《土质学与土力学》 安徽理工大学资源与环境工程系.

Presentation on theme: "《土质学与土力学》 安徽理工大学资源与环境工程系."— Presentation transcript:

1 《土质学与土力学》 安徽理工大学资源与环境工程系

2 第十章 地基承载力 ▲ 概述 ▲ 地基的变形和失稳 ▲ 原位试验确定地基承载力 ▲ 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力
▲ 确定地基极限承载力的理论公式 ▲ 按规范确定地基的容许承载力 ▲ 影响地基承载力的因素

3 概述 几 个 名 词 在设计建筑物基础时，必须满足下列条件： 地基： 强度——承载力——容许承载力 变形——变形量（沉降量）——容许沉降量
地基： 强度——承载力——容许承载力 变形——变形量（沉降量）——容许沉降量 1、地基承载力：指地基土单位面积上所能随荷载的能力。 地基承载力问题属于地基的强度和稳定问题。 2、容许承载力：指同时兼顾地基强度、稳定性和变形要求 这两个条件时的承载力。它是一个变量，是和建筑物允许 变形值密切联系在一起。 3、地基承载力标准值：是根据野外鉴别结果确定的承载力值。 包括：标贯试验、静力触探、旁压及其它原位测试得到的值。 4、地基承载力基本值：是根据室内物理、力学指标平均值， 查表确定的承载力值，包括载荷试验得到的值）。 5、极限承载力：指地基即将丧失稳定性时的承载力。 几 个 名 词

4 概述 地 基 承 载 力 确 定 的 途 径 1．根据原位试验确定：载荷试验、标准贯入、静 力触探等。每种试验都有一定的适用条件。
2．根据地基承载力的理论公式确定。 3．根据《建筑地基基础设计规范》确定。 根据大量测试资料和建筑经验，通过统计分析， 总结出各种类型的土在某种条件下的容许承载力， 查表。 一般：一级建筑物：载荷试验，理论公式及原位测 试确定f； 二级建筑物：规范查出，原位测试；尚应结合理 论公式； 三级建筑物：邻近建筑经验。 地 基 承 载 力 确 定 的 途 径

5 概述 确 定 地 基 承 载 力 应 考 虑 的 因 素 1．基础形状的影响：在用极限荷载理论公式计算地基承载力
时是按条形基础考虑的，对于非条形基础应考虑形状不同地 基承载的影响。 2．荷载倾斜与偏心的影响：在用理论公式计算地基承载力时， 均是按中心受荷考虑的，但荷载的倾斜荷偏心对地基承载力是 有影响的。 3．覆盖层抗剪强度的影响：基底以上覆盖层抗剪强度越高， 地基承载力显然越高，因而基坑开挖的大小和施工回填质量的 好坏对地基承载力有影响。 4．地下水的影响：地下水水位上升会降低土的承载力。 5．下卧层的影响：确定地基持力层的承载力设计值，应对下 卧层的影响作具体的分析和验算。 6．此外还有基底倾斜和地面倾斜的影响：地基土压缩性和试 验底板与实际基础尺寸比例的影响。相邻基础的影响，加荷速 率的影响和地基与上部结构共同作用的影响等。

6 地基的变形和失稳 s p pcr pu a b c pcr＜p＜pu p≥pu p＜pcr 地基变形的三个阶段 a.线性变形阶段
s p pcr pu oa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中τ＜τf,地基处于弹性平衡状态 a b b.弹塑性变形阶段 c ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区 c.破坏阶段 bc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化 塑性变形区 pcr＜p＜pu p≥pu p＜pcr 连续滑动面

7 地基的变形和失稳 地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力称为临塑荷载pcr
地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力称为极限荷载pu 地基的破坏形式 1.整体剪切破坏 a. p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段 b. 地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面 c. 荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起

8 地基的变形和失稳 地基的破坏形式 2.局部剪切破坏 a. p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段
b. 塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内 c. 荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起 3. 冲剪破坏 a. p-s曲线没有明显的转折点 b.地基不出现明显连续滑动面 c. 荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷

9 地基的变形和失稳 某谷仓的地基整体破坏

10 地基的变形和失稳 1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆

11 地基的变形和失稳 在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏

12 1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化
地基的变形和失稳 1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化 1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化

13 地基的变形和失稳 地基液化引起的建筑物破坏

14 地基的变形和失稳 墨西哥的沉降问题是世界著名的 某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降达2.2米，存在明显的沉降差。

