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1、第六章 天然地基承载力,第一节 概述 第二节 地基的临塑压力 第三节 浅基础地基极限承载力的理论解 第四节 按规范方法确定地基承载力 第五节 原位测试方法确定地基承载力 第六节 地基承载力的极限分析法（自学）,主 要 内 容,本章提要,天然地基是如何破坏的？ 如何确定地基的临塑压力？ 如何计算地基承载力？,学习难点,地基临塑压力的确定 浅基础极限承载力的理论解 规范中地基承载力的确定方法,一、概述 二、地基的典型破坏形态 三、地基的临塑压力及其计算 四、原位测试法确定地基承载力,天然地基的破坏及临塑压力的计算,一、概 述,天然地基和人工地基,人工地基：经过人工处理（以提高承载力，降低沉降等）的
2、地基。,地基：指位于建筑物下方的承受建筑物荷 载并维持其稳定的岩土体。,天然地基：指未经过人工处理（以提高承载力，降低 沉降等）或扰动，保持天然结构和状态的地基。,人工处理能够提高地基承载力、降低沉降、降低地基土的渗透性、改善土的动力特性，通常又称为地基处理。 地基处理的方法很多，主要有：换填、预压、桩土复合地基、强夯、灌浆以及加筋补强等等,用CFG桩法（水泥粉煤灰碎石桩）处理的地基,地基承载力bearing capacity(power) of soil,地基承受建筑物基础传来荷载的能力。,地基的特点,（1）上部结构基础地基系统中的重要组成部分。,（2）地基土性质复杂，基础为隐蔽工程，出现问
3、题难以补救。,地基极限承载力和容许承载力,地基极限承载力是地基破坏前所能承受的最大基底压力。,地基容许承载力是指地基满足强度和变形（沉降）两方面的要求，并留有一定的安全储备时所允许的最大基底压力。,p=pk /Fs =f,建筑物地基设计的基本要求,（1）不破坏,（2）不产生过大变形（沉降）,（3）稳定性,地基必须具有足够的强度，即在荷载的作用下地基不能破坏。,在荷载和其他外部因素的作用下（如冻胀、水位变动等），地基产生的变形必须小于上部结构的容许值。,地基应有足够的抵抗外部荷载和不利自然条件影响（滑坡、地震等）的稳定能力。,因此，在地基设计中要对地基进行强度、变形 和稳定性三个方面的验算。,1
4、)竖直荷载下地基破坏的形式 整体剪切破坏 密实砂土，坚硬粘土，饱和粘土 局部剪切破坏 一般粘性土或砂土 冲剪破坏 松砂或松散结构土层 2)竖直和水平荷载（斜向荷载）下地基破坏形式 表面滑动 水平力大 深层滑动 竖直荷载大,二、地基的典型破坏形态,1、竖直荷载作用下，地基的典型破坏形态,1） 整体剪切破坏 general shear,密实砂土或硬粘土,剪切破坏面与地面连通，形成圆弧滑面，地基土从侧面挤出。,pS 曲线是地基土变形、 破坏的宏观反映。,1）整体剪切破坏 general shear,pS 曲线是地基土变形、 破坏的宏观反映。,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
5、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。,Fargo 装运谷仓,Fargo装运谷仓位于美国North Dakota州，共10个筒仓。1955年6月因地基破坏而倒塌。,1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆,水泥仓地基 整体破坏,蓝粘土,石头和粘土,地基土可能的滑动方向,岩石,办公楼外墙,黄粘土,2）局部剪切破坏 local shear,中密砂土或一般粘性土,或基础埋深较大时。,破坏面未延伸到地表，地表微微隆起。,a. p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段,b. 塑性变形
6、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）冲切(剪)破坏 punch shear,松软土,基础随荷载增大切入土中，使基底侧面土体发生剪切破坏。基础下沉量大但地基表面无隆起。,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,a. p-s曲线没有明显的转折点,在软粘土上的砂土地基的冲剪破坏,2、倾斜荷载作用下地基的破坏类型,1) 理论公式计算法 按塑性区开展范围确定地基容许承载力 按理论公式求出地基极限承载力再除以安全系数的方法 2) 现场原位测试确定地基容许承载力的方法 3）按相关规范中的经验公式确定地基容许
7、承载力 4) 有限元等工程软件计算法 5）工程类比法,3、确定地基容许承载力的方法,1、地基变形的三个阶段,a.线性变形阶段,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f,地基处于弹性平衡状态。,b.弹塑性变形阶段,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,三、地基的临塑压力及其计算,2、塑性区的发展过程,pa 临塑荷载,临塑压力pa: 基底边缘处,时的荷载,塑性区发展深度为零,局部塑性区荷载p: 地基有塑性区,pappk,时的荷载,塑性区发展深度为z,极限荷
