地基承载力概述.ppt

第6章地基承载力 6 1概述 地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力 以kPa计 一般用地基承载力特征值来表述 地基承载力的特征值是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值地基承载力可分为允许承载力和极限承载力允许承载力是指地基土允许承受荷载的能力极限承载力是地基土发生剪切破坏而失去整体稳定时的基底最小压力 概述 地基土沉降变形 建筑物基础沉降和沉降差 变形要求 概述 荷载过大超过地基承载力 地基产生滑动破坏 稳定要求 概述 确定地基承载力的方法有载荷试验法 理论计算法 规范查表法 经验估算法等在工程设计中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基础产生过大的沉降和差异沉降 而影响其正常使用 必须限制建筑物基础底面的压力 使其不得超过地基的承载力设计值 6 2地基的破坏模式 现场载荷试验 通过试验可得到载荷板在各级压力p的作用下 其相应的稳定沉降量 绘得p s曲线 图8 9p s曲线a 整体剪切破坏 b 局部剪切破坏 c 刺入剪切破坏 地基的破坏的形式 整体剪切破坏 常发生在浅埋基础下的密砂或硬粘土等坚实地基中 o P S Pcr fu a b 临塑荷载 极限荷载 地基的破坏形式 局部剪切破坏 常发生于中等密实砂土中 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 当基底压力达到一定数值即相应的极限荷载时 基础两侧微微隆起 然而剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域 未形成延伸至底面的连续滑动面 地基的破坏形式 刺入剪切破坏 发生在松砂及软土中 随着荷载的增加 基础出现持续下沉 主要因为地基土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入 地基不出现连续滑动面 基础侧面地面不出现隆起 因而基础边缘下的地基垂直剪切破坏 地基的破坏形式 地基的破坏形式 主要与地基土的性质尤其是与压缩性质有关 还同基础埋置深度 加荷速度等因素有关 较坚硬或密实的土 具有较低的压缩性 通常呈现整体剪切破坏软弱粘土或松砂土地基 具有中高压缩性 常常呈现局部剪切破坏或者刺入剪切破坏 地基的破坏形式 地基变形的三个阶段 1 压密阶段 或称直线变形阶段 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 土体处于弹性平衡状态 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pcr 也称临塑荷载 地基的破坏形式 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 S p随荷载的增大而增加 地基土中局部范围内的剪应力达到土的抗剪强度 土体发生剪切破坏 这些区域也称塑性区 随着荷载的继续增加 土中塑性区的范围也逐步扩大 直到土中形成连续的滑动面 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发展阶段 相应于p s曲线上b点的荷载称为极限荷载pu 地基的破坏形式 3 破坏阶段p s曲线上的bc段 当荷载超过极限荷载后 载荷板急剧下沉 即使不增加荷载 沉降也将继续发展 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 最后在土中形成连续滑动面 土从载荷板四周挤出隆起 地基土失稳而破坏 6 3地基临塑荷载和临界荷载 按塑性开展深度确定地基承载力假定条件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 允许塑性区有一定的开展范围又保证地基最大限度的安全承担结构荷载时的基地压力确定地基的设计承载力 地基临塑荷载和临界荷载 按塑性开展深度确定地基承载力解答思路依据弹性理论求出地基任意点自重应力和附加应力的表达式 再应用极限平衡条件推求塑性区边界方程 从而通过限定塑性开展区的最大深度获得地基承载力公式 6 3地基临塑荷载和临界荷载 地基的临塑荷载Pcr 地基中刚开始出现塑性变形区时相应的基底压力 临塑荷载的计算公式P174 6 5 地基临塑荷载和临界荷载 式中 d 基础的埋置深度 m 基底平面以上土的重度 kN m3 c 土的粘聚力 kPa 土的内摩擦角 度 计算时化为弧度 即乘 180 Nd Nc 承载力系数 可查表6 