)力為任意截面上的應(yīng)力

土中任意截面上的應(yīng)力莫爾應(yīng)力圓描述土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)莫爾應(yīng)力圓方程圓心坐標(biāo)[1/2(

1+

3)，0]應(yīng)力圓半徑r＝1/2(

1－3

)4.1.3土的極限平衡條件

土體受荷后，任意截面mn上將同時(shí)產(chǎn)生法向應(yīng)力與剪應(yīng)力，對(duì)與抗剪強(qiáng)度進(jìn)行比較：通過土體中一點(diǎn)有無(wú)數(shù)的截面，當(dāng)所有截面上都滿足τ＜，該點(diǎn)就處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)所有截面之中有且只有一個(gè)截面上的τ=時(shí)，該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)。

根據(jù)莫爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度曲線的關(guān)系可以判斷土中某點(diǎn)M是否處于極限平衡狀態(tài)

不會(huì)發(fā)生剪切破壞

極限平衡狀態(tài)

從理論上講該點(diǎn)早已破壞，因而這種應(yīng)力狀態(tài)是不會(huì)存在

莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則

3

1c

f2

fM

cctg1/2(1+3)根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線的幾何關(guān)系

黏性土的極限平衡條件

注意:無(wú)粘性土取c=0

土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為

f

f2

f

3

1c

M

cctg1/2(

1+

3)

說明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成

/2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力τmax所控制

max

【

例4-1

】

地基中某一點(diǎn)的大主應(yīng)力kPa，小主應(yīng)力kPa。通過試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=18kPa、，問最大主應(yīng)力面是否破壞？該點(diǎn)處于什么狀態(tài)？小主應(yīng)力減小時(shí)，該點(diǎn)狀態(tài)如何變化？

【解答】（1）最大剪應(yīng)力為剪應(yīng)力最大面上的正應(yīng)力=300.4kPa

該面上的抗剪強(qiáng)度因?yàn)樵诩魬?yīng)力最大面上，所以不會(huì)沿該面發(fā)生剪破。

（2）地基中一點(diǎn)所處狀態(tài)的判別:設(shè)達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所需小主應(yīng)力為，則由式（3-9）得

=180.7kPa

因?yàn)榈扔谠擖c(diǎn)的實(shí)際小主應(yīng)力，因此該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)，相應(yīng)的摩爾應(yīng)力圓與強(qiáng)度包絡(luò)線相切，如圖3-6中的圓A。

（3）當(dāng)小主應(yīng)力變小時(shí)，摩爾圓直徑變大，與強(qiáng)度包絡(luò)線相割，如圖3-6中的B圓，該點(diǎn)已破壞。

小主應(yīng)力變小時(shí)，摩爾圓直徑變大4.2抗剪強(qiáng)度的確定及試驗(yàn)方法

4.2.1直剪試驗(yàn)

直剪試驗(yàn)的目的是用直剪儀測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、值

直剪試驗(yàn)原理

對(duì)某一種土體而言，一定條件下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、值為常數(shù)，所以，τf與為線性關(guān)系，試驗(yàn)中，通常采用4個(gè)試件，分別在不同的垂直壓力p下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，使試件沿人為制造的水平面剪壞，得到4組數(shù)據(jù)（τ，），其中，τ為剪壞面上所受最大剪應(yīng)力，為相應(yīng)正應(yīng)力，這4組數(shù)據(jù)（τ，）對(duì)應(yīng)以τf為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)系中的4個(gè)點(diǎn)，根據(jù)4點(diǎn)繪一直線，直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角，縱軸截距為土的黏聚力c，見圖3-8

試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）百分表剪切盒量力環(huán)根據(jù)試驗(yàn)時(shí)剪切速率和排水條件的不同

快剪

固結(jié)快剪

慢剪

在試件上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力

在試件上施加垂直壓力，待排水固結(jié)穩(wěn)定后，施加水平剪切力

在試件上施加垂直力及水平力的過程中均應(yīng)使試件排水固結(jié)

