土力学与地基基础6-1

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1、第6章地基承载力6.1 概 述n地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载 的能力，以kPa计。一般用地基承载力特征值来表 述。 n地基承载力的特征值是指由载荷试验测定的地基 土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应 的压力值 n地基承载力可分为允许承载力和极限承载力 n允许承载力是指地基土允许承受荷载的能力n极限承载力是地基土发生剪切破坏而失去整体稳 定时的基底最小压力。 概 述地基土沉降变形建筑物基础沉降和沉降差变形要求概 述荷载过大超过地基承载力地基产生滑动破坏稳定要求概 述n确定地基承载力的方法有载荷试验法、理 论计算法、规范查表法、经验估算法等 n在工程设计中为了保证地基土不发生剪

2、切 破坏而失去稳定，同时也为使建筑物不致 因基础产生过大的沉降和差异沉降，而影 响其正常使用，必须限制建筑物基础底面 的压力，使其不得超过地基的承载力设计 值 6.2 地基的破坏模式n现场载荷试验 :通过试验可 得到载荷板在各级压力p的作用下，其相应的稳定沉降量， 绘得p-s 曲线 图8-9 p-s 曲线 a-整体剪切破坏； b-局部剪切破坏； c-刺入剪切破坏地基的破坏的形式n整体剪切破坏:常发生在浅埋基础下的 密砂或硬粘土等坚实地基中 oPSPcrfuab临塑荷载极限荷载地基的破坏形式n局部剪切破坏:常发生于中等 密实砂土中 静荷载曲线没有明显的直线段，地基破坏的曲线也不呈现整体剪切破坏那

3、 样的明显的陡降。当基底压力达到一定数值即相应的极限荷载时，基础两 侧微微隆起，然而剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域，未形成 延伸至底面的连续滑动面。地基的破坏形式n刺入剪切破坏 :发生在松砂及软土中 随着荷载的增加，基础出现持续下沉，主要因为地基 土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入。地基不出现 连续滑动面，基础侧面地面不出现隆起，因而基础边 缘下的地基垂直剪切破坏地基的破坏形式n地基的破坏形式，主要与地基土的性质尤 其是与压缩性质有关，还同基础埋置深度 、加荷速度等因素有关。 n较坚硬或密实的土，具有较低的压缩性， 通常呈现整体剪切破坏n软弱粘土或松砂土地基，具有中高压缩性 ，常常呈

4、现局部剪切破坏或者刺入剪切破 坏 。地基的破坏形式n地基变形的三个阶段 n(1)压密阶段(或称直线变形阶段)p-s 曲线上的oa段， p-s 曲线接近于直线，土 中各点的剪应力均小于土的抗剪强度，土 体处于弹性平衡状态。载荷板的沉降主要 是由于土的压密变形引起的。把p-s 曲线上 相应于a点的荷载称为比例界限p cr，也称临 塑荷载。 地基的破坏形式n(2)剪切阶段 p-s 曲线上的ab段，此段曲线为非线性关系，沉降 的增长率S/p随荷载的增大而增加。地基土中 局部范围内的剪应力达到土的抗剪强度，土体发 生剪切破坏，这些区域也称塑性区。随着荷载的 继续增加，土中塑性区的范围也逐步扩大，直到 土

5、中形成连续的滑动面，由载荷板两侧挤出而破 坏。因此，剪切阶段也是地基中塑性区的发生与 发展阶段。相应于p-s 曲线上b点的荷载称为极限 荷载pu。地基的破坏形式n(3)破坏阶段p-s 曲线上的bc段。当荷载超过极限荷载后 ，载荷板急剧下沉，即使不增加荷载，沉 降也将继续发展，因此，p-s 曲线陡直下降 。在这一阶段，由于土中塑性区范围的不 断扩展，最后在土中形成连续滑动面，土 从载荷板四周挤出隆起，地基土失稳而破 坏。6.3 地基临塑荷载和临界荷载n按塑性开展深度确定地基承载力n假定条件地基为均质半无限体，将地基中的剪切破坏 区即塑性开展区限制在一定范围内。允许塑性区有一定的开展范围又保证地基

