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1、法学土力学-第六章天然地基承载力黑白1Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望u 第一节第一节 概述概述u 第二节第二节 地基的临塑压力地基的临塑压力u 第三节第三节 浅基础地基极限承载力的理论解浅基础地基极限承载力的理论解u 第四节第四节 按规范方法确定地基承载力按规范方法确定地基承载力u 第五节第五节 原位测试方法确定地基承载力原位测试方法确定地基承载力u 第六节第六节 地基承载力的极限分析法（自学）地基承载力的极限分析法（自学）主主 要要 内内 容容 本章提要本章提要
2、天然地基是如何破坏的？天然地基是如何破坏的？ 如何确定地基的临塑压力？如何确定地基的临塑压力？ 如何计算地基承载力？如何计算地基承载力？ 学习难点学习难点 地基临塑压力的确定地基临塑压力的确定 浅基础极限承载力的理论解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规范中地基承载力的确定方法p 一、概述一、概述 p 二、地基的典型破坏形态二、地基的典型破坏形态p 三、地基的临塑压力及其计算三、地基的临塑压力及其计算p 四、原位测试法确定地基承载力四、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天然地基的破坏及临塑压力的计算一、概一、概 述述p 天然地基和人工地基天然地基和人工地基
3、 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）的地基。经过人工处理（以提高承载力，降低沉降等）的地基。地基地基地基地基：指位于建筑物下方的承受建筑物荷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载并维持其稳定的岩土体。 天然地基：天然地基：指未经过人工处理（以提高承载力，降低指未经过人工处理（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。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，通常又称为善土的动力特性，通常又称为地基
4、处理。地基处理。地基处理的方法很多，主要有：地基处理的方法很多，主要有：换填、预压、桩土复合地基、强夯、换填、预压、桩土复合地基、强夯、灌浆以及加筋补强等等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p 地基承载力地基承载力bearing capacity(power) of soil 地基承受建筑物基础传来荷载的能力。地基承受建筑物基础传来荷载的能力。p 地基的特点地基的特点（1）上部结构基础地基系统中的重要组成部分。）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，出现问题难以补救。）地基土性质复杂，基础为隐蔽工程，出现问题难以补救。p 地基极
5、限承载力和容许承载力地基极限承载力和容许承载力 地基极限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。是地基破坏前所能承受的最大基底压力。 地基容许承载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，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。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 p 建筑物地基设计的基本要求建筑物地基设计的基本要求（1）不破坏）不破坏（2）不产生过大变形（沉降）不产生过大变形（沉降）（3）稳定性）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。地基必须具有足够的强度，即
6、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。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。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。和稳定性三个方面的验算。1)1)竖直荷载下地基破坏的形式竖直荷载下地基破坏的形式v 整体剪切破坏整体剪切破坏 密实砂土，坚硬粘土，饱和粘土密
7、实砂土，坚硬粘土，饱和粘土v 局部剪切破坏局部剪切破坏 一般粘性土或砂土一般粘性土或砂土v 冲剪破坏冲剪破坏 松砂或松散结构土层松砂或松散结构土层2)2)竖直和水平荷载（斜向荷载）下地基破坏形式竖直和水平荷载（斜向荷载）下地基破坏形式v 表面滑动表面滑动 水平力大水平力大v 深层滑动深层滑动 竖直荷载大竖直荷载大二、地基的典型破坏形态二、地基的典型破坏形态1 1、竖直荷载作用下，地基的典型破坏形态、竖直荷载作用下，地基的典型破坏形态1） 整体剪切破坏整体剪切破坏 general shear密实砂土或硬粘土密实砂土或硬粘土pS临塑荷载临塑荷载极限荷载极限荷载剪切破坏面与地面连通，形成圆弧滑面，地
8、基土从侧面挤出。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、曲线是地基土变形、破坏的宏观反映。破坏的宏观反映。1）整体剪切破坏）整体剪切破坏 general shearpS临塑荷载临塑荷载极限荷载极限荷载pS 曲线是地基土变形、曲线是地基土变形、破坏的宏观反映。破坏的宏观反映。a.a. p-s p-s曲线上有两个明显的转折点，曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段。可区分地基变形的三个阶段。b.b. 地基内产生塑性变形区，随着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荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面。的滑动面。c.c. 荷载达到极限
