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1、工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力义务义务6.1 地基的破坏形状分析地基的破坏形状分析义务义务6.2 浅根底的地基临塑荷载和界限荷浅根底的地基临塑荷载和界限荷载、极限荷载载、极限荷载工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力义务义务6.3 地基承载力确定地基承载力确定(按规范确定按规范确定)了解了解:地基破坏的根本方式和地基承载力确定的几种方法地基破坏的根本方式和地基承载力确定的几种方法掌握：掌握：1确定地基临塑荷载、确定地基临塑荷载、 塑性荷载、极限荷载的方法；塑性荷载、极限荷载的方法；2根据相应规范确定天然地基承载力；根据相应规范确定天然地基承载力；了解：了解： 根
2、据原位测试方法确定天然地基承载力。根据原位测试方法确定天然地基承载力。难点：地基极限承载力的计算方法难点：地基极限承载力的计算方法学习目的学习目的学习目的学习目的: :工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力相关案例相关案例1 工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力某教学楼软土地基承载力工程实例某教学楼软土地基承载力工程实例工程简介工程简介: 某教学楼为框架构造，首层层高某教学楼为框架构造，首层层高4.2m，二六层层高，二六层层高均为均为3.6m；部分为二层，首层为阶梯教室，二层为图书馆，；部分为二层，首层为阶梯教室，二层为图书馆，层高均为层高均为6.0 m。地基大部分为
3、浅埋的硬塑黏土，地基承载力。地基大部分为浅埋的硬塑黏土，地基承载力200kPa；教室部分约有；教室部分约有1/3的地基为淤泥质黏土，地基承载的地基为淤泥质黏土，地基承载力仅力仅80kPa；黏土层下为微风化灰岩，埋深约；黏土层下为微风化灰岩，埋深约68m。根底选型根底选型 工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力 根据岩土勘察资料，硬塑黏土为良好的持力层，而淤泥质黏土承载力低下，不经处置无法作为持力层，灰岩承载力高，可作为良好的桩端持力层。由于六层教室荷载较大，又无法以淤泥质黏土为持力层，所以初步选择以灰岩为桩端持力层，采用人工挖孔灌注桩，以充分利用灰岩的承载力。而阶梯教室、图书馆仅两
4、层，竖向荷载较小，由于是大跨构造，柱脚弯矩较大，应选择以硬塑黏土为持力层，采用柱下独立根底，利用独立根底进展抗弯设计。两者层数不同，荷载不同，持力层不同，根底型式也不同，在两者之间设置了沉降缝，将两者完全分开。 由此案例可以看出，作为地基的土的类型不同其承载力也不同，结合上部建筑物荷载类型及大小，地基根底设计时应进展方案比选，尤其是同一建筑物上部荷载有差别、场地地基的土层的承载力不同，必需结合上部构造和地基情况进展相应的设计。 工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力相关案例相关案例2 京沪高铁徐州至上海段工程地质问题 京沪高铁徐州至上海段线路长度647.63km，路基长度112km
5、，占此段线路总长度的17.3。沿线主要分布特殊土层：软土路基。主要分布在京杭运河两侧黄淮冲积平原、滁州境内的瓦屋中桥至叶纪棵特大桥之间、徐家洼大桥前后、滁河特大桥前后、长江二级阶地坳沟与丘间谷地、南京至丹阳间江及支流一级阶地及高阶地坳谷区、丹阳至上海长江三角洲平原区等。松软土液化砂土路基。主要分布在徐州至栏杆间黄淮冲积平原、蚌埠至丹阳间淮河与长江二级阶地的坳谷区及丘间谷地域、长江及其支流一级阶地及长江冲积平原区。膨胀土下蜀粘土路基。主要分布于宿州丹阳段，以路堑为主.工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力 膨胀土路基为本区段主要矛盾，其主要工程地质问题是路基边坡滑塌、基床翻浆冒泥、桥
6、涵根底下沉、倾斜等。因此，做好路基防排水任务是膨胀土地域路基的主要任务，无论设计、还是施工。 建议对此段在施工过程中的要做重点监控。 路基边坡滑塌及地基失稳的主要缘由是地基强度缺乏，发生了剪切破坏。由此可见，作为合格的工程技术人员，应该掌握路基边坡土层和地基土的特性，根据工程构造物受力及环境要素影响情况，掌握工程土体破坏缘由及破坏方式，了解工程土体的相关特性，合理确定路基边坡及地基土体的加固处置方法，确保工程构造物在运用年限内正常任务。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力相关案例3上海展览馆地基下沉概略 上海展览馆于1954年兴建，因地基约有14m的淤泥质软黏土，建成后当年就下沉
