浅基础的地基承载力土力学.ppt

第八章 浅基础的地基承载力,8.1 概述 8.2 浅基础的地基临塑荷载 8.3 浅基础的地基极限承载力 8.4 按原位测试成果确定地基承载力 8.5 按地基规范确定地基承载力, 8.1 概述,一、地基承载力概念 二、地基变形的三个阶段 三、地基变形的三个阶段,一、地基承载力概念,建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求:,1.变形要求,建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物所允许的范围内。,2.稳定要求,建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内。,地基承载力：地基所能承受荷载的能力 。,二、地基变形的三个阶段,a.线性变形阶段,塑性变形区,连续滑动面,oa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中f,地基处于弹性平衡状态。,b.弹塑性变形阶段,ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区。,c.破坏阶段,bc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化。,三、地基的破坏形式,地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力称为临塑荷载pcr 。,地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力称为极限荷载pu. 。,1.整体剪切破坏,a. p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段。,b. 地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面。,c. 荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起。,2.局部剪切破坏,a. p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段。,b. 塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内。,c. 荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起。,3. 刺入剪切破坏,b.地基不出现明显连续滑动面,c. 荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷,a. p-s曲线没有明显的转折点,8.2 浅基础的地基临塑荷载,一、塑性区的发展范围 二、临塑荷载pcr和界限荷载 三、例题,一、塑性区的发展范围,d,根据弹性理论，地基中任意点由条形均布压力所引起的附加大、小主应力,假定在极限平衡区土的静止侧压力系数K0=1，M点土的自重应力所引起的大小主应力均为0dz,M点达到极限平衡状态，大、小主应力满足极限平衡条件。,塑性区边界方程,塑性区最大深度zmax,二、临塑荷载pcr和界限荷载,当zmax0，地基所能承受的基底附加压力为临塑荷载。,塑性区开展深度在某一范围内所对应的荷载为界限荷载。,中心荷载,偏心荷载,三、例题,【例8-1】某条基，底宽b=1.5m，埋深d=2m，地基土的重度19kN/m3，饱和土的重度sat21kN/m3,抗剪强度指标为 =20，c=20kPa,求(1)该地基承载力p1/4 ,(2)若地下水位上升至地表下1.5m，承载力有何变化?,【解】,(1),(2)地下水位上升时，地下水位以下土的重度用有效重度,说明：当地下水位上升时，地基的承载力将降低。,某条形基础，宽1.5m，埋深1.0m。地基土层分布为：第一层素填土，厚0.8m，密度1.80g/cm3，含水量35；第二层粘性土，厚6m，密度1.82g/cm3，含水量38，土粒相对密度2.72，土的粘聚力10kPa，内摩擦角13。求该基础的临塑荷载 ，临界荷载 和 。若地下水位上升到基础地面，假定土的抗剪强度指标不变，其 、 、 相应为多少？,例,【解】：,kPa,kPa,89.7kPa,92.1kPa,当地下水位上升到基础底面时，土的孔隙比和浮重度分别为：,8.3kN/m3,此时的临塑荷载和临界荷载为：,kPa,85.8kPa,86.9kPa,8.3 浅基础的地基极限承载力,一、普朗特尔极限承载力理论 二、太沙基极限承载力理论 三、魏锡克极限承载力理论 四、汉森极限承载力理论,一、普朗特尔极限承载力理论,1920年，普朗特尔根据塑性理论，在研究刚性物体压入均匀、各向同性、较软的无重量介质时，导出达到破坏时的滑动面形状及极限承载力公式。,将无限长，底面光滑的荷载板至于无质量的土(0)的表面上，荷载板下土体处于塑性平衡状态时，塑性区分成五个区:,区：主动朗肯区， 1竖直向，破裂面与水平面成45o / 2,区：普朗特尔区，边界是对数螺线,区：被动朗肯区， 1水平向，破裂面与 水平面成45o / 2,普朗特尔理论的极限承载力理论解,式中：,承载力系数,当基础有埋深d 时,式中：,二、太沙基极限承载力理论,底面粗糙，基底与土之间有较大的摩擦力，能阻止基底土发生剪切位移，基底以下土不会发生破坏，处于弹性平衡状态。