9、荷载后，基础急荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起。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年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆水泥仓地基水泥仓地基整体破坏整体破坏蓝粘土蓝粘土石头和粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向地基土可能的滑动方向岩石办公楼办公楼外墙外墙黄粘土黄粘土2）局部剪切破坏）局部剪切破坏 local shear中密砂土或一般粘性土中密砂土或一般粘性土或基础埋深较大时。或基础埋深较大
10、时。破坏面未延伸到地表，地表微微隆起。pS梯度基本保持不变a.a. p-s p-s曲线转折点不明显，没曲线转折点不明显，没有明显的直线段有明显的直线段b.b. 塑性变形区不延伸到地面，限塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内制在地基内部某一区域内c.c. 荷载达到极限荷载后，荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起基础两侧地面微微隆起3）冲切）冲切(剪剪)破坏破坏 punch shearpS松软土松软土 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。基础下沉量大但地基表面无隆起。b.b.地基不出现
11、明显连续滑动面地基不出现明显连续滑动面 c.c.荷载达到极限荷载后，基础荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷两侧地面不隆起，而是下陷a. p-s曲线没有明显的转折点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、倾斜荷载作用下地基的破坏类型深层滑动深层滑动浅层滑动浅层滑动1) 1) 理论公式计算法理论公式计算法v 按塑性区开展范围确定地基容许承载力按塑性区开展范围确定地基容许承载力v 按理论公式求出地基极限承载力再除以安全系数的方法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) 2) 现场原位测试确定地基容许承载力的方法现场原位测试确定地基
12、容许承载力的方法3 3）按相关规范中的经验公式确定地基容许承载力）按相关规范中的经验公式确定地基容许承载力4) 4) 有限元等工程软件计算法有限元等工程软件计算法5 5）工程类比法）工程类比法3、确定地基容许承载力的方法、确定地基容许承载力的方法1、地基变形的三个阶段、地基变形的三个阶段 0 0sppapkabca.a.线性变形阶段线性变形阶段oaoa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中沉降关系接近于直线，土中f f, ,地基处于地基处于弹性平衡状态。弹性平衡状态。b.b.弹塑性变形阶段弹塑性变形阶段abab段，荷载增加，荷载与沉降关
13、系呈曲线，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，出现塑性变形区地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区c.c.破坏阶段破坏阶段bcbc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化荷载增加，沉降急剧变化三、地基的临塑压力及其计算三、地基的临塑压力及其计算2 2、塑性区的发展过程、塑性区的发展过程p pa a 临塑荷载临塑荷载临塑压力临塑压力p pa a: : 基底边缘处基底边缘处时的荷载时的荷载塑性区发展深度为零塑性区发展深度为零局部塑性区荷载局部塑性区荷载p p: : 地基有塑性区地基有塑性区p pa a p p p pk k时
14、的荷载时的荷载塑性区发展深度为塑性区发展深度为z z极限荷载极限荷载p pk k: : 地基塑性区连通地基塑性区连通时的荷载时的荷载塑性区发展深度为最大塑性区发展深度为最大p pk k 极限荷载极限荷载bH 临塑压力：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。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。假 设静水压3 3、临塑压力的计算、临塑压力的计算塑性破坏区范围确定塑性区最大深度zmaxc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。饱和
15、粘土地基问题：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最大塑性区深度为b/4或或b/3时所对应的时所对应的 基底压力基底压力p作为作为地基的容许承载力。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。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关于临塑压力的讨论1、临塑压力只与、临塑压力只与、H、c、等参数有关，而与基等参数有关，而与基础础的的宽宽度度b b无关。无关。2 2、用、用临临塑塑压压力作力作为为地基的容地基的容许许承承载载力是偏于保守的，有力是偏于保守的，有人建人建议议将用塑性区最大深度达到基将用塑性区最大深度达