7、600mm。1957年6月展览馆中央大厅四角的沉降最大达1465.5mm，最小沉降为1228mm，不均匀沉降呵斥此建筑物开裂。1957年月经有关专家的勘察、分析，以为对裂痕修补后可以维持运用。9月，中央大厅地下室的沉降量累计达1650mm，年平均沉降量达51mm。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力土层分布土层分布第一层填土，0.240.5；第二层黄褐色粉质黏土，巩固至可塑，0.961.16；第三层棕黄色黏土，可塑,1.602.60；第四层灰色粉质黏土，可塑，2.206.3；第五层灰色黏土，可塑，未钻穿钻孔深度10m工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力沉降过大缘由分
8、析沉降过大缘由分析按照根底埋深按照根底埋深0.5，持力层为第二层巩固至可塑黄褐，持力层为第二层巩固至可塑黄褐色粉质黏土，较以下各层土可塑形状承载力都高，因此色粉质黏土，较以下各层土可塑形状承载力都高，因此地基土的持力层满足承载力要求基底总应力地基土的持力层满足承载力要求基底总应力130kPa，持力，持力层允许承载力层允许承载力150kPa，而下卧层承载力不满足要求脆弱，而下卧层承载力不满足要求脆弱下卧层顶面处，附加应力还有下卧层顶面处，附加应力还有120kPa，远大于该层承载力。，远大于该层承载力。基地应力较大，土中应力程度高。基地附加应力基地应力较大，土中应力程度高。基地附加应力124kPa
9、。根底面积大，紧缩土层相对较薄，应力沿深度衰减比根底面积大，紧缩土层相对较薄，应力沿深度衰减比较慢，至主要紧缩层底部，附加应力还有较慢，至主要紧缩层底部，附加应力还有70kPa。 由此案例可以看出，地基土的类型不同，其承载力也不由此案例可以看出，地基土的类型不同，其承载力也不同，地基根底设计时除了持力层承载力应满足要求外，还要同，地基根底设计时除了持力层承载力应满足要求外，还要检算下卧层，尤其是脆弱下卧层的承载力能否满足要求，否检算下卧层，尤其是脆弱下卧层的承载力能否满足要求，否那么不仅会呵斥地基沉降过大，影响建筑物正常运用，还能那么不仅会呵斥地基沉降过大，影响建筑物正常运用，还能够会呵斥地基
10、的整体破坏，呵斥建筑物倒塌等严重事故。够会呵斥地基的整体破坏，呵斥建筑物倒塌等严重事故。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能够的滑动方向地基土能够的滑动方向岩石办公楼办公楼外墙外墙黄粘土黄粘土2021年6月26日临近的淀浦河防汛墙出现了70余米塌方险情, 27日晨5时30分许,上海市闵行区莲花南路罗阳路口河畔在建的这栋13层高楼忽然整体倒覆。2021年6月27日上海市淀浦河南岸的“莲花河畔景苑小区一栋在建13层住宅楼发生倒覆工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力义务义务6.1地基的破坏形状分析地基的破坏形状分析6.1.1 地基承载力及地基允许
11、承载力的概念地基承载力即地基强度在能满足强度及稳定的要求时，地基土单位面积上允许接受的最大压力地基接受荷载的才干。地基的承载力：极限承载力：地基濒临破坏时的承载力允许承载力：有足够的平安度保证地基不破 坏，且能保证建筑物的沉降量 不超越允许值的承载力l 设计建筑物时不能采用地基的极限承载力，而应采用允许承载力。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力6.1.2 影响地基承载力的几个要素地基土的堆积年代。在天然形状下，地基土的堆积年代愈久，其承载力也较大，反之，那么较小。地基土的成因。不同成因的土具有不同的承载力。对同一类土，普通说冲、洪积成因土的承载力要比坡积、残积成因的土大一些。土
12、的物理力学性质。地基土的物理力学性质目的是影响承载力高低的直接要素。不同物理力学性质的土，具有不同的承载才干。地下水。土的重度的大小对承载力有一定的影响，当土遭到地下水的浮托作用时，土的重度就要减小，承载力也就降低。建筑物性质。建筑物的构造方式、整体刚度以及运用要求不同，那么对允许沉降的要求也不同，因此对承载力的选取也应有所不同。建筑物根底。根底尺寸及埋深大小对承载力也有影响。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力6.1.3 地基土的变形现场载荷实验现场载荷实验 : 对地基进展载对地基进展载荷实验可得到载荷荷实验可得到载荷板在各级压力板在各级压力p的的作用下，其相应的作用下，其相应
13、的稳定沉降量，绘得稳定沉降量，绘得p-s 曲线曲线 。曲线曲线 工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力 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，土体处于弹性平衡形状。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。 曲线 (1)压密阶段(或称直线变形阶段)临塑荷载工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力(2)剪切阶段 p-s 曲线上的ab段，此段曲线为非线性关系，沉降的增长率随荷载的增大而添加。地基土中部分范围内的剪应力到达土的抗剪强度，土体发生剪切破坏，这些区域
