淺基礎的地基承載力土力學.ppt

第八章 淺基礎的地基承載力,8.1 概述 8.2 淺基礎的地基臨塑荷載 8.3 淺基礎的地基極限承載力 8.4 按原位測試成果確定地基承載力 8.5 按地基規(guī)范確定地基承載力, 8.1 概述,一、地基承載力概念 二、地基變形的三個階段 三、地基變形的三個階段,一、地基承載力概念,建筑物荷載通過基礎作用于地基，對地基提出兩個方面的要求:,1.變形要求,建筑物基礎在荷載作用下產(chǎn)生最大沉降量或沉降差，應該在該建筑物所允許的范圍內(nèi)。,2.穩(wěn)定要求,建筑物的基底壓力，應該在地基所允許的承載能力之內(nèi)。,地基承載力：地基所能承受荷載的能力 。,二、地基變形的三個階段,a.線性變形階段,塑性變形區(qū),連續(xù)滑動面,oa段，荷載小，主要產(chǎn)生壓縮變形，荷載與沉降關系接近于直線，土中f,地基處于彈性平衡狀態(tài)。,b.彈塑性變形階段,ab段，荷載增加，荷載與沉降關系呈曲線，地基中局部產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)塑性變形區(qū)。,c.破壞階段,bc段，塑性區(qū)擴大，發(fā)展成連續(xù)滑動面，荷載增加，沉降急劇變化。,三、地基的破壞形式,地基開始出現(xiàn)剪切破壞（即彈性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃坞A段）時，地基所承受的基地壓力稱為臨塑荷載pcr 。,地基瀕臨破壞（即彈塑性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐碾A段）時，地基所承受的基地壓力稱為極限荷載pu. 。,1.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。,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，基礎急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎兩側(cè)地面明顯隆起。,2.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。,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，基礎兩側(cè)地面微微隆起。,3. 刺入剪切破壞,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,8.2 淺基礎的地基臨塑荷載,一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍 二、臨塑荷載pcr和界限荷載 三、例題,一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍,d,根據(jù)彈性理論，地基中任意點由條形均布壓力所引起的附加大、小主應力,假定在極限平衡區(qū)土的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0=1，M點土的自重應力所引起的大小主應力均為0dz,M點達到極限平衡狀態(tài)，大、小主應力滿足極限平衡條件。,塑性區(qū)邊界方程,塑性區(qū)最大深度zmax,二、臨塑荷載pcr和界限荷載,當zmax0，地基所能承受的基底附加壓力為臨塑荷載。,塑性區(qū)開展深度在某一范圍內(nèi)所對應的荷載為界限荷載。,中心荷載,偏心荷載,三、例題,【例8-1】某條基，底寬b=1.5m，埋深d=2m，地基土的重度19kN/m3，飽和土的重度sat21kN/m3,抗剪強度指標為 =20，c=20kPa,求(1)該地基承載力p1/4 ,(2)若地下水位上升至地表下1.5m，承載力有何變化?,【解】,(1),(2)地下水位上升時，地下水位以下土的重度用有效重度,說明：當?shù)叵滤簧仙龝r，地基的承載力將降低。,某條形基礎，寬1.5m，埋深1.0m。地基土層分布為：第一層素填土，厚0.8m，密度1.80g/cm3，含水量35；第二層粘性土，厚6m，密度1.82g/cm3，含水量38，土粒相對密度2.72，土的粘聚力10kPa，內(nèi)摩擦角13。求該基礎的臨塑荷載 ，臨界荷載 和 。若地下水位上升到基礎地面，假定土的抗剪強度指標不變，其 、 、 相應為多少？,例,【解】：,kPa,kPa,89.7kPa,92.1kPa,當?shù)叵滤簧仙交A底面時，土的孔隙比和浮重度分別為：,8.3kN/m3,此時的臨塑荷載和臨界荷載為：,kPa,85.8kPa,86.9kPa,8.3 淺基礎的地基極限承載力,一、普朗特爾極限承載力理論 二、太沙基極限承載力理論 三、魏錫克極限承載力理論 四、漢森極限承載力理論,一、普朗特爾極限承載力理論,1920年，普朗特爾根據(jù)塑性理論，在研究剛性物體壓入均勻、各向同性、較軟的無重量介質(zhì)時，導出達到破壞時的滑動面形狀及極限承載力公式。