1、第6章 地基承載力,6.1 地基的變形與穩(wěn)定,6.3 普朗特地基極限承載力,6.5 太沙基地基極限承載力,6.7 按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定 地基承載力,6.2 地基臨塑荷載和 有限塑性區(qū)深度承載力,6.4 對(duì)普朗特地基極限 承載力的修正補(bǔ)充,6.6 按建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范 確定地基承載力,6.8 水平荷載作用下 地基承載力,6.1 地基的變形與穩(wěn)定（一）,目的：合理進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì),基本概念 地基承載力：地基在變形允許和穩(wěn)定條件下單位面積承受荷載的能力。 地基變形：主要是指地基的豎向變形即地基沉降，以及由此產(chǎn)生的地基橫向變形。 地基失穩(wěn)：荷載作用下，建筑物地基由于承載力不足引起的強(qiáng)度破壞（剪切破壞）。,現(xiàn)場(chǎng)

2、荷載試驗(yàn)的荷載-變形關(guān)系,p-s 曲線可以分為三個(gè)變形階段： 1. 直線變形階段（pcr臨塑荷載）；2. 局部剪裂階段； 3. 完全破壞階段（ pu極限荷載）,6.1 地基的變形與穩(wěn)定（二）,6.1 地基的變形與穩(wěn)定（三）,三個(gè)階段的變形特征 直線變形階段：彈性變形階段，主要是土的壓密階段； 局部剪裂階段：荷載與變形呈曲線關(guān)系，地基中出現(xiàn)局部剪切區(qū)（塑性變形區(qū)），產(chǎn)生較顯著的側(cè)向變形。荷載增大，曲線斜率逐漸增大達(dá)極限荷載； 完全破壞階段：地基土的塑性變形區(qū)已擴(kuò)大聯(lián)成連續(xù)的滑動(dòng)面，發(fā)生剪切破壞，在地基四周形成隆起的土堆，完全破壞失穩(wěn)。 地基的三種破壞形式,6.1 地基的變形與穩(wěn)定（四）,整體剪切

3、破壞 當(dāng)基礎(chǔ)荷載較小時(shí)，基底壓力p與沉降s近似成直線關(guān)系； 隨著荷載增加，在基礎(chǔ)邊緣處的土開始發(fā)生剪切破壞，荷載繼續(xù)增加，剪切破壞區(qū)逐漸擴(kuò)大，壓力p與沉降s之間成曲線關(guān)系，屬彈塑性變形階段。 若基礎(chǔ)上的荷載繼續(xù)增加，剪切破壞區(qū)不斷擴(kuò)大，最終在地基中形成一連續(xù)的滑動(dòng)面，地基發(fā)生整體剪切破壞，兩側(cè)地面隆起。,較密實(shí)砂土、 中等以上堅(jiān)硬粘土,整體剪切破壞示意圖,6.1 地基的變形與穩(wěn)定（五）,局部剪切破壞 介于整體剪切破壞和沖剪破壞之間的一種破壞型式。剪切破壞也從基礎(chǔ)邊緣開始，但滑動(dòng)面不連續(xù)、不完整，基礎(chǔ)兩側(cè)隆起不明顯，壓力和沉降關(guān)系曲線屬II類曲線。,壓縮性較大的松砂 一般粘性土,局部剪切破壞示意

4、圖,6.1 地基的變形與穩(wěn)定（六）,沖剪破壞 由于基礎(chǔ)下軟弱土的壓縮變形使基礎(chǔ)連續(xù)下沉，如荷載繼續(xù)增加到某一數(shù)值時(shí)，基礎(chǔ)側(cè)面附近的土體因垂直剪切而破壞。沖剪破壞時(shí)，地基中沒有出現(xiàn)明顯的連續(xù)滑動(dòng)面，基礎(chǔ)四周的地面不隆起，基礎(chǔ)沒有很大的傾斜，壓力沉降關(guān)系曲線屬II類曲線。,飽和軟粘土、松散的粉土、細(xì)砂、新填土、濕陷性黃土浸水,6.2 地基臨塑荷載和有限塑性區(qū)深度承載力（一）,基本概念 地基臨塑荷載：a 點(diǎn)對(duì)應(yīng)荷載，也稱比例極限。 有限塑性區(qū)深度荷載：從 a 點(diǎn)開始土體進(jìn)入塑性區(qū)。如果允許地基中一定范圍內(nèi)進(jìn)入彈塑性階段，即地基中有可以控制的塑性區(qū)發(fā)展，與此塑性區(qū)深度對(duì)應(yīng)的荷載。,荷載試驗(yàn)的p-s曲線