快剪試驗(yàn)用于模擬在土體來不及固結(jié)排水就較快加載的情況，對(duì)實(shí)際工程中，對(duì)滲透性差，排水條件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡穩(wěn)定分析時(shí)，可采用快剪；固結(jié)快剪用于模擬建筑場(chǎng)地上土體在自重和正常荷載下作用下達(dá)到完全固結(jié)，而后遇到突然施加荷載的情況例如地基土受到地震荷載的作用屬于此情況；慢剪指標(biāo)用于模擬在實(shí)際工程中，土的排水條件良好（如砂土層中夾砂層）、地基土透水性良好（如低塑性黏土）且加荷速率慢的情況。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的工程情況選擇合適的試驗(yàn)方法。直剪試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，易于操作。缺點(diǎn)：①剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。②試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。③上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻。4.2.2三軸剪切試驗(yàn)

三軸試驗(yàn)是根據(jù)摩爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則測(cè)定土的黏聚力c和內(nèi)摩擦角。常規(guī)的三軸試驗(yàn)是取三個(gè)性質(zhì)相同的圓柱體試件，分別先在其四周施加不同的圍壓（即小主應(yīng)力），隨后逐漸增大大主應(yīng)力直到破壞為止

在三軸剪切試驗(yàn)中，根據(jù)試件排水條件的不同，可分為不固結(jié)不排水剪(UU)，固結(jié)不排水剪（CU）和固結(jié)排水剪（CD）3種試驗(yàn)方法。

對(duì)于飽和黏性土，在不同圍壓下測(cè)得不固結(jié)不排水剪的破損摩爾圓直徑相等，其包絡(luò)線為水平線，

固結(jié)不排水剪試驗(yàn)（測(cè)孔壓）確定c′和的方法

將所得的總應(yīng)力摩爾圓（圖中各實(shí)線圓）向坐標(biāo)原點(diǎn)平移一相應(yīng)的孔隙水壓力u值，圓的半徑保持不變

【

例4-2

】對(duì)某飽和土做固結(jié)不排水試驗(yàn)，4個(gè)試樣破壞時(shí)的、和相應(yīng)的孔隙水壓力u列表于3-1中。試確定該試樣、和、。表3-1三軸試驗(yàn)成果

試樣編號(hào)

/kPa

/kPa

u/kPa

1234

145218310405

60100150200

21386284

【解答】（1）采用直角坐標(biāo)系，在橫坐標(biāo)上，按適當(dāng)比例尺繪制，繪制、點(diǎn)，以-為直徑，（，0）為圓心繪制摩爾圓，4組試樣共4個(gè)圓，如圖3-13中實(shí)線所示，然后作此4圓的公切線，即為土的抗剪強(qiáng)度包線。量得=17kPa，=17°

（2）采用表3-2的數(shù)據(jù)作有效應(yīng)力圓，如圖3-13中虛線所示，方法同上，然后作此4圓的公切線，量得=12kPa，=25°

表3-2三軸試驗(yàn)成果（有效應(yīng)力）(單位：

kPa)

試樣編號(hào)

1234124391806224888321116圖3-13例3-2

4.2.3無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三軸剪切試驗(yàn)的特例，對(duì)試樣不施加周圍壓力，即

3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無(wú)側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時(shí)試樣承受的最大軸向壓力qu，稱為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

飽和軟粘土土的靈敏度

粘性土的原狀土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值反映土的結(jié)構(gòu)受撓動(dòng)對(duì)強(qiáng)度的影響程度

根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：低靈敏度土1<St≤2中靈敏度土2<St≤4高靈敏度土St>44.2.4十字板剪切試驗(yàn)

適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定粘性土的不排水強(qiáng)度，尤其適用于均勻的飽和軟粘土十字板剪切破壞扭力矩

十字板現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)強(qiáng)度

4.3地基承載力

地基承載力是指地基單位面積上所能承受荷載的能力。通常把地基土單位面積上所能承受的最大荷載稱為極限荷載或極限承載力。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工中，為保證荷載作用下地基不破壞，《地基規(guī)范》規(guī)定地基承載力必須滿足相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，基礎(chǔ)底面處的平均總壓力