16、到基础宽础宽度的度的1/41/41/31/3时时的基底的基底压压力作力作为为容容许许承承载载力。力。3 3、确定塑性区最大深度的公式是建立在、确定塑性区最大深度的公式是建立在弹弹性理性理论论的基的基础础上的，用来分析塑性上的，用来分析塑性变变形形问题问题就出就出现现了理了理论论上的矛盾。上的矛盾。但是，当但是，当ZmaxZmax0 0时时，这这个矛盾就消失了。个矛盾就消失了。p 1 1、平板载荷试验、平板载荷试验四、原位测试法确定地基承载力四、原位测试法确定地基承载力p 2 2、静力触探、静力触探p 3 3、动力触探、动力触探p 4 4、旁压试验、旁压试验1 1、平板载荷试验法、平板载荷试验法
17、 千斤顶千斤顶荷载板荷载板平衡架平衡架拉锚拉锚堆载堆载平台平台百分表百分表千斤顶千斤顶承压板承压板支墩支墩压重法加载装置压重法加载装置锚桩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，记录荷载压力，这样加载直至地基发生破坏，记录荷载压力P和压板的沉降量和压板的沉降量S，绘制成，绘制成P-S曲线。利用曲线。利用PS曲线求解地基的承载力。曲线求解地基的承载力。1 1、平板载荷试验法、平板载荷试验法 2. 2. 当当p-s曲线没有明确的拐点，测曲线没有明确的拐点，测试时
18、间短，试时间短， p-s曲线较短时，可取曲线较短时，可取直线段与曲线段的比例界限所对直线段与曲线段的比例界限所对应的临塑压力应的临塑压力pa作为地基的容许承作为地基的容许承载力载力。 3.3.不能按上述两点确定时，也可不能按上述两点确定时，也可以根据规范，对高压缩性土取以根据规范，对高压缩性土取s/b=0.02所对应的压力为地基容许所对应的压力为地基容许承载力；对低压缩性土，取承载力；对低压缩性土，取 s/b=0.010.015对应荷载值。对应荷载值。pk载荷试验确定地基容许承载力载荷试验确定地基容许承载力1. 1. p-s曲线有明确三个阶段的特曲线有明确三个阶段的特征时，取破坏荷载的前一级荷
19、征时，取破坏荷载的前一级荷载作为极限承载力。载作为极限承载力。由拐点得地基极限承载力由拐点得地基极限承载力pk，除以，除以安全系数安全系数F Fs s得容许承载力得容许承载力 p 。u因为平板载荷试验中压板的尺寸要比实际基础的尺寸因为平板载荷试验中压板的尺寸要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，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用它来代替整个基础尺寸的极限承载力是偏于安全的偏于安全的。u在用载荷试验测得的地基容许承载力进行基础设计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，往往要根据时候，往往要根据基础的实
20、际尺寸和埋深对承载力值基础的实际尺寸和埋深对承载力值进行修正进行修正。1 1、平板载荷试验法、平板载荷试验法 注意：注意：2 2、静力触探试验法、静力触探试验法 探头探头QfQcF钻杆钻杆探头阻力探头阻力Q可分为可分为两个部分两个部分1.1.锥头阻力锥头阻力Qc 2.2.侧壁摩阻力侧壁摩阻力Qf 贯入阻力：贯入阻力：探头单位截面积的阻力探头单位截面积的阻力 根据根据ps来确定地基的基本承载力。来确定地基的基本承载力。 静静力力触触探探是是可可以以迅迅速速、连连续续的的反反映映土土质质变变化化，划划分分土土层层, , 承承载载力力、压压缩缩性性、不不排排水水抗抗剪剪强强度度、砂砂土土密密实实度度
21、等。等。静力触探适用于粘性土和砂类土。静力触探适用于粘性土和砂类土。电缆电缆传感器传感器传感器传感器传感器传感器单桥探头单桥探头双桥探头双桥探头静静力力触触探探的的结结果果也也需需要要按按基基础础的的实实际际尺尺寸寸和和埋埋深深进进行行修修正正，方方法法虽虽然然简简单单，快快速速，但但结结果果的的可可靠靠性性还还不不够够，需要用其他方法来验证。需要用其他方法来验证。3 3、动力触探试验法、动力触探试验法对开式探头：对开式探头： 标准贯入试标准贯入试验验SPT, 63.5 kg, 76cm距距,贯贯入深度入深度30cm的击数的击数, N63.5。轻型动力触探轻型动力触探10kg中型动力触探中型动
22、力触探28kg重型动力触探重型动力触探63.5kg穿心锤穿心锤锤垫锤垫触探杆触探杆尖锤头尖锤头锥状探头锥状探头标准贯入试验法标准贯入试验法试验时，测打入土中试验时，测打入土中30cm30cm的所需要锤击的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数。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对应关系，可以得到相应标准贯入击数下的地基承载力下的地基承载力 判定砂土的密实度或粘性土的密度，确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；还可评定砂土定地
23、基和单桩的承载力；还可评定砂土的震动液化势。的震动液化势。标准贯入试验适用于砂性土与粘性土标准贯入试验适用于砂性土与粘性土。 p影响动力触探测试成果的因素很多，主要有：有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，动力触探对垂直度等等，因此，动力触探对经验性经验性要求很强，要求很强，数据的数据的离散性高离散性高，可靠性低可靠性低，需要其他方法验证。，需要其他方法验证。4 4、旁压试验、旁压试验钻孔内进行横向载荷试验钻孔内进行横向载荷试验, ,用以测定用以测定较深处土层的变形模量和承载力。较深处土层的变形模量和承载力。思考题思考题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？小小 结结1 1、关于地基承载力的基本概念、关于地基承载力的基本概念2 2、地基破坏的三种典型形式、地基破坏的三种典型形式3 3、地基临塑压力的计算方法及意义、地基临塑压力的计算方法及意义4 4、地基容许承载力的原位测试方法、地基容许承载力的原位测试方法