5、,6.2 地基臨塑荷載和有限塑性區(qū)深度承載力（二）,地基臨塑荷載的確定 條形基礎(chǔ)均布荷載下，地基中M點(diǎn)附加應(yīng)力，采用密歇爾的彈性力學(xué)解答，可以表示為： 假設(shè)自重應(yīng)力場(chǎng)與靜水應(yīng)力場(chǎng)相同， 側(cè)壓力系數(shù)為1，則M點(diǎn)總應(yīng)力為：,均布荷載條形荷載下地基中的附加應(yīng)力,當(dāng)M點(diǎn)應(yīng)力達(dá)到極限平衡狀態(tài)即臨塑狀態(tài)，應(yīng)滿足摩爾庫侖極限平衡條件： 得地基中塑性區(qū)的深度z為： 由 可得 ， 代入上式有：,6.2 地基臨塑荷載和有限塑性區(qū)深度承載力（三）,地基中塑性區(qū)的最大深度zmax=0時(shí)為臨塑狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的荷載為臨塑荷載： 若允許地基進(jìn)入一定深度塑性區(qū)（zmax=b/4、b/3 , b為基底寬度），則有限塑性區(qū)深度承載力

6、：,6.2 地基臨塑荷載和有限塑性區(qū)深度承載力（四）,適用條件 以上公式基于條形基礎(chǔ)推導(dǎo)，屬彈性力學(xué)平面問題，若將其解答用于矩形、方形及圓形基礎(chǔ)時(shí)則偏于安全。 上述公式基于中心垂直荷載或均布荷載推導(dǎo)，不能用于偏心荷載或傾斜荷載，應(yīng)將公式進(jìn)行修正。 自重應(yīng)力場(chǎng)為靜水應(yīng)力場(chǎng)的假定用于飽和軟粘土?xí)r誤差不大，但對(duì)大多數(shù)土都相差較大，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。 對(duì)于內(nèi)摩擦角=0的情況，用羅比達(dá)法則處理后再求解得到，pcr=p1/4=p1/3。說明土質(zhì)越軟，臨塑荷載越小，一旦出現(xiàn)塑性區(qū)就立即破壞。,6.2 地基臨塑荷載和有限塑性區(qū)深度承載力（五）,普朗特地基滑動(dòng)模型,被動(dòng)變形區(qū) (13),主動(dòng)變形區(qū) (13),6.

7、3 普朗特地基極限承載力（一）,基本假定：普朗特(Prandtl, 1920)根據(jù)塑性理論，假設(shè)均質(zhì)土地基、不計(jì)土體自重、條形無埋深基礎(chǔ)、中心荷載及基底光滑，地基發(fā)生整體剪切破壞。,普朗特未考慮基礎(chǔ)埋深及地基滑動(dòng)范圍內(nèi)土體自重，因此地基極限承載力為： Nc地基極限承載力因數(shù)： 萊斯納(Reissner, 1924)，考慮基礎(chǔ)埋深并把埋深范圍內(nèi)土體換算成基底平面上的垂直等效荷載 得：,6.3 普朗特地基極限承載力（二）,進(jìn)一步考慮滑動(dòng)范圍內(nèi)土體自重影響，許多學(xué)者采用下述表達(dá)式： N考慮地基土自重的地基極限承載力因數(shù)。許多學(xué)者提出了解析公式和經(jīng)驗(yàn)近似公式。,基礎(chǔ)底面地基土重度,6.3 普朗特地基極

8、限承載力（三）,魏西克(Vesic, 1973)，地基極限承載力公式： Nc、Nq、N地基極限承載力因數(shù)，都是內(nèi)摩擦角的函數(shù)，有表可以查得。,6.3 普朗特地基極限承載力（四）,有一條形基礎(chǔ)，寬度b=2.5m，埋深d=1.6m，地基土重度 =19kN/m3，c=17kPa，=20o，按普朗特地基承載力改進(jìn)公式求該基礎(chǔ)下地基極限承載力。 解： 由=20o ，查表6.3.1可得地基極限承載力因數(shù)： 由式（6.3.6）計(jì)算可得：,例題1,6.4.1 關(guān)于基礎(chǔ)形狀的修正系數(shù) 原式是按條形基礎(chǔ)求解的，對(duì)其它形狀基礎(chǔ)可以分別求出各分項(xiàng)的基礎(chǔ)形狀修正系數(shù)，用Sc 、Sq 、S表示。 矩形基礎(chǔ)（長(zhǎng)為l，寬為b