修正后地基承載力的特征值建筑物對(duì)地基的要求1.變形要求2.穩(wěn)定要求

地基承載力：地基所能承受荷載的能力。4.3.1地基的破壞形式

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承載力不足而引起的剪切破壞，地基剪切破壞的形式可分為整體剪切破壞、局部剪切破壞和沖剪破壞三種形式

整體剪切破壞

局部剪切破壞

沖剪破壞1.整體剪切破壞1)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

2)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

3)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2.局部剪切破壞1)p-s曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，沒有明顯的直線段。

2)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)。

3)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1)p-s曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

2)地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動(dòng)面。

3)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。

整體剪切破壞的曲線1有兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)a和b，相應(yīng)于a點(diǎn)的荷載稱為臨塑荷載pcr，指地基土即將出現(xiàn)剪切破壞時(shí)的基礎(chǔ)底面的壓力；相應(yīng)于b點(diǎn)壓力稱為極限荷載pu，是地基承受基礎(chǔ)荷載的極限壓力，當(dāng)基底壓力達(dá)到Pu時(shí)，地基就會(huì)發(fā)生整體剪切破壞。臨塑荷載pcr和極限荷載pu稱為地基的兩個(gè)臨界荷載。

4.3.2理論公式法確定地基承載力

1．按塑性區(qū)的深度確定地基承載力

按塑性區(qū)開展深度確定地基承載力的方法，就是將地基中的剪切破壞區(qū)限制在某一范圍，確定地基土所能承受多大的基底壓力，該壓力即為所求的地基承載力。（1）臨塑荷載

是指地基土即將出現(xiàn)剪切破壞時(shí)的基礎(chǔ)底面的壓力。設(shè)條形基礎(chǔ)的寬度為b，埋置深度為d，均布垂直壓力為p，按彈性理論可推導(dǎo)出地基的臨塑荷載計(jì)算公式為

其中Md，Mc為承載力系數(shù)

（2）臨界荷載p1/4和p1/3

理論計(jì)算和工程實(shí)踐表明，用臨塑荷載作為地基特征承載力特征值比較保守，也不夠經(jīng)濟(jì)。國(guó)內(nèi)某些地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，塑性區(qū)的最大開展深度zmax可達(dá)到基礎(chǔ)寬度b的1/4或1/3，并把這時(shí)的基底壓力稱為臨界荷載p1/4和p1/3

。

中心受壓基礎(chǔ)可取，其臨界荷載為

偏心受壓基礎(chǔ)可取，其臨界荷載為

承載力系數(shù)

提示：上述公式是在條形基礎(chǔ)承受均布荷載條件下推導(dǎo)出來的，可以直接作為地基承載力特征值使用，對(duì)于矩形、圓形基礎(chǔ)可近似應(yīng)用，結(jié)果偏于安全

【

例4-3

】某條形基礎(chǔ)，寬度b=3m，埋置深度d=1.0m。地基土為粉質(zhì)黏土，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為：=18kN/m3，黏聚力c=10kPa，內(nèi)摩擦角=10°，飽和重度kN/m3。試求：①地基承載力、；②當(dāng)?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時(shí)，承載力有何變化。

【解答】（1）由c=10kPa、=10°，根據(jù)承載力系數(shù)計(jì)算公式，得、、、，分別代入式（3-19）和式（3-20）得（2）當(dāng)?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時(shí)，若抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、不變，則承載力系數(shù)也不變，但基底以下土的重度按浮重度計(jì)，其值為=78.24kPa<

82.56kPa=80.04kPa<85.8kPa

從計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時(shí)，地基承載力將降低。2．按極限荷載確定地基承載力

極限荷載pu是指地基即將出現(xiàn)完全剪切破壞時(shí)相應(yīng)基礎(chǔ)底面的壓力。太沙基公式

1）條形基礎(chǔ)公式2）方形基礎(chǔ)公式

3）圓形基礎(chǔ)公式

式中b——條形基礎(chǔ)為寬度，方形基礎(chǔ)為邊長(zhǎng)，圓形基礎(chǔ)為半徑(m)；、、——承載力系數(shù)，由表3-3查得

對(duì)于局部剪切破壞的松軟土，太沙基建議用修正后的、值來計(jì)算，由此得出的承載力系數(shù)、、列入表3-3中供查用。其中，。則修改后的太沙基公式為