,区：弹性压密区(弹性核)。,区：普朗特尔区，边界是对数螺线。,区：被动朗肯区， 1水平向，破裂面与水平面成45o / 2 。,太沙基理论的极限承载力理论解,Nr、Nq、Nc均为承载力系数，均与有关，太沙基给出关系曲线，可以根据相关曲线得到。,上式适用于条形基础整体剪切破坏情况，对于局部剪切破坏，将c和tan均降低1/3 。,方形基础,局部剪切破坏时地基极限承载力:,Nr 、Nq 、Nc为局部剪切破坏时承载力系数，也可以根据相关曲线得到。,对于方形和圆形基础，太沙基提出采用经验系数修正后的公式:,圆形基础,三、魏锡克极限承载力理论,考虑土的自重，条形基础在中心荷载作用下的极限承载力公式：,查表或由下列各式求得：,四、汉森极限承载力理论,对于均质地基、基础底面完全光滑，受中心倾斜荷载作用,式中：,汉森公式:,Sr、Sq、Sc 基础的形状系数 ir、iq、ic 荷载倾斜系数 dr、dq、dc 深度修正系数 gr、gq、gc 地面倾斜系数 br、bq、bc 基底倾斜系数 Nr、Nq、Nc 承载力系数,说明：相关系数均可以有相关公式进行计算。,某条形基础宽1.5m，埋深1.2m，地基为粘性土，密度1.84 g/cm3，土的粘聚力8kPa，内摩擦角15。试按太沙基理论计算：,1）整体剪切破坏时地基极限承载力为多少？取安全系数为2.5，地基容许承载力为多少？,2）分别加大基础埋深至1.6m、2.0m，承载力有何变化？,3）若分别加大基础埋深至1.8m、2.1m，承载力有何变化？,4）若地基土内摩擦角为20，粘聚力为12kPa，承载力有何变化？,5）比较以上计算结果，可得出哪些规律？,例,【解】,226.3kPa,90.5kPa,2）基础埋深为1.6m时：,259.0kPa,基础埋深为2.0m时：,291.8kPa,3）基础宽度为1.8m时：,231.3kPa,236.2kPa,基础宽度为2.1m时：,4）内摩擦角为20、粘聚力为12kPa时：,431.9kPa,5）比较上述计算结果可以看出，地基极限承载力随着基础埋深、基础宽度和土的抗剪强度指标的增加而增大，影响最大的是土的抗剪强度指标，其次是埋深。, 8.4 按原位测试成果确定地基承载力,一、载荷试验法 二、静力触探试验法 三、标准贯入试验法,一、载荷试验法,由拐点得地基极限承载力pu，除以安全系数Fs得容许承载力p,p-s曲线确定地基承载力特征值:,1.p-s曲线有明确的比例界限时，取比例界限所对应的荷载值。,2.极限荷载能确定，且值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半。,3.不能按上述两点确定时，取s/b=0.010.015对应荷载值；但值不应大于最大加载量的一半。,二、静力触探试验法,Qf,Qc,用静压力将装有探头的触探器压入土中，通过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接反映了土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验所得到的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变形模量及压缩模量建立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量。,方法介绍：,探头阻力Q可分为两个部分,1.锥头阻力Qc,2.侧壁摩阻力Qf,比贯入阻力：探头单位截面积的阻力,三、标准贯入试验法,试验时，先行钻孔，再把上端接有钻杆的标准贯入器放至孔底，然后用质量为63.5kg的锤，以76cm的高度自由下落将贯入器先击入土中15cm，然后测继续打30cm的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数。,方法介绍：,建立标准贯入击数与地基承载力之间的对应关系，可以得到相应标准贯入击数下的地基承载力。,8.5 按地基规范确定地基承载力,一、按抗剪强度指标确定地基承载力 二、按工程经验确定地基承载力,一、按抗剪强度指标确定地基承载力,1.抗剪强度指标标准值ck、k,a.根据室内n组三轴试验结果，计算土性指标的平均值、标准差和变异系数。,平均值,标准差,变异系数,b.计算内摩擦角和粘聚力的统计修正系数 、c 。,c.计算内摩擦角和粘聚力的标准值。,2.确定地基承载力特征值,当e0.033b，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力,fa 土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值 Mb、Md、Mc 承载力系数（可根据k查表得到)。 地基土的重度，地下水位以下取浮重度。 d基础埋置深度(m)，从室外地面标高计算。 m基础底面以上土的加权重度，地下水位以下取浮重度。 b 基础地面宽度，大于6m时，按6m取值，对于砂土小于 3m时按3m取值。 ck 基底下一倍短边宽深度