9、） 方形、圓形基礎(chǔ)（b/l=1） 條形基礎(chǔ)（b/l0）,6.4 對(duì)普朗特地基極限承載力的修正補(bǔ)充（一）,6.4.2 荷載偏心和傾斜作用的修正系數(shù) 偏心荷載作用下，地基極限承載力有所降低?？赏ㄟ^修改基底尺寸把偏心荷載變?yōu)橹行暮奢d。 條形基礎(chǔ)，設(shè)偏心距為eb，修改后基底寬度為： 矩形基礎(chǔ)，同理有有效長(zhǎng)度和有效寬度： 并可確定基底有效面積。,6.4 對(duì)普朗特地基極限承載力的修正補(bǔ)充（二）,傾斜荷載作用下，魏西克建議荷載傾斜因數(shù)為： p，T 分別為傾斜荷載的垂直和水平分量。 矩形基礎(chǔ)， 條形基礎(chǔ)，m=2,6.4 對(duì)普朗特地基極限承載力的修正補(bǔ)充（三）,6.4 對(duì)普朗特地基極限承載力的修正補(bǔ)充（四）,6

10、.4.3 基礎(chǔ)埋置深度的修正系數(shù) 對(duì)于深埋基礎(chǔ)，漢森和魏西克建議使用基礎(chǔ)埋置深度修正系數(shù)dc 、dq 、d 。 當(dāng)各類情況下的地基極限承載力的修正系數(shù)求出后，得到地基極限承載力計(jì)算公式：,6.4.4 飽和軟粘土地基的極限承載力 飽和軟粘土內(nèi)摩擦角0，當(dāng)=0時(shí)，Nc=5.14，Nq=1.00，N=0，可得條形基礎(chǔ)地基極限承載力： 飽和軟粘土矩形基礎(chǔ)地基極限承載力，斯肯普頓給出了以下的經(jīng)驗(yàn)公式： c為粘聚力，l、b 、d分別為基礎(chǔ)的長(zhǎng)寬和埋置深度。,6.4 對(duì)普朗特地基極限承載力的修正補(bǔ)充（五）,6.4.5 地基滑動(dòng)的影響寬度和深度 按照普朗特地基計(jì)算模型，分析地基滑動(dòng)的影響寬度及 最大影響深度。

11、 影響寬度（圖中af 或 af） 最大影響深度,6.4 對(duì)普朗特地基極限承載力的修正補(bǔ)充（六）,太沙基地基滑動(dòng)模型,彈性壓密核,被動(dòng)極限平衡狀態(tài) (13),6.5 太沙基地基極限承載力（一）,太沙基地基滑動(dòng)模型假定均質(zhì)土地基，條形淺埋基礎(chǔ)，受中心荷載作用，屬整體剪切破壞。它與普朗特滑動(dòng)模型相比考慮了地基土自重，并假設(shè)基底粗糙，由于基底的摩擦很大，I區(qū)達(dá)不到極限狀態(tài)。,太沙基地基極限承載力為： Nc、Nq、N為地基極限承載力分項(xiàng)因數(shù)。 太沙基用試算法得出，并制成圖和系數(shù)表可直接使用。,6.5 太沙基地基極限承載力（二）,方形基礎(chǔ) 圓形基礎(chǔ) 對(duì)于矩形基礎(chǔ)可在方形基礎(chǔ)（b/l=1）和條形基礎(chǔ)（b/l

12、=0）間插值獲得。,地基的容許承載力是極限承載力除以安全系數(shù)K 通常K=23。,6.5 太沙基地基極限承載力（三）,條件同例題1。試按太沙基地基極限承載力公式求該基礎(chǔ)下地基極限承載力。若安全系數(shù)K=2.5，求地基的容許承載力。 解： 由=20o ，查表6.5.1可得： 由式（6.5.1）計(jì)算極限承載力： 容許承載力： R=pu/K=643.52/2.5=257.41kPa,例題2,6.6 按建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范確定地基承載力（一）,國家規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)的地基承載力公式為 式中：fa修正后的地基承載力特征值；fak 地基承載力特征值可由現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)得到。 注意：當(dāng)

13、b3m時(shí)，取b=3m；當(dāng)b6m,時(shí)，取b=6m；基礎(chǔ)埋深的計(jì)算按規(guī)范要求進(jìn)行，一般自室外地坪算起。,地基寬度修正系數(shù),基底面地基土重度,基底以上土重度,埋深的修正系數(shù),巖石地基承載力特征值 r 折減系數(shù)； frk 巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，兩者取值均可見現(xiàn)行地基規(guī)范。 國家規(guī)范濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB50025-2004）給出地基承載力公式為 符號(hào)意義同前。,6.6 按建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范確定地基承載力（二）,6.7 按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定地基的承載力（一）,基本概念 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也稱原位試驗(yàn)，包括： 荷載試驗(yàn)、靜力觸探、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、旁壓儀試驗(yàn)、大型剪切試驗(yàn)等。 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)： 減少了