實(shí)際工程中，用極限荷載除以安全系數(shù)K后，可以作為地基承載力特征值應(yīng)用。對(duì)于太沙基極限承載力公式，安全系數(shù)K取3。

【

例4-4

】某條形基礎(chǔ)，寬度b=2m，埋置深度d=1.0m。地基土為粉質(zhì)黏土，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為：=18.5kN/m3，黏聚力c=10kPa，內(nèi)摩擦角=20°，試按太沙基公式計(jì)算地基的極限荷載與地基承載力特征值。

【解答】（1）由=20°查表（3-3）得、、，代入式（3-21）得

=406.4kPa

（2）若取安全系數(shù)K=3時(shí)，得地基承載力特征值為

4.3.3按載荷試驗(yàn)確定地基承載力

地基載荷試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)天然土層上，通過一定面積的載荷板向地基施加豎向荷載，測(cè)定壓力與地基變形關(guān)系，從而確定地基的承載力和變形特性。

載荷試驗(yàn)裝置的載荷板面積一般采用0.25m2或0.5m2。試驗(yàn)標(biāo)高處的試坑寬度不應(yīng)小于載荷板直徑（或相當(dāng)直徑）的3倍。試坑的深度一般與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深相同。

對(duì)地基進(jìn)行載荷試驗(yàn)，整理試驗(yàn)記錄可以得到圖3-19所示的荷載p與沉降s的關(guān)系曲線，由此來確定地基承載力特征值。對(duì)于密實(shí)砂土、硬塑黏土等低壓縮性土，其p—s曲線通常有比較明顯的起始直線段和極限值，曲線呈“陡降型”，如圖3-19a，《地基規(guī)范》規(guī)定，取圖中比例荷載對(duì)應(yīng)的荷載p1作為承載力特征值。當(dāng)極限荷載小于2p1時(shí)，取極限荷載值的一半作為承載力特征值。

對(duì)于有一定強(qiáng)度的中、高壓縮性土，如松砂、填土、可塑黏土等，其p－s曲線無(wú)明顯轉(zhuǎn)折，但曲線的斜率隨荷載的增大而逐漸增大，最后穩(wěn)定在某個(gè)最大值，即呈漸進(jìn)破壞的“緩變型”，如圖3-19b，當(dāng)加載板面積為0.25~0.50m2，可取s／b＝0.01~0.015所對(duì)應(yīng)的荷載，但其值不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)數(shù)不應(yīng)少于三點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差（即最大值減去最小值）不超過平均值的30%時(shí)，取此平均值作為地基承載力特征值。當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí)，從載荷試驗(yàn)確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式進(jìn)行寬度和深度修正修正后的地基承載力特征值

載荷試驗(yàn)確定的地基承載力特征值

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表3-4得到

謝謝！第5章

工程地質(zhì)勘察

主要內(nèi)容5.1巖土工程勘察階段劃分及技術(shù)要點(diǎn)5.2地基勘察方法及原位測(cè)試

5.3工程地質(zhì)勘察報(bào)告5.4驗(yàn)槽

教學(xué)目標(biāo)

知道巖土勘察階段的劃分及勘察技術(shù)要點(diǎn)，能正確閱讀使用工程地質(zhì)勘察報(bào)告，知道驗(yàn)槽的技術(shù)要點(diǎn)和方法。重點(diǎn)巖土工程勘察階段劃分及技術(shù)要點(diǎn)工程地質(zhì)勘察報(bào)告難點(diǎn)地基勘察方法及原位測(cè)試

巖土地基的工程特性將直接影響建筑物的安全。在工程設(shè)計(jì)之前，必須先了解建設(shè)場(chǎng)地的自然環(huán)境及工程地質(zhì)條件，通過各種勘察手段和測(cè)試方法，對(duì)擬建場(chǎng)地進(jìn)行巖土工程勘察，為設(shè)計(jì)提供詳實(shí)、可靠的工程地質(zhì)資料，嚴(yán)格貫徹先勘察，后設(shè)計(jì)，再施工的建設(shè)程序。本章主要介紹巖土工程勘察的目的，勘察階段的劃分及技術(shù)要點(diǎn)，勘察及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法，勘察報(bào)告的閱讀和驗(yàn)槽等內(nèi)容。5.1巖土工程勘察階段劃分及技術(shù)要點(diǎn)5.1.1巖土工程勘察的目的及內(nèi)容