14、也称塑性区。随着荷载的继续添加，土中塑性区的范围也逐渐扩展，直到土中构成延续的滑动面，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开展阶段。相应于p-s 曲线上b点的荷载称为极限荷载pu。曲线曲线 极限荷载工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力曲线曲线 (3)破坏阶段 p-s 曲线上的bc段。当荷载超越极限荷载后，载荷板急剧下沉，即使不添加荷载，沉降也将继续开展，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，最后在土中构成延续滑动面，土从载荷板周围挤出隆起，地基土因发生整体剪切破坏而丧失稳定。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载
15、力6.1.4 地基的破坏方式和地基承载力 实验研讨阐明，在荷载作用下，建筑物地基的破坏通常是由于承载力缺乏而引起的剪切破坏，地基剪切破坏的型式可分为整体剪切破坏、部分剪切破坏和刺入破坏三种.整体剪切破坏部分剪切破坏刺入剪切破坏1. 地基的破坏方式地基的破坏方式 整体剪切破坏整体剪切破坏:常发生在浅埋根底下的密砂或硬粘土等坚实地常发生在浅埋根底下的密砂或硬粘土等坚实地基中。基中。 oPSPcrpuab临塑荷载极限荷载工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力对于饱和黏土地基，在根底浅埋而且荷载急速添加的条件下，极易呵斥整体剪切破坏。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力部分剪
16、切破坏部分剪切破坏: : 常发生于中等常发生于中等 密实砂土中密实砂土中当根底埋深较大时，无当根底埋深较大时，无论是砂性土或黏性土地论是砂性土或黏性土地基，最常见的破坏形状基，最常见的破坏形状就是部分剪切破坏。就是部分剪切破坏。 当发生部分剪切破坏 时，地基垂直变形是很大的，其数值随根底的埋深而添加。 例如：在中密砂层上作用有外表荷载时，极限压力的相对下沉量为下沉量与根底宽度之比，即狊犫在10%以上，随着埋深的添加，相对下沉量将相应地提高，普通可达2030。 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样的明显的陡降。当基底压力到达一定数值即相应的极限荷载时，根底两侧悄然隆
17、起，然而剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域，未构成延伸至底面的延续滑动面。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力刺入剪切破坏冲切破坏刺入剪切破坏冲切破坏 : : 发生在松砂及软土中发生在松砂及软土中 随着荷载的添加，根底出现继续下沉，主要由于地随着荷载的添加，根底出现继续下沉，主要由于地基土的较大紧缩以致于根底呈现延续刺入。地基不出现基土的较大紧缩以致于根底呈现延续刺入。地基不出现延续滑动面，根底侧面地面不出现隆起，因此根底边缘延续滑动面，根底侧面地面不出现隆起，因此根底边缘下的地基垂直剪切破坏。下的地基垂直剪切破坏。 这种破坏在工程中很少遇到，可不予研讨这种破坏在工程中很少
18、遇到，可不予研讨工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力地基的破坏方式，主要与地基土的性质尤其是与紧缩性质有关，还同根底埋置深度、加荷速度等要素有关。 较巩固或密实的土，具有较低的紧缩性，通常呈现整体剪切破坏脆弱粘土或松砂土地基，具有中高紧缩性，经常呈现部分剪切破坏或者刺入剪切破坏 。2. 地基承载力地基承载力工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力 工程上，为了为了保证地基土不发生剪切破坏而失去稳定，同时也为使建筑物不致因根底产生过大的沉降和差别沉降，而影响其正常运用，在根底设计时，必需把基底压力限制在某一允许承载力之内，称为地基允许承载力。以 表示，可由地基极限承载力除