,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):,區(qū)：主動朗肯區(qū)， 1豎直向，破裂面與水平面成45o / 2,區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對數(shù)螺線,區(qū)：被動朗肯區(qū)， 1水平向，破裂面與 水平面成45o / 2,普朗特爾理論的極限承載力理論解,式中：,承載力系數(shù),當基礎有埋深d 時,式中：,二、太沙基極限承載力理論,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)。,區(qū)：彈性壓密區(qū)(彈性核)。,區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對數(shù)螺線。,區(qū)：被動朗肯區(qū)， 1水平向，破裂面與水平面成45o / 2 。,太沙基理論的極限承載力理論解,Nr、Nq、Nc均為承載力系數(shù)，均與有關，太沙基給出關系曲線，可以根據(jù)相關曲線得到。,上式適用于條形基礎整體剪切破壞情況，對于局部剪切破壞，將c和tan均降低1/3 。,方形基礎,局部剪切破壞時地基極限承載力:,Nr 、Nq 、Nc為局部剪切破壞時承載力系數(shù)，也可以根據(jù)相關曲線得到。,對于方形和圓形基礎，太沙基提出采用經(jīng)驗系數(shù)修正后的公式:,圓形基礎,三、魏錫克極限承載力理論,考慮土的自重，條形基礎在中心荷載作用下的極限承載力公式：,查表或由下列各式求得：,四、漢森極限承載力理論,對于均質(zhì)地基、基礎底面完全光滑，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),說明：相關系數(shù)均可以有相關公式進行計算。,某條形基礎寬1.5m，埋深1.2m，地基為粘性土，密度1.84 g/cm3，土的粘聚力8kPa，內(nèi)摩擦角15。試按太沙基理論計算：,1）整體剪切破壞時地基極限承載力為多少？取安全系數(shù)為2.5，地基容許承載力為多少？,2）分別加大基礎埋深至1.6m、2.0m，承載力有何變化？,3）若分別加大基礎埋深至1.8m、2.1m，承載力有何變化？,4）若地基土內(nèi)摩擦角為20，粘聚力為12kPa，承載力有何變化？,5）比較以上計算結(jié)果，可得出哪些規(guī)律？,例,【解】,226.3kPa,90.5kPa,2）基礎埋深為1.6m時：,259.0kPa,基礎埋深為2.0m時：,291.8kPa,3）基礎寬度為1.8m時：,231.3kPa,236.2kPa,基礎寬度為2.1m時：,4）內(nèi)摩擦角為20、粘聚力為12kPa時：,431.9kPa,5）比較上述計算結(jié)果可以看出，地基極限承載力隨著基礎埋深、基礎寬度和土的抗剪強度指標的增加而增大，影響最大的是土的抗剪強度指標，其次是埋深。, 8.4 按原位測試成果確定地基承載力,一、載荷試驗法 二、靜力觸探試驗法 三、標準貫入試驗法,一、載荷試驗法,由拐點得地基極限承載力pu，除以安全系數(shù)Fs得容許承載力p,p-s曲線確定地基承載力特征值:,1.p-s曲線有明確的比例界限時，取比例界限所對應的荷載值。,2.極限荷載能確定，且值小于對應比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半。,3.不能按上述兩點確定時，取s/b=0.010.015對應荷載值；但值不應大于最大加載量的一半。,二、靜力觸探試驗法,Qf,Qc,用靜壓力將裝有探頭的觸探器壓入土中，通過壓力傳感器及電阻應變儀測出土層對探頭的貫入阻力。探頭貫入阻力的大小直接反映了土的強度的大小，把貫入阻力與荷載試驗所得到的地基容許承載力建立相關關系，從而即可按照實測的貫入阻力確定地基的容許承載力值。還可以把土的貫入阻力與土的變形模量及壓縮模量建立相關關系，從而可以確定變形模量和壓縮模量。,方法介紹：,探頭阻力Q可分為兩個部分,1.錐頭阻力Qc,2.側(cè)壁摩阻力Qf,比貫入阻力：探頭單位截面積的阻力,三、標準貫入試驗法,試驗時，先行鉆孔，再把上端接有鉆桿的標準貫入器放至孔底，然后用質(zhì)量為63.5kg的錘，以76cm的高度自由下落將貫入器先擊入土中15cm，然后測繼續(xù)打30cm的所需要錘擊數(shù)，該擊數(shù)稱為標準貫入擊數(shù)。,方法介紹：,建立標準貫入擊數(shù)與地基承載力之間的對應關系，可以得到相應標準貫入擊數(shù)下的地基承載力。,8.5 按地基規(guī)范確定地基承載力,一、按抗剪強度指標確定地基承載力 二、按工程經(jīng)驗確定地基承載力,一、按抗剪強度指標確定地基承載力,1.抗剪強度指標標準值ck、k,a.根據(jù)室內(nèi)n組三軸試驗結(jié)果，計算土性指標的平均值、標準差和變異系數(shù)。,平均值,標準差,變異系數(shù),b.計算內(nèi)摩擦角和粘聚力的統(tǒng)計修正系數(shù) 、c 。,c.計算內(nèi)摩擦角和粘聚力的標準值。,2.確定地基承載力特征值,當e0.033b，根據(jù)土的抗剪強度指標確定地基承載力,fa 土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值 Mb、Md、Mc 承載力系數(shù)（可根據(jù)k查表得到)。 地基土的重度，地下水位以下取浮重度。 d基礎埋置深度(m)，從室外地面標高計算。 m基礎底面以上土的加權(quán)重度，地下水位以下取浮重度。 b 基礎地面寬度，大于6m時，按6m取值，對于砂土小于 3m時按3m取值。 ck 基底下一倍短邊寬深度