6、最 大限度的安全承担结构荷载时的基地压力 确定地基的设计承载力地基临塑荷载和临界荷载n按塑性开展深度确定地基承载力n解答思路依据弹性理论求出地基任意点自重应力和附 加应力的表达式，再应用极限平衡条件推 求塑性区边界方程，从而通过限定塑性开 展区的最大深度获得地基承载力公式。6.3 地基临塑荷载和临界荷载 n地基的临塑荷载P cr ：地基中刚开始出现塑性 变形区时相应的基底压力。n临塑荷载的计算公式 P174-(6-5)地基临塑荷载和临界荷载n式中： d基础的埋置深度，m；基底平面以上土的重度，kN/m3 ；c土的粘聚力，kPa；土的内摩擦角(度)，计算时化为弧度 ，即 乘/180;N d、Nc

7、承载力系数，可查表6-1得出 。地基的临界荷载 n临界荷载因用P cr作为地基承载力设计值偏保守而不经济，故 工程中允许塑性区发展到一定范围。一般中心受压 基础可取z max=b/4，偏心受压基础可取z max=b/3， 与此相应的地基承载力用P1/3、P1/4表示，称为临界 荷载 。地基的临界荷载 临界荷载公式(6-6)、(6-7)地基的临界荷载n式(6-6)与式(6-7)中，第一项中的为基底面 以下地基土的重度；第二项中的为基础埋 置深度范围内土的重度；如系均质土地基 则重度相同。另外，如地基中存在地下水 时，则位于水位以下的地基土取浮重度值 计算。 6.4 地基承载力的确定方法n 按极限

8、荷载确定地基承载力n极限荷载即地基达到完全剪切破坏时的最小压力 。极限荷载除以安全系数可作为地基的承载力设 计值。n极限承载力的理论推导目前只能针对整体剪切破 坏模式进行。确定极限承载力的计算公式：一类 是假定滑动面法，先假定在极限荷载作用时土中 滑动面的形状，然后根据滑动土体的静力平衡条件求解;另一类是理论解，根据塑性平衡理论导出 在已知边界条件下，滑动面的数学方程式来求解 。n公式基本形式pu=bN+Nqq+Ncc。在平面问题 中浅基础应用较多的是太沙基与汉森公式。按极限荷载确定地基承载力n太沙基公式 :太沙基利用塑性理论推导了条形浅基 础(db)，在铅直中心荷载作用下，地基极限荷载 的理

9、论公式 pu=bN+Nc c+Nq q (6-8) 式中： p u地基极限承载力，kPa；土的内摩擦角，度；c基土的粘聚力，kPa；qq=d, kPa；基土的重度，kN/m3；N、N c、N q承载力系数，可查表6-2。 按极限荷载确定地基承载力n地基承载力设计值f =Pu/Fs式中:Fs_-地基极限荷载安全系数，Fs3.0按极限荷载确定地基承载力n汉森公式汉森公式是个半经验公式，它适用于倾斜 荷载作用下，不同基础形状和埋置深度的 极限荷载的计算。由于适用范围较广，对 水利工程有实用意义，已被我国港口工程 技术规范所采用。汉森公式的普遍形式(未 列入地表面倾斜系数)为puv =0.5bNSi+

10、q Nq Sqdq iq+c Nc Sc dc ic (6- 12)按极限荷载确定地基承载力n影响极限承载力的因素从上述所讲的确定极限荷载公式(6-8)和(6-12)可知 ，影响极限承载力的因素主要有：土的重度；土 的抗剪强度指标和c；基础埋深d；基础宽度b。 、c、d、b越大，土的极限承载力也越大，但 对于饱和软土(=0)，增大基础宽度b对Pu几乎没 有影响。在这五个影响因素中，对极限承载力影 响很大的就是、c，正确采用、c值是合理确定 极限承载力的关键。按工程规范确定地基承载力n地基承载力的确定，是一个与地基土的性 质、建筑物的特点等多种因素有关的复杂 问题。本节着重介绍按建筑地基基础设

