土力學第6章地基承載力.ppt

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地基變形指豎向變形（地基沉降）以及由此產(chǎn)生的地基橫向變形。,第一節(jié)地基的變形與穩(wěn)定,地基穩(wěn)定是指在環(huán)境條件及力場條件變化的情況下，能夠保持原來的存在狀態(tài)，否則就稱為失穩(wěn)。巖土界把地基的強度（抗剪強度）破壞稱為失穩(wěn)。,地基失穩(wěn)的基本形式：,,整體剪切破壞局部剪切破壞沖切破壞,整體剪切破壞,a.p-s曲線上有兩個明顯的轉(zhuǎn)折點，可區(qū)分地基變形的三個階段，如s-p曲線中的Ⅰ線,b.地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連續(xù)的滑動面,c.荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起,對于壓縮性比較小的地基土如比較密實的砂類土和堅硬程度中等以上的粘土中，一般會出現(xiàn)整體剪切破壞。,局部剪切破壞,a.p-s曲線轉(zhuǎn)折點不明顯，沒有明顯的直線段，如前圖中的s-p曲線中的Ⅱ線,b.塑性變形區(qū)不延伸到地面，限制在地基內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi),c.荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起,沖切破壞,b.地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動面,c.荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面不隆起，而是下陷,a.p-s曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點，如前圖中的s-p曲線中的Ⅱ線,壓縮性較大的松砂、一般粘性土等，易出現(xiàn)局部剪切破壞。,飽和軟粘土、松的粉砂、細砂、濕限性黃土和新填土等，常出現(xiàn)沖切破壞,影響地基破壞形式的因素,基礎(chǔ)的形狀，地基的壓縮性特征，基礎(chǔ)埋深，荷載大小、性質(zhì)，加荷方式、速度，應力水平，應力路徑等。,右圖中，pcr稱為臨塑荷載，即直線段(彈性)的結(jié)束，曲線段（彈塑性）的開始；pu稱為極限荷載，即曲線段的結(jié)束，陡降段的開始。,第二節(jié)地基的臨塑荷載和有限塑性區(qū)深度承載力,右圖為壓縮性小的地基上荷載試驗得到的e-p曲線。曲線上第一階段Oa段基本呈直線-彈性階段；第二階段ab段呈典型的曲線，土處于彈塑性階段；第三階段即b點以下呈陡降段，變形急劇增加，表明已破壞。,A點為第一階段末尾，稱為比例極限，對應于臨塑荷載pcr；,如果允許一定范圍的彈塑性區(qū)，則將與此相對應的荷載稱為有限塑性區(qū)深度荷載；,如果荷載繼續(xù)增加，到一定規(guī)模時必然導致整體剪切破壞，故，b點對應的荷載稱為極限荷載。,第二節(jié)地基的臨塑荷載和有限塑性區(qū)深度承載力,臨塑荷載也稱為比例極限荷載或容許承載力,臨塑荷載的求解—推導,右圖所示為條形基礎(chǔ)、均布荷載基底下任一點處的附加應力狀態(tài)。對M點有,,見公式（3.6.9）,M點總應力是附加應力和自重應力之和，若側(cè)壓力系數(shù)為1，則上式可寫成,,在極限平衡或臨塑狀態(tài)時，應滿足庫侖—莫爾極限平衡條件—臨塑條件,見式（5.3.8）,上面兩式結(jié)合起來，并考慮到p0=p-γd可得到,式中，z為塑性區(qū)域的深度,為獲得z的最大值，取z對β0的導數(shù)，,若令上式等于0，,,,,zmax代表地基中處于彈塑性狀態(tài)或進入塑性區(qū)的最大深度,當zmax=0時稱為臨塑狀態(tài)，如圖中的a點，據(jù)此可以求出其中的p即為臨塑荷載，可以用pcr表示。,有效塑性區(qū)深度荷載：,工程上允許地基從頂不向下在一定深度內(nèi)進入塑性工作狀態(tài)，可以提高地基承載力。那么在中心荷載下可以允許對于小偏心荷載作用下可以允許的p值對應于,有限塑性區(qū)深度荷載在設(shè)計中采用的形式：,,式中，Mγ，Md，Mc為關(guān)于摩擦角的函數(shù)。,臨塑荷載使用中需注意的問題,1.