8、载pk: 地基塑性区连通,时的荷载,塑性区发展深度为最大,pk 极限荷载,临塑压力：基底两端点处土体应力达到极限平衡并开始产生塑性变 形时的基底压力称为临塑压力。,问题：上述主应力能否直接叠加？,不能。方向不同。,静水压,3、临塑压力的计算,塑性破坏区范围,确定塑性区最大深度zmax,塑性破坏区,N,破坏区为半圆,与b无关,确定临塑荷载,即zmax=0时所对应的荷载。,问题：用临塑荷载控制地基承载力是否合适？,过于保守,临界荷载,最大塑性区深度为b/4或b/3时所对应的 基底压力p作为地基的容许承载力。,塑性区的最大发展深度达到某一界限值时的基底压力。,关于临塑压力的讨论,1、临塑压力只与、H
9、、c、等参数有关，而与基础的宽度b无关。 2、用临塑压力作为地基的容许承载力是偏于保守的，有人建议将用塑性区最大深度达到基础宽度的1/41/3时的基底压力作为容许承载力。 3、确定塑性区最大深度的公式是建立在弹性理论的基础上的，用来分析塑性变形问题就出现了理论上的矛盾。但是，当Zmax0时，这个矛盾就消失了。,1、平板载荷试验,四、原位测试法确定地基承载力,2、静力触探,3、动力触探,4、旁压试验,1、平板载荷试验法,堆载,平台,百分表,千斤顶,承压板,支墩,压重法加载装置,锚桩法加载装置,在压板上逐级施加中心荷载，每级荷载相当于压板极限荷载的1/101/15，这样加载直至地基发生破坏，记录荷
10、载压力P和压板的沉降量S，绘制成P-S曲线。利用PS曲线求解地基的承载力。,1、平板载荷试验法,2. 当p-s曲线没有明确的拐点，测试时间短， p-s曲线较短时，可取直线段与曲线段的比例界限所对应的临塑压力pa作为地基的容许承载力。,3.不能按上述两点确定时，也可以根据规范，对高压缩性土取s/b=0.02所对应的压力为地基容许承载力；对低压缩性土，取 s/b=0.010.015对应荷载值。,pk,载荷试验确定地基容许承载力,1. p-s曲线有明确三个阶段的特征时，取破坏荷载的前一级荷载作为极限承载力。,由拐点得地基极限承载力pk，除以安全系数Fs得容许承载力p。,因为平板载荷试验中压板的尺寸要
11、比实际基础的尺寸小得多，压板的尺寸越小，则测出的极限承载力越小，用它来代替整个基础尺寸的极限承载力是偏于安全的。 在用载荷试验测得的地基容许承载力进行基础设计的时候，往往要根据基础的实际尺寸和埋深对承载力值进行修正。,1、平板载荷试验法,注意：,2、静力触探试验法,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,贯入阻力：探头单位截面积的阻力,根据ps来确定地基的基本承载力。,静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化，划分土层, 承载力、压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等。 静力触探适用于粘性土和砂类土。,静力触探的结果也需要按基础的实际尺寸和埋深进行修正，方法虽然简单，快速，
12、但结果的可靠性还不够，需要用其他方法来验证。,3、动力触探试验法,对开式探头： 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距,贯入深度30cm的击数, N63.5。,轻型动力触探 10kg,中型动力触探 28kg,重型动力触探 63.5kg,标准贯入试验法,试验时，测打入土中30cm的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数。,标准贯入试验是动力触探的一种,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,判定砂土的密实度或粘性土的密度，确定地基和单桩的承载力；还可评定砂土的震动液化势。 标准贯入试验适用于砂性土与粘性土。,影响动力触探测试成果的因素很多，主要有：有效锤击能量、钻杆的刚柔度、测试方法、钻杆的垂直度等等，因此，动力触探对经验性要求很强，数据的离散性高，可靠性低，需要其他方法验证。,4、旁压试验,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。,思考题,1、地基承载力与哪些因素有关？ 2、依据塑性区发展深度确定地基承载力的方法存在哪些假定条件？ 3、依据塑性区发展深度确定地基承载力的方法是如何应用极限平衡条件的？,小 结,1、关于地基承载力的基本概念,2、地基破坏的三种典型形式,3、地基临塑压力的计算方法及意义,4、地基容许承载力的原位测试方法,