工程勘察的目的在于以各種勘察手段和方法，調(diào)查研究和分析評(píng)價(jià)建筑場(chǎng)地和地基的工程地質(zhì)條件，為設(shè)計(jì)和施工提供所需的工程地質(zhì)資料。工程勘察的主要內(nèi)容

1）查明建設(shè)場(chǎng)地與地基的穩(wěn)定性問題。主要查明場(chǎng)地與斷裂構(gòu)造的位置關(guān)系，斷裂地質(zhì)構(gòu)造的活動(dòng)性以及規(guī)模，地震的基本烈度，砂土液化的可能性，場(chǎng)地有無(wú)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象以及其危害程度。

2）查明場(chǎng)地的地層類別、成分、厚度和坡度變化。

3）查明場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件。重點(diǎn)查明地下水的類型、補(bǔ)給來源、排泄條件、埋藏深度及污染程度等。

4）查明地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。

5）確定地基承載力，預(yù)估基礎(chǔ)沉降。

6）提出地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的建議。5.1.2巖土工程勘察階段及技術(shù)要點(diǎn)巖土工程勘察階段選址勘察(可行性研究勘察)

初步勘察(初勘)

詳細(xì)勘察(詳勘)

施工勘察

選址勘察(可行性研究勘察)

選址勘察的目的在于通過踏勘了解現(xiàn)場(chǎng)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土工程特性、地下水情況以及不良地質(zhì)現(xiàn)象，是否存在影響建筑物基礎(chǔ)的地下設(shè)施及采空區(qū)等，同時(shí)了解場(chǎng)地位置，當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)及人文、交通等狀況。選址勘察時(shí)應(yīng)盡量避開對(duì)工程建設(shè)不利的地段及區(qū)域。初步勘察(初勘)

其目的在于通過勘察，判定場(chǎng)地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。根據(jù)初步設(shè)計(jì)或擴(kuò)初設(shè)計(jì)提供的方案，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行全面的普查。通過普查，查明擬建場(chǎng)地的以下情況：

1）地層及地質(zhì)構(gòu)造。

2）巖石和土的物理力學(xué)性質(zhì)。

3）地下水埋藏條件。

4）土的凍結(jié)深度。

5）不良地質(zhì)現(xiàn)象及地震效應(yīng)。詳細(xì)勘察(詳勘)

詳勘是在初步勘察基礎(chǔ)上，配合施工圖設(shè)計(jì)的要求，對(duì)建筑地基所作的巖土工程勘察。詳勘階段的主要任務(wù)是：

1）查明建筑物基礎(chǔ)范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)，巖土的物理力學(xué)性質(zhì)。

2）對(duì)地基的穩(wěn)定性和承載力作出評(píng)價(jià)。

3）選擇地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

4）提供不良地質(zhì)現(xiàn)象防治措施及地基處理方案。

5）查明有關(guān)地下水的埋藏條件和侵蝕性。施工勘察

配合施工過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題進(jìn)行的勘察工作。

5.2地基勘察方法及原位測(cè)試5.2.1勘察點(diǎn)的布置地基復(fù)雜程度等級(jí)勘探點(diǎn)間距復(fù)雜10～15中等復(fù)雜15～30簡(jiǎn)單30～501．勘探點(diǎn)的間距

詳勘階段勘探點(diǎn)的間距應(yīng)滿足表5.1的要求。

表5-1詳細(xì)勘察勘探點(diǎn)的間距（單位：m）

詳勘階段勘察點(diǎn)的布置，應(yīng)符合下列規(guī)定:1）勘探點(diǎn)宜按建筑場(chǎng)地周邊線和角點(diǎn)布置。

2）同一建筑范圍內(nèi)的主要受力層或受影響的下臥層起伏較大時(shí)，應(yīng)加密察探點(diǎn)，查明其變化。

3）重大設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)單獨(dú)布置勘探點(diǎn)，重大的動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)和高聳構(gòu)筑物，勘探點(diǎn)不宜少于3個(gè)。