公式推導是來自條形基礎(chǔ)，若用于方形、圓形等基礎(chǔ)時，偏于安全。,2.公式推導是基于中心垂直均布荷載推導的，因此不適合偏心的和傾斜荷載。,3.公式推導中假定任意深處各方向上的應力相等，不符合實際。,普朗特的基本假設(shè)：（1）地基土是均勻，各向同性的。（2）基礎(chǔ)底面光滑，即基礎(chǔ)底面與土之間無摩擦力存在，所以基底的壓應力垂直于地面。（3）當?shù)鼗幱跇O限平衡狀態(tài)時，將出現(xiàn)連續(xù)的滑動面。,第三節(jié)普朗特地基極限承載力,普朗特極限承載力理論,將無限長，底面光滑的荷載板至于無質(zhì)量的土(?＝0)的表面上，荷載板下土體處于塑性平衡狀態(tài)時，塑性區(qū)分成五個區(qū),Ⅰ區(qū)：主動朗肯區(qū)，?1豎直向，破裂面與水平面成45o＋?/2,Ⅱ區(qū)：普朗特區(qū)，邊界是對數(shù)螺線,Ⅲ區(qū)：被動朗肯區(qū)，?1水平向，破裂面與水平面成45o－?/2,,不考慮土的自重和基礎(chǔ)埋深時，得到,式中，為地基極限承載力因數(shù)；c為土的內(nèi)聚力。,賴斯納改進了普朗特假設(shè)后得到淺基礎(chǔ)地基極限承載力,式中，為地基極限承載力因數(shù)；c為土的內(nèi)聚力。,若考慮滑動范圍內(nèi)土自重的影響，可采用,式中γ為地基土的重度，b為基底寬度，Nγ為考慮土自重時的地基極限承載力系數(shù)。,對Nγ的求解，普朗特給出了表達式,其他學者也相繼給出計算公式，但尤以魏?？耍╒esic）提出的公式更有代表性：,式中,關(guān)于基礎(chǔ)形狀的修正,第四節(jié)對普朗特理論的修正補充,對不同形狀基礎(chǔ)，采用修正系數(shù),矩形基礎(chǔ),條形基礎(chǔ),,,偏心荷載時地基極限承載力降低。,魏西克建議的傾斜因數(shù)為,修正原理：把偏心變?yōu)橹行暮奢d，如條形基礎(chǔ)寬為b，偏心距為e，則修改后的基底寬度變?yōu)?荷載偏心和傾斜作用的修正因數(shù),如矩形基礎(chǔ)長、寬為l、b，可能存在雙偏心，通過在l，b上處理，得到修改的基底長，寬為,,式中p，T為傾斜荷載的垂直和水平分量，m為b,l的某種對應關(guān)系,漢森極限承載力公式,對于均質(zhì)地基、基礎(chǔ)底面完全光滑，受中心傾斜荷載作用,式中：,漢森公式,Sr、Sq、Sc——基礎(chǔ)的形狀系數(shù)ir、iq、ic——荷載傾斜系數(shù)dr、dq、dc——深度修正系數(shù)gr、gq、gc——地面傾斜系數(shù)br、bq、bc——基底傾斜系數(shù)Nr、Nq、Nc——承載力系數(shù),基礎(chǔ)埋置深度的修正因數(shù),普朗特假設(shè)忽略了基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)土的抗剪強度的作用。前式只適合淺埋基礎(chǔ)，而不適合深埋基礎(chǔ)。,增加埋深同樣可以提高地基的承載力。由于埋深增加，基底盡壓力將減小，相應的可以減少基礎(chǔ)的沉降。因此，增加D對提高軟粘土地基的穩(wěn)定性和減少沉降均有明顯效果，常被采用，但基礎(chǔ)埋深太深，基礎(chǔ)開挖也愈困難。,漢森和魏西克建議的修正系數(shù),,,修正后的計算公式,,飽和軟粘土地基的極限承載力,飽和軟粘土內(nèi)摩擦角趨近于0，故經(jīng)過簡化，得到,上式適合于飽和軟粘土地基條形基礎(chǔ)，而對于矩形基礎(chǔ),上式也適合于飽和軟粘土地基圓形和方形基礎(chǔ),,,,地基滑動的影響深度和寬度,按照圖6.3.1模型來計算地基滑動的影響寬度和最大影響深度,地基滑動在基礎(chǔ)一側(cè)的影響寬度,地基滑動的最大影響深度,,底面粗糙，基底與土之間有較大的摩擦力，能阻止基底土發(fā)生剪切位移，基底以下土不會發(fā)生破壞，處于彈性平衡狀態(tài)。,第五節(jié)太沙基地基極限承載力,基本假設(shè)：均質(zhì)，條形地基、淺埋基礎(chǔ)，受中心垂直荷載作用,與普朗特模型的區(qū)別：,因為Ⅰ區(qū)達不到極限平衡狀態(tài)，故圖中取。,Ⅰ區(qū)：彈性壓密區(qū)(彈性核),Ⅱ區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對數(shù)螺線,Ⅲ區(qū)：被動朗肯區(qū)，?1水平向，破裂面與水平面成45o－?