19、以平安系数K确定，即 ：曲线曲线 地基允许承载力承载力设计值(特征值)工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力义务义务6.2浅根底的地基临塑荷载和界限荷载、极限荷载浅根底的地基临塑荷载和界限荷载、极限荷载 本节简要引见计算地基临塑荷载、临界荷载和极限荷载的实际公式 n按塑性开展深度确定地基承载力按塑性开展深度确定地基承载力n假定条件假定条件n 1地基为均质半无限体，将地基中的剪切破坏区即塑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。性开展区限制在一定范围内。n 2允许塑性区有一定的开展范围又保证地基最大限制允许塑性区有一定的开展范围又保证地基最大限制的平安承
20、当构造荷载时的基地压力确定地基的设计承载力的平安承当构造荷载时的基地压力确定地基的设计承载力n解答思绪解答思绪n 根据弹性实际求出地基恣意点自重应力和附加应力根据弹性实际求出地基恣意点自重应力和附加应力的表达式，再运用极限平衡条件推求塑性区边境方程，从的表达式，再运用极限平衡条件推求塑性区边境方程，从而经过限定塑性开展区的最大深度获得地基承载力公式。而经过限定塑性开展区的最大深度获得地基承载力公式。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力6.2.1 地基临塑荷载地基临塑荷载 当地基中的塑性区最大深度 ， 即地基中刚要出现但尚未出现塑性区区时相应的基底压力.临塑荷载n 用Pcr作为地基
21、承载力设计值偏保守而不经济工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力6.2.2 地基界限荷载地基界限荷载 工程实际证明：即使地基发生部分剪切破坏，地基中的塑性区有所开展，只需塑性区的范围不超出某一限制，就不致影响建筑物的平安和运用。 因此，假设用因此，假设用 作为浅根底的地基承载力无疑是偏作为浅根底的地基承载力无疑是偏于保守的，但地基中的塑性区终究允许开展多大范围，与于保守的，但地基中的塑性区终究允许开展多大范围，与建筑物的性质、荷载的性质以及土的特性等要素有关，在建筑物的性质、荷载的性质以及土的特性等要素有关，在这方面还没有一致和一定的意见，国内某些地域的阅历以这方面还没有一致和一定
22、的意见，国内某些地域的阅历以为，在中心垂直荷载作用下，塑性区的最大深度为，在中心垂直荷载作用下，塑性区的最大深度 可以可以控制在根底宽度的控制在根底宽度的 ，相应的荷载用，相应的荷载用 表示。表示。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力令令可作为确定地基承载力特征值的根据之一。可作为确定地基承载力特征值的根据之一。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力例：例：解：解：12工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力n 按极限荷载确定地基承载力n极限荷载即地基到达完全剪切破坏时的最小压力。极限荷载除以平安系数可作为地基的承载力设计值。n极限承载力的实际推导目前只能针
23、对整体剪切破坏方式进展。n确定极限承载力的计算公式：在平面问题中浅根底运用较多的是太沙基与汉森公式。地基承载力设计值地基承载力设计值 K地基极限荷载平安系数，地基极限荷载平安系数，K3.0工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力6.2.3 地基极限荷载实际近似解地基极限荷载实际近似解1.太沙基公式 :适用于基底粗糙的条形根底。其中无量纲的承载力系数，仅与无量纲的承载力系数，仅与 有关。有关。式中： p u地基极限承载力，kPa； 土的内摩擦角，度； c地基土的粘聚力，kPa； q基底程度面以上根底两侧土的重力， 地基土的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3； b 根底宽度，m d
24、根底深度，m可查表工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力适用于饱和软粘土地基。适用于饱和软粘土地基。 ，用于计算地，用于计算地基短期承载力。基短期承载力。对于埋深为d的条形根底，其极限承载力为：对于埋深为d的矩形根底，其极限承载力为：2.斯肯普顿公式工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力3.影响极限承载力的要素 土的重度土的重度；土的抗剪强度目的；土的抗剪强度目的和和c；根底埋深；根底埋深d；根底；根底宽度宽度b。1、c、d、b越大，土的极限承载力也越大，越大，土的极限承载力也越大，2对于饱和软土对于饱和软土(=0)，增大根底宽度，增大根底宽度b对对Pu几乎没有影响。几