15 地基的变形和失稳 比萨斜塔-不均匀沉降的典型 始建于1173年，60米高。1271年建成
平均沉降2米，最大沉降4米。倾斜5.5，顶部偏心2.1米

16 地基的变形和失稳 日本1995年1月17日阪神大地震 大阪 Nishinomiya 桥的桥墩破坏. 6个桥墩中至少2个严重破坏，其可能的原因是岸边桥墩的大变形导致第一组桥墩过载。

17 原位试验确定地基承载力 p s pu 一、载荷试验法 p-s曲线确定地基承载力特征值: 平衡架
千斤顶 1. p-s曲线有明确的比例界限时，取比例界限所对应的荷载值 拉锚 2.极限荷载能确定，且值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半 荷载板 p s pu 3.不能按上述两点确定时，取s/b=0.01～0.015对应荷载值；但值不应大于最大加载量的一半 由拐点得地基极限承载力pu，除以安全系数Fs得容许承载力[p]

18 原位试验确定地基承载力 钻杆 探头 F Qf Qc 方法介绍：
二、静力触探试验法 方法介绍： 用静压力将装有探头的触探器压入土中，通过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接反映了土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验所得到的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变形模量及压缩模量建立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量 钻杆 探头 Qf Qc 比贯入阻力：探头单位截面积的阻力 探头阻力Q可分为两个部分 1.锥头阻力Qc 2.侧壁摩阻力Qf

19 原位试验确定地基承载力 Kpa Kpa 国内建议公式： 二、静力触探试验法 梅耶霍夫公式： 式中Ps：贯入阻力（kPa） B：基础宽度
D：埋置深度 国内建议公式： Kpa Kpa 式中： f ——承载力设计值， fk——标准值 ， r1——天然容重， r0——为基底 以上土的加权平均容重，地下水以下取浮容重； ηB ，ηD——相应于基础宽度和埋置深度的承载力修正系数，查表。

20 原位试验确定地基承载力 三、标准贯入试验法 方法介绍：
试验时，先行钻孔，再把上端接有钻杆的标准贯入器放至孔底，然后用质量为63.5kg的锤，以76cm的高度自由下落将贯入器先击入土中15cm，然后测继续打30cm的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数 建立标准贯入击数与地基承载力之间的对应关系，可以得到相应标准贯入击数下的地基承载力

21 原位试验确定地基承载力 Ph puh pcr poh V0 V0V 四、旁压试验 水箱 量测
钻孔内进行横向载荷试验,用以测定较深处土层的变形模量和承载力 V0 V0V Ph puh pcr poh

22 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力 b d q= d p z β0 z M △σ1 △σ3 一、塑性区的发展范围
根据弹性理论，地基中任意点由条形均布压力所引起的附加大、小主应力 b d q= d p z β0 z M 假定在极限平衡区土的静止侧压力系数K0=1，M点土的自重应力所引起的大小主应力均为 (d＋z) △σ1 △σ3 M点达到极限平衡状态，大、小主应力满足极限平衡条件

23 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力 一、塑性区的发展范围 塑性区边界方程 塑性区最大深度zmax

24 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力 二、临塑荷载pcr和界限荷载 当zmax＝0，地基所能承受的基底附加压力为临塑荷载 中心荷载 偏心荷载
塑性区开展深度在某一范围内所对应的荷载为界限荷载 中心荷载 偏心荷载

25 确定地基极限承载力的理论公式 一、普朗特尔极限承载力理论 普朗特尔公式是求解宽度为B的条形基础，置于地基表
面，在中心荷载P作用下的极限荷载Pu值。 普朗特尔的基本假设及结果，归纳为如下几点： （1）地基土是均匀，各向同性的无重量介质，即认为土 的r=0，而只具有C，φ的材料。 （2）基础底面光滑，即基础底面与土之间无摩擦力存在， 所以基底的压应力垂直于地面。 （3）当地基处于极限平衡状态时，将出现连续的滑动面， 其滑动区域将由朗肯主动区I，径向剪切区II或过渡区和 朗肯被动区III所组成。

26 Ⅰ区：主动朗肯区， 1竖直向，破裂面与水平面成45o＋ / 2
确定地基极限承载力的理论公式 一、普朗特尔极限承载力理论 P Ⅰ区：主动朗肯区， 1竖直向，破裂面与水平面成45o＋ / 2 45o＋ / 2 b c c d d 45o－ / 2 Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅱ区：普朗特尔区，边界是对数螺线 将无限长，底面光滑的荷载板至于无质量的土(＝0)的表面上，荷载板下土体处于塑性平衡状态时，塑性区分成五个区 Ⅲ区：被动朗肯区， 1水平向，破裂面与水平面成45o－ / 2