/2,第五節(jié)太沙基地基極限承載力,太沙基理論的極限承載力公式—整體剪切破壞,其中，Nr、Nq、Nc為承載力系數(shù)，均為?的函數(shù)，可以根據(jù)下面表達式得到,上式適用于條形基礎(chǔ)整體剪切破壞情況。,Nγ由試湊法來獲得，見圖。,承載力因數(shù)值,地基承載力因數(shù)也可由表查得,其中，Nr?、Nq?、Nc?為局部剪切破壞或沖切破壞時承載力系數(shù)，也可以根據(jù)相關(guān)曲線得到,太沙基理論的極限承載力公式—局部剪切破壞或沖切破壞,或者仍可采用（6.5.1式），但需將將c和tan?均降低1/3，變?yōu)?方形基礎(chǔ),對于方形和圓形基礎(chǔ)，太沙基提出采用經(jīng)驗系數(shù)修正后的公式,圓形基礎(chǔ),對于矩形基礎(chǔ)，可在方形基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)之間進行插入。,太沙基模型計算時在基礎(chǔ)一側(cè)的影響寬度,太沙基模型計算時在基礎(chǔ)一側(cè)的最大影響深度,例題6—1,第六節(jié)按建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范確定地基承載力,我國《地基基礎(chǔ)規(guī)范》給出了各種常見土的地基承載力。,確立地基容許承載力的三個層次（階段）,,地基基本承載力f0,地基承載力的標準值fk,地基承載力的設(shè)計計算值f,根據(jù)土的指標查出,從大量資料，數(shù)據(jù)中進行概率分析，找出可靠的,結(jié)合實際情況求得,第一層次,第一層次,第一層次,地基承載力的標準值fk的確定,Ψf為回歸修正系數(shù)，可按下式求得,或,δ為變差系數(shù)或變異系數(shù),,利用抗剪強度指標時，同樣也有可靠性校正的問題。,利用原位測試的指標時，可以直接作為可靠性指標。,地基承載力的設(shè)計計算值f的確定,第七節(jié)按現(xiàn)場試驗確定的地基承載力,—現(xiàn)場載荷試驗,目的：確定地基承載力和變形模量。,適用對象：天然地基、人工地基、樁基。,試驗過程中注意事項：,,加荷時要注意分級標準和觀測時間,實驗終止的判定：,過程中發(fā)現(xiàn)承壓板周圍地面隆起，出現(xiàn)裂縫；沉降突然急劇增大；24小時內(nèi)荷載不變而沉降等速增加；s/b≥0.8；試驗加荷壓力大于設(shè)計荷載的兩倍。,按荷載試驗成果確定地基承載力,（a）低壓縮性土（b）高壓縮性土,p—s曲線的特征,低壓縮性土：前有明顯直線段，后邊明顯陡降；適用于中等強度以上的地基土；P1稱為地基承載力的標準值，或臨塑荷載。,高壓縮性土：前期沒有明顯直線段，后邊緩慢下降；適用于松砂和軟土地基；實際經(jīng)常取s/b=0.02或s/b=0.015對應的荷載為地基承載力的標準值。,實際中，若承壓板下和實際基底處的附加應力相同且地基是均勻的，則它們的沉降量與各自寬度的比值s/b大致相等。,利用荷載試驗資料求地基變形模量,式中，b為荷載板的寬度或直徑，ω為荷載板的形狀系數(shù)。,計算地基沉降時可以采用多個模量，而各種指標的選擇及和實測曲線的吻合情況，不盡相同（見圖）。,在資料整理和分析時對不同類型p-s曲線均涉及回歸校正的問題。,荷載試驗p-s曲線和三種模量計算結(jié)果的比較,第八節(jié)水平荷載作用下地基的承載力,—地震作用力,—強風力,—擋水結(jié)構(gòu)上的水壓力,—河流沖刷力,—海浪沖擊力,—車輛產(chǎn)生的水平荷載,—其它水平荷載,地基受水平荷載作用的情況,地基、基礎(chǔ)在水平荷載作用下的驗算,海上采油平臺地基水平穩(wěn)定性驗算,帶抗滑樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性驗算,地基的穩(wěn)定性驗算,驗算方式：針對力或力矩的平衡關(guān)系進行驗算，并給出適當?shù)陌踩取?,pHf為地基破壞時的水平荷載，A為基底面積，F(xiàn)v為作用在地基上的豎向荷載。,見下頁圖,式中pp為被動土壓力，pv為基礎(chǔ)上豎直壓力，p1為樁的抗滑力。,加抗滑樁的基礎(chǔ),安全系數(shù)：,假定為圓弧滑動，阻滑力為滑動面上的摩阻力和地基粘聚力，滑動力為水平荷載。因此，地基抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)為,式中，Mr和Ms分別為阻滑力矩和滑動力矩。,