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1、高层建筑地基基础高层建筑地基基础3 天然地基承载力和沉降天然地基承载力和沉降3.1 概述概述3.2 承载力承载力3.2.1 概述概述3.2.2 浅基的破坏模式浅基的破坏模式 地基破坏主要是由于基础下持力层地基破坏主要是由于基础下持力层抗剪强度不够，土体产生剪切破坏所致，抗剪强度不够，土体产生剪切破坏所致，地基的破坏模式可分为：地基的破坏模式可分为：1.1.整体剪切破坏整体剪切破坏 （密实砂土，坚硬粘土）2.2.局部剪切破坏局部剪切破坏 （土质较软）3.3.冲剪破坏冲剪破坏 （软粘土，深埋）3.2.3 地基承载力验算内容地基承载力验算内容3.2.4 地基承载力的确定地基承载力的确定确定地基承载力
2、的方法确定地基承载力的方法（1 1）理论公式法。不做宽度深度修正）理论公式法。不做宽度深度修正（2 2）现场试验法：载荷试验、标准贯入试验、静）现场试验法：载荷试验、标准贯入试验、静力触探等。要进行修正力触探等。要进行修正（3 3）规范公式计算法，不做宽度深度修正）规范公式计算法，不做宽度深度修正（4 4）根据经验确定容许承载力，做宽度深度修正）根据经验确定容许承载力，做宽度深度修正地基承载力地基承载力地基承载力地基承载力根据规范推荐的理论公式确定承载力特征值根据规范推荐的理论公式确定承载力特征值采用建筑地基基础设计规范（GB500072002）推荐的、以浅基础地基的临界荷载为基础的理论公式，
3、计算地基承载力特征值，其计算公式为：地基承载力地基承载力3.2.5 影响地基承载力因素的讨论影响地基承载力因素的讨论3.3 沉降沉降 1. 普通分层总和法普通分层总和法 假定：假定：无侧向变形。故可用室内压缩试验得到的指标计算沉无侧向变形。故可用室内压缩试验得到的指标计算沉 降；降； 取基底中心轴线上的附加应力计算沉降。取基底中心轴线上的附加应力计算沉降。 假定假定将使沉降偏小，假定将使沉降偏小，假定则使沉降偏大。两者相互补充。则使沉降偏大。两者相互补充。 沉降计算公式如下：沉降计算公式如下： 式中式中 si第第i层土的压缩量；层土的压缩量； i第第i层土的侧限压缩应变；层土的侧限压缩应变；
4、Hi第第i层土的厚度层土的厚度; n 地基沉降计算深度（压缩层厚度）范围内所划分的土层数地基沉降计算深度（压缩层厚度）范围内所划分的土层数 根据所采用的土体压缩性指标，上式也可改写成下述几种形式。根据所采用的土体压缩性指标，上式也可改写成下述几种形式。 (1) 直接采用压缩试验直接采用压缩试验 曲线曲线: 考虑考虑 ，可改写为：，可改写为： 式式中中 e1i 根根据据第第i层层土土的的自自重重应应力力平平均均值值 （即即p1i）从从土土的的 压缩曲线上得到的相应土体孔隙比。压缩曲线上得到的相应土体孔隙比。 和和 第第i层土底面处和顶面处自重应力；层土底面处和顶面处自重应力； e2i 根根据据第
5、第i层层土土的的自自重重应应力力平平均均值值 和和附附加加应应力力平平 均均 值值 之之和和（即即p2i=p1ipi）从从压压缩缩曲曲线线上上得得 到的相应土体孔隙比。到的相应土体孔隙比。 和和 第第i层土底面和顶面处的附加应力。层土底面和顶面处的附加应力。 （2）采用压缩系数计算，可改写成：）采用压缩系数计算，可改写成： 式中式中 ai第第i层土的压缩系数；层土的压缩系数； 其他符号意义同前。其他符号意义同前。 （3） 采用压缩模量计算，可改写成：采用压缩模量计算，可改写成： 式中式中 Esi第第i层土的压缩模量；层土的压缩模量； （4）采用体积压缩系数计算，还可以改写为：）采用体积压缩系数
6、计算，还可以改写为： 式中式中 mvi第第i层土的体积压缩系数。层土的体积压缩系数。 分层总和法的计算简图分层总和法的计算简图分层总和法的计算步骤分层总和法的计算步骤： （1 1）计算基底附加压力）计算基底附加压力p0；（2 2）分层：地下水位面和各土层交界面；层厚取）分层：地下水位面和各土层交界面；层厚取0.4b（b为基底宽度）为基底宽度） 或或1 2m；（3）计算自重应力计算自重应力 （基底、各分层处）；（基底、各分层处）；（4 4）计算附加应力）计算附加应力 （基底中心线与各分层交界点处）；（基底中心线与各分层交界点处）；（5 5）计算）计算 和和 ；（6 6）由）由 和和 值在值在e