27 Ⅲ区：被动朗肯区， 1水平向，破裂面与水平面成45o－ / 2
确定地基极限承载力的理论公式 普朗特尔理论的极限承载力理论解 承载力系数 式中： 当基础有埋深d 时 式中： 二、太沙基极限承载力理论 P a a b c c d d Ⅰ Ⅱ Ⅲ 45o＋ / 2 45o－ / 2 底面粗糙，基底与土之间有较大的摩擦力，能阻止基底土发生剪切位移，基底以下土不会发生破坏，处于弹性平衡状态 Ⅰ区：弹性压密区(弹性核) Ⅱ区：普朗特尔区，边界是对数螺线 Ⅲ区：被动朗肯区， 1水平向，破裂面与水平面成45o－ / 2

28 Nr、Nq、Nc均为承载力系数，均与有关，太沙基给出关系曲线，可以根据相关曲线得到
确定地基极限承载力的理论公式 太沙基理论的极限承载力理论解 Nr、Nq、Nc均为承载力系数，均与有关，太沙基给出关系曲线，可以根据相关曲线得到 上式适用于条形基础整体剪切破坏情况，对于局部剪切破坏，将c和tan均降低1/3 局部剪切破坏时地基极限承载力 Nr 、Nq 、Nc为局部剪切破坏时承载力系数，也可以根据相关曲线得到 对于方形和圆形基础，太沙基提出采用经验系数修正后的公式 方形基础 圆形基础

29 确定地基极限承载力的理论公式 Sr、Sq、Sc ——基础的形状系数 ir、iq、ic ——荷载倾斜系数 dr、dq、dc ——深度修正系数
三、汉森极限承载力理论 对于均质地基、基础底面完全光滑，受中心倾斜荷载作用 汉森公式 式中： Sr、Sq、Sc ——基础的形状系数 ir、iq、ic ——荷载倾斜系数 dr、dq、dc ——深度修正系数 gr、gq、gc ——地面倾斜系数 br、bq、bc ——基底倾斜系数 Nr、Nq、Nc ——承载力系数 说明：相关系数均可以有相关公式进行计算

30 确定地基极限承载力的理论公式 [P]＝Pu/Fs Fs:2-3 地基的容许承载力 将上述各公式算出的极限承载力Pu，除以安
在设计时，基底压力P 应满足P≤[P]的要求。

31 《按规范确定地基的容许承载力》 自学

32 影响地基承载力的因素 1、若地下水位在理论滑动面以下，则土的容重一律采用湿容重。 2、若地下水位从理论滑动以下上升到地面或地面以上，则土的
一、土的容重和地下水位 1、若地下水位在理论滑动面以下，则土的容重一律采用湿容重。 2、若地下水位从理论滑动以下上升到地面或地面以上，则土的 容重由原来的天然湿容重降为浮容重，此时地基的承载力也将相 应的降低。 对于c＝0的无粘性土，这种降低更明显，地基的承载力与土的 容重成正比的减少。 3、若地下水位上升至与基底齐平处，则要将公式中的第一项容重 用浮容重计算即可，此时地基的承载力为：

33 影响地基承载力的因素 4、若地下水位在滑动面与基础底面之间，一般可以近似假 定滑动面的最大深度等于基础宽度B，此时，基底以下土的
一、土的容重和地下水位 4、若地下水位在滑动面与基础底面之间，一般可以近似假 定滑动面的最大深度等于基础宽度B，此时，基底以下土的 容重可采用平均值并按下式计算： 式中：d——地下水位至基底的距离 ——水位以上土的天然湿容重 则承载力公式可表示为： 5、若地下水位在基底与地面之间，则按下式计算： 式中:d1 为地下水位至地面的距离。

34 影响地基承载力的因素 二、基础的宽度 地基的承载力还与基础的尺寸和形状有关。由承载力的 公式可知。基础的宽度B越大，承载力越高。
但当基础的宽度达到某一数值以后，承载力不再随着宽 度的增加而增加。 规范中规定，当B>6m时，采用B＝6m进行宽度修正的限制 也含有此意。 另外，对二粘性地基，由于B增大，虽然基底压力可减小， 但应力影响深度增加，有可能使基础的沉降加大。

35 影响地基承载力的因素 三、基础的埋置深度 增加D同样可以提高地基的承载力。 由于D增加，基底尽压力将减小，相应的可以减少 基础的沉降。
均有明显效果，常被采用，但基础埋深太深，基础 开挖也愈困难。