4）單棟高層建筑勘探點(diǎn)的布置，應(yīng)滿足對(duì)地基均勻性的要求，且不應(yīng)少于4個(gè)。

5）在復(fù)雜地質(zhì)條件及特殊性土建筑場(chǎng)地，宜布置適量探井。2．勘探點(diǎn)的深度

詳細(xì)勘察的勘探孔深度自基礎(chǔ)底面算起，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）勘探孔深度應(yīng)能控制地基主要受力層，當(dāng)基礎(chǔ)底面寬度不大于5m時(shí)，勘探孔的深度對(duì)條形基礎(chǔ)不應(yīng)小于基礎(chǔ)底面寬度的3倍，對(duì)單獨(dú)柱基不應(yīng)小于1.5倍，且不應(yīng)小于5m。

2）對(duì)高層建筑和需作變形計(jì)算的地基，控制性勘探孔深度應(yīng)超過地基變形計(jì)算深度；高層建筑的一般性勘探孔應(yīng)達(dá)到基底下0.5~1.0倍的基礎(chǔ)寬度，并深入穩(wěn)定分布的地層。

3）對(duì)僅有地下室的建筑或高層建筑的裙房，當(dāng)不能滿足抗浮設(shè)計(jì)的要求，需設(shè)置抗浮或錨桿時(shí)，勘探孔深度應(yīng)滿足抗拔承載力評(píng)價(jià)的要求。

4）當(dāng)有大面積地面堆載或軟弱下臥層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加深控制性勘探孔的深度。

5）大型設(shè)備基礎(chǔ)勘探孔深度不宜小于基礎(chǔ)底面寬度的2倍。

6）當(dāng)需進(jìn)行地基處理和采用樁基時(shí)，勘探孔的深度應(yīng)滿足相應(yīng)規(guī)范的要求。

7）在上述規(guī)定深度內(nèi)當(dāng)遇基巖或厚層碎石土等穩(wěn)定地層時(shí),勘探孔深度應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整。5.2.2地基勘察方法地基勘察方法鉆探

井探或槽探

回轉(zhuǎn)式

沖擊式

振動(dòng)式

沖擊—回轉(zhuǎn)式

每種鉆進(jìn)方法各有獨(dú)自特點(diǎn)，分別適用于不同的地層。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》的規(guī)定，鉆進(jìn)方法可根據(jù)地層類別及勘察要求進(jìn)行選擇

當(dāng)用鉆探方法難以查明地下情況時(shí)，可采用探井、探槽（見圖5-1）進(jìn)行勘探，直接觀察地基土層情況，并從探井(槽)中取原狀土樣進(jìn)行試驗(yàn)分析。

圖5-1探坑示意圖a)探坑b）在探坑中取原狀土c）原狀土樣5.2.3地基原位測(cè)試

原位測(cè)試是在巖土原來所處的位置上，基本保持其天然結(jié)構(gòu)、天然含水量及天然應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的測(cè)試技術(shù)。常用的原位測(cè)試方法

靜荷載試驗(yàn)

動(dòng)力觸探試驗(yàn)

靜力觸探試驗(yàn)

十字板剪切試驗(yàn)旁壓試驗(yàn)

靜荷載試驗(yàn)

圖5-2靜載荷試驗(yàn)圖5-3靜載荷試驗(yàn)成果曲線a)s-t曲線b）p-s曲線

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可繪制如圖5-3a所示的荷載沉降量s與時(shí)間t關(guān)系的曲線和圖5-3b所示的壓力p與穩(wěn)定沉降量s的關(guān)系曲線。

在p—s曲線中，A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷載稱為比例界限荷載pcr；B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷載為極限荷載pu。利用p—s曲線的特征點(diǎn)，可以確定臨塑荷載與極限荷載，以提供地基承載力標(biāo)準(zhǔn)。直線變形階段局部剪切階段破壞階段靜力觸探試驗(yàn)

靜力觸探試驗(yàn)是通過靜壓力將一個(gè)內(nèi)部裝有傳感器的觸探頭