7、e p p曲线上查对应的孔隙比；曲线上查对应的孔隙比；（7 7）确定地基沉降计算深度（即地基压缩层厚度）：确定地基沉降计算深度（即地基压缩层厚度）：一直往下算，直至一直往下算，直至 （如其下有高压缩性土，须算至（如其下有高压缩性土，须算至 ）；）；（8 8） 计算各分层沉降：计算各分层沉降： ；（9） 计算总沉降：计算总沉降： 第第i层土体压缩量为：层土体压缩量为： 式中式中 p0 对应于荷载效应永久组合时的基底附加压力（对应于荷载效应永久组合时的基底附加压力（kPa); Esi 基基础础底底面面下下第第i层层土土的的压压缩缩模模量量（MPa），应应取取土土的的自自重重 应力至土的自重应力与附
8、加应力之和的应力段计算；应力至土的自重应力与附加应力之和的应力段计算； zi，zi-1 分别为基础底面至第分别为基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面的距离。层土底面的距离。 ， 分分别别为为基基础础底底面面至至第第i层层土土、第第i- 1层层土土底底面面范范围围内内平平均均 附加应力系数，可查表。附加应力系数，可查表。 为为了了提提高高计计算算精精确确度度，规规范范法法规规定定地地基基总总沉沉降降按按上上式式采采用用分分层层总总和和法法得得到到各各层层土土体体压压缩缩量之和后尚需乘以一沉降计算经验系数。于是得到沉降计算表达式为：量之和后尚需乘以一沉降计算经验系数。于是得到沉降计算表达式
9、为： 式中式中 按分层总和法计算出的地基变形量；按分层总和法计算出的地基变形量； 沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定， 也可采用表也可采用表6-7推荐的数值；推荐的数值； 表表6-7 沉降计算经验系数沉降计算经验系数 注注：fak为为地地基基承承载载力力特特征征值值； 为为沉沉降降计计算算范范围围（压压缩缩层层）内内的的压压缩缩模模量量的的当当量量值值，即即 ，其其中中 , 第第i层层土土附附加加应应力系数沿土层厚度的积分值，故力系数沿土层厚度的积分值，故 压缩层厚度的确定压缩层厚度的确定 采采用用分分层层总总和和法法计计算算时时
10、，需需要要确确定定（地地基基变变形形）计计算算深深度度。地地基基变变形形计计算算深深度度又又称称压压缩缩层层厚厚度度。压压缩缩层层厚厚度度通通常常根根据据荷荷载载作作用用下下地地基基中中位位移移场场分分布布情情况况，或或应力场分布情况确定：应力场分布情况确定： 建筑地基基础设计规范规定地基变形计算深度建筑地基基础设计规范规定地基变形计算深度zn的计算方法为：的计算方法为： （1）由由深深度度zn处处向向上上取取表表6-8中中规规定定的的计计算算厚厚度度z所所得得的的压压缩缩量量不不大大于于zn范范围内总的压缩量的围内总的压缩量的2.5，即应满足下式要求（包括考虑相邻荷载影响）：，即应满足下式要
11、求（包括考虑相邻荷载影响）： 若若由由上上式式确确定定的的计计算算深深度度zn以以下下还还有有软软土土层层，尚尚应应向向下下继继续续计计算算，直直至至软软土土层中按规定厚度层中按规定厚度z计算的压缩量满足上式为止。计算的压缩量满足上式为止。表表6-8计算厚度计算厚度z （2）当无相邻荷载影响，基础宽度在）当无相邻荷载影响，基础宽度在130m范围以内时，基础中点地范围以内时，基础中点地基变形计算深度也可按下式计算：基变形计算深度也可按下式计算：式中式中b 基础宽度。基础宽度。 （3）遇到基岩，）遇到基岩，zn取至基岩面。取至基岩面。 上述规定是从位移场角度考虑的，也有从应力场角度考虑，如有的地区上述规定是从位移场角度考虑的，也有从应力场角度考虑，如有的地区习惯上常用附加应力习惯上常用附加应力 （poz为土的自重应力）的方法确定沉降计算深度。为土的自重应力）的方法确定沉降计算深度。 地基沉降地基沉降3.3.4 地基的沉降特性地基的沉降特性3.4 地基的稳定性地基的稳定性地基稳定性地基稳定性地基稳定性地基稳定性