11、计规范(GB50007-2002)查表确定地基承载 力的方法。规范是根据大量建筑工程 实践经验、现场载荷试验、标准贯入试验 ，轻便触探试验和室内土工试验数据，对 相应的地基承载力进行统计、分析、制定 的。按工程规范确定地基承载力n规范承载力表是在总结科研成果和工程实践 经验的基础上制定的，利用现场勘查资料或 室内试验资料直接查表得到承载力的标准值 或承载力的基本值。n当基础宽度b3m，基础埋深d=0.5m，可按 规范各表所列的数值确定地基承载力的标 准值或基本值。如果实际工程的b、d超过上 述范围，则地基承载力需进行宽度与深度修 正，修正后为地基承载力的设计值(或称容许 承载力) 按工程规范确

12、定地基承载力n根据野外鉴别结果确定地基承载力标准值f kn岩石的硬度不同、风化程度不同，其承载力标准值亦不同n碎石和土的种类不同、密实程度不同，其承载力标准值亦 不同n根据室内物理力学指标平均值确定地基承 载力基本值f0n粉土根据孔隙比和含水率选取承载力基本值n粘土根据孔隙比和液性指数选取承载力基本值n淤泥质土根据天然含水量选取承载力基本值n红粘土根据含水比和液塑比选取承载力基本值n素填土根据压缩模量选取承载力基本值按工程规范确定地基承载力n根据室内物理力学指标平均值确定地基承载力 标准值f kn先按规定查表6-7、表6-11中的承载力基本值f0，然后再乘以回 归系数计算f k，即f k=f0

13、fn根据标准贯入试验锤击数N，轻便触探试验锤 击数N6,确定地基承载力标准值f kn现场试验锤击数应经下式修正：N(或N6 )=-1.645 (6-18)确定地基承载力设计值的方法 n地基承载力设计值的意义是指在建筑物荷 载作用下，能够保证地基不发生失稳破坏 ，同时也不产生建筑物所不容许的沉降时 的最大基底压力。n地基承载力设计值既要考虑土的强度性质 ，同时还要考虑不同建筑物对沉降的要求 。n确定地基承载力设计值的方法，一般有下 面几种：确定地基承载力设计值的方法n根据载荷试验的p-s 曲线来确定承载力的基本值 ，再经过修正确定承载力设计值 (1)当p-s 曲线上有明确的比例界限时，取该比例界

14、限所 对应的荷载值pcr作为承载力基本值；(2)当极限荷载能确定，且该值小于对应比例界限的荷载 值1.5倍时，取荷载极限值一半作为承载力基本值；不能按上述二点确定时，当承压板面积为0.25 0.50m2，对低压缩性土和砂土，可取s/b=0.010.015所 对应的荷载值；对中、高、压缩性土可取s/b=0.02所对 应的荷载值为承载力的基本值；同一土层参加统计的试验点不应少于3个点，基本值 的极差（最大值与最小值之差）不超过平均值的30， 取其平均值作为地基承载力标准值fk。再经过实际基础 的宽度、深度的修正，即可得到承载力设计值。确定地基承载力设计值的方法n根据地基承载力理论公式确定:一种是通

15、过控制地 基塑性区的发展范围确定承载力，另一种是计算 极限荷载。然后再除以安全系数的方法 n根据设计规范确定 :在建筑地基基础设计规范 (GB50007-2002)中给出了各种土类的地基承载力表 ，这些表是根据在各类土上所做的大量的载荷试 验资料，以及工程经验总结经过统计分析而得到 的。使用时可根据现场土的物理力学性质指标， 以及基础的宽度和埋置深度，按规范中的表格和 公式得到地基承载力设计值 6.5 地基承载力的特征值n建筑地基基础设计规范（GB50007 2002）规定，地基承载力的特征值是指由载 荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变 形段内规定的变形所对应的压力值，其最 大值为比例界限值。n地基承载力的特征值可由载荷试验或其它 原位测试、公式计算并结合工程实践经验 等方法综合确定。地基承载力的特征值n建筑地基基础设计规范（GB500072002）5.2.5 条规定，当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度 时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可 按下式计算，并满足变形要求：fa= Mbb+ Mdm+ Mc Ck （6-20）式中fa由土的抗剪强度指标确定的地基承载力值；Mb，Md，Mc承载力系数，按表6-1确定；b基础地面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂 土小于3m时，按3m取值；Ck 基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值