14、取樣程序，減少了擾動(dòng)和誤差影響，提高了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。,6.7 按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定地基的承載力（二）,現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)?zāi)康模捍_定地基承載力和變形模量。 試驗(yàn)要求： 試坑標(biāo)高應(yīng)與基底標(biāo)高一致，試坑的平面尺寸至少大于試驗(yàn)承壓板寬度（方形板）或直徑（圓形板）的三倍，以避免坑周土體對(duì)承壓板下地基變形的影響。 試驗(yàn)步驟： 在試坑中心部對(duì)地基施加垂直荷載，測(cè)出承壓板所受壓力即地基所受壓力與地基下沉量。根據(jù)計(jì)算公式得到地基的變形模量，可以預(yù)測(cè)地基沉降。根據(jù)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪成 p-s曲線，可以確定地基的承載力。,現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)裝置圖 （a）堆重千斤頂式 （b）地錨千斤頂式 （c）基槽承載式,6.7 按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定地基的

15、承載力（三）,荷載分級(jí)與加載標(biāo)準(zhǔn)： 第一級(jí)荷載取為包括試驗(yàn)設(shè)備自重在內(nèi)的壓力等于試坑底面處原來的自重應(yīng)力。以后每級(jí)加荷量的大小，對(duì)于松土、軟土一般為 1025 kPa；對(duì)于較堅(jiān)硬的土，一般為50kPa。 總荷載應(yīng)逼近地基的極限荷載或依試驗(yàn)要求而定。 在每級(jí)荷載作用下，若連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)地基沉降的位移計(jì)讀數(shù)小于0.1mm/h，則可認(rèn)為在該級(jí)荷載下地基沉降已達(dá)到穩(wěn)定，可以加下一級(jí)荷載。,6.7 按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定地基的承載力（四）,現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)終止標(biāo)準(zhǔn)： 承壓板周圍的地面有擠出隆起、發(fā)生裂縫現(xiàn)象； 當(dāng)荷載增量很小而沉降呈急劇增大； 在荷載不變的情況下，沉降量在24小時(shí)內(nèi)幾乎等速增加； 已達(dá)到s/b0.8(

16、s是沉降量，b是承壓板寬度或直徑)； 試驗(yàn)加荷的壓力已大于等于設(shè)計(jì)荷載的兩倍。,6.7 按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定地基的承載力（五）,(a) 低壓縮性土,(b) 高壓縮性土,現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)確定地基的承載力方法 低壓縮性土：p-s曲線有明顯地直線段和陡降段， p1為臨塑荷載，也為承載力標(biāo)準(zhǔn)值； 高壓縮性土：無明顯直線段，后期變化緩慢，取粘性土s/b=0.02或砂類土s/b=0.015對(duì)應(yīng)的荷載為承載力標(biāo)準(zhǔn)值 。,6.7 按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定地基的承載力（六）,6.8 水平荷載作用下的地基承載力（一）,6.8.1 地基承受水平荷載作用的情況 1地震作用力 2強(qiáng)風(fēng)力 3擋水結(jié)構(gòu)及地基上作用的水壓力 4河流、冰塊對(duì)橋墩的沖刷、撞擊及對(duì)河岸的淘刷作用 5近海結(jié)構(gòu)上冰塊的撞擊 6海浪作用 7車輛荷載對(duì)路面產(chǎn)生的水平作用 8護(hù)坡樁、抗滑樁上所受的水平土壓力 9地下工程襯砌結(jié)構(gòu)所受的水平構(gòu)造作用力 10在工業(yè)廢渣堆填土中礦物水化、水解產(chǎn)生的膨脹力 11地基凍結(jié)產(chǎn)生的凍脹力 12地基中、邊坡中的孔隙水壓力 13洪水產(chǎn)生的水平?jīng)_擊力 14泥石流產(chǎn)生的水平?jīng)_擊力,6.8.2 地基、基礎(chǔ)在水平荷載作用下的驗(yàn)算 海上采油平臺(tái)地基的水平穩(wěn)定性驗(yàn)算 pHf 地基破壞時(shí)的水平荷載 A 基底面積 pV 作用在地基上的水平荷載,6