25、乎没有影响。 在这五个影响要素中，对极限承载力影响很大的就是在这五个影响要素中，对极限承载力影响很大的就是 、c，正确采用，正确采用 、c值是合理确定极限承载力的关键。值是合理确定极限承载力的关键。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力6.3 地基承载力确定(按规范确定)建筑地基根底设计规范:n是根据大量建筑工程实际阅历、现场载荷实验、规范贯入实验，轻便触探实验和室内土工实验数据，对相应的地基承载力进展统计、分析、制定的。 Mb、Md、Mc：承载力系数：承载力系数(查表查表)，与内摩，与内摩擦角擦角 k 有关有关 b：基底宽度，大于：基底宽度，大于6m按按6m取值，对于砂土小于取值
26、，对于砂土小于3m按按3m取值取值 ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力规范值：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力规范值 k ：基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角规：基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角规范值范值计算得到的承载力特征值不再进展修正计算得到的承载力特征值不再进展修正按土的抗剪强度目确实定承载力设计值工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力1. 建筑地基根底设计规范以临界荷载以临界荷载P1/4P1/4为实际根底为实际根底工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力2. 建筑地基根底设计规范b承载力特征值宽度修正系数深度修正系数修正后的承载力特征值修正后的承载力特征值由
27、地基基底以下土确定基底以下基底以上d大于大于6m按按6m取取值，小于值，小于3m按按3m取值取值5.2.4 当根底宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷实验或其他原位测试、阅历值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正建筑地基根底设计规范建筑地基根底设计规范建筑地基根底设计规范根据工程阅历确定根据工程阅历确定 我国各地域规范给出了按野外鉴别结果，室内物理、力学目的，或现场动力触探实验锤击数查取地基承载力特征值 的表格，这些表格是将各地域载荷实验资料经回归分析并结合阅历编制的。下表是砂土按规范贯人实验锤击数 N 查取承载力特征值的表格。当根底宽度大于当根底宽度大于3m或埋置深度大于或埋
28、置深度大于0.5m时，地基承载力设汁值应进展修正。时，地基承载力设汁值应进展修正。 2. 建筑地基根底设计规范工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力例：例：工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力例：例：工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力某住宅采用墙下条形根底，建于粉质粘土地基上，未见地下水，由载荷实验确定的承载力特征值为220kPa，根底埋深d=1.0m 根底底面以上土的平均重度=18kN/m3，天然孔隙比e=0.70，液性指数IL= 0.80，根底底面以下土的平均重度=18. 5kN/m3，试计算修正后
29、的地基承载力fa。 例：例：工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力基底以下3. 铁公路桥涵地基根底设计规范b由地基基底以下土确定允许承载力根本承载力宽度修正系数深度修正系数普通冲刷线允许承载力基底以上H工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力小于小于3m按按3m取取值值大于大于10m按按10m取值，小于取值，小于2m按按2m取值取值工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力根本承载力0 ，可从规范中的表查得工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力小小 结结 地基是指位于建筑物下方的接受建筑物荷地基是指位于建筑物下方的接受建筑物荷载并维持其稳定的岩土体。工程上将其分为天载并维持其稳定的岩土体。工程上将其分为天然地基和人工地基两大类。然地基和人工地基两大类。 本工程主要引见天然地基允许承载力确实本工程主要引见天然地基允许承载力确实定方法。主要内容涉及地基的破坏形状分析、定方法。主要内容涉及地基的破坏形状分析、地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载概念、地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载概念、按按、确定地基允许承载力。确定地基允许承载力。工程六工程六 天然地基允许承载力天然地基允许承载力