1得出 地基的临界荷载 临界荷载因用Pcr作为地基承载力设计值偏保守而不经济 故工程中允许塑性区发展到一定范围 一般中心受压基础可取zmax b 4 偏心受压基础可取zmax b 3 与此相应的地基承载力用P1 3 P1 4表示 称为临界荷载 地基的临界荷载临界荷载公式 6 6 6 7 地基的临界荷载 式 6 6 与式 6 7 中 第一项中的 为基底面以下地基土的重度 第二项中的 为基础埋置深度范围内土的重度 如系均质土地基则重度相同 另外 如地基中存在地下水时 则位于水位以下的地基土取浮重度 值计算 6 4地基承载力的确定方法 按极限荷载确定地基承载力极限荷载即地基达到完全剪切破坏时的最小压力 极限荷载除以安全系数可作为地基的承载力设计值 极限承载力的理论推导目前只能针对整体剪切破坏模式进行 确定极限承载力的计算公式 一类是假定滑动面法 先假定在极限荷载作用时土中滑动面的形状 然后根据滑动土体的静力平衡条件求解 另一类是理论解 根据塑性平衡理论导出在已知边界条件下 滑动面的数学方程式来求解 公式基本形式pu bN Nqq Ncc 在平面问题中浅基础应用较多的是太沙基与汉森公式 按极限荷载确定地基承载力 太沙基公式 太沙基利用塑性理论推导了条形浅基础 d b 在铅直中心荷载作用下 地基极限荷载的理论公式pu bN Ncc Nqq 6 8 式中 pu 地基极限承载力 kPa 土的内摩擦角 度 c 基土的粘聚力 kPa q q d kPa 基土的重度 kN m3 N Nc Nq 承载力系数 可查表6 2 按极限荷载确定地基承载力 地基承载力设计值f Pu Fs式中 Fs 地基极限荷载安全系数 Fs 3 0 按极限荷载确定地基承载力 汉森公式汉森公式是个半经验公式 它适用于倾斜荷载作用下 不同基础形状和埋置深度的极限荷载的计算 由于适用范围较广 对水利工程有实用意义 已被我国港口工程技术规范所采用 汉森公式的普遍形式 未列入地表面倾斜系数 为puv 0 5 b N S i qNqSqdqiq cNcScdcic 6 12 按极限荷载确定地基承载力 影响极限承载力的因素从上述所讲的确定极限荷载公式 6 8 和 6 12 可知 影响极限承载力的因素主要有 土的重度 土的抗剪强度指标 和c 基础埋深d 基础宽度b c d b越大 土的极限承载力也越大 但对于饱和软土 0 增大基础宽度b对Pu几乎没有影响 在这五个影响因素中 对极限承载力影响很大的就是 c 正确采用 c值是合理确定极限承载力的关键 按工程规范确定地基承载力 地基承载力的确定 是一个与地基土的性质 建筑物的特点等多种因素有关的复杂问题 本节着重介绍按 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 查表确定地基承载力的方法 规范 是根据大量建筑工程实践经验 现场载荷试验 标准贯入试验 轻便触探试验和室内土工试验数据 对相应的地基承载力进行统计 分析 制定的 按工程规范确定地基承载力 规范承载力表是在总结科研成果和工程实践经验的基础上制定的 利用现场勘查资料或室内试验资料直接查表得到承载力的标准值或承载力的基本值 当基础宽度b 3m 基础埋深d 0 5m 可按 规范 各表所列的数值确定地基承载力的标准值或基本值 如果实际工程的b d超过上述范围 则地基承载力需进行宽度与深度修正 修正后为地基承载力的设计值 或称容许承载力 按工程规范确定地基承载力 根据野外鉴别结果确定地基承载力标准值fk岩石的硬度不同 风化程度不同 其承载力标准值亦不同碎石和土的种类不同 密实程度不同 其承载力标准值亦不同根据室内物理力学指标平均值确定地基承载力基本值f0粉土根据孔隙比和含水率选取承载力基本值粘土根据孔隙比和液性指数选取承载力基本值淤泥质土根据天然含水量选取承载力基本值红粘土根据含水比和液塑比选取承载力基本值素填土根据压缩模量选取承载力基本值 按工程规范确定地基承载力 根据室内物理力学指标平均值确定地基承载力标准值fk先按规定查表6 7 表6 11中的承载力基本值f0 然后再乘以回归系数计算fk 即fk f0 f根据标准贯入试验锤击数N 轻便触探试验锤击数N6 确定地基承载力标准值fk现场试验锤击数应经下式修正 N 或N6 1 645 6 18 确定地基承载力设计值的方法 地基承载力设计值的意义是指在建筑物荷载作用下 能够保证地基不发生失稳破坏 同时也不产生建筑物所不容许的沉降时的最大基底压力 地基承载力设计值既要考虑土的强度性质 同时还要考虑不同建筑物对沉降的要求 确定地基承载力设计值的方法 一般有下面几种 确定地基承载力设计值的方法 根据载荷试验的p s曲线来确定承载力的基本值 再经过修正确定承载力设计值 1 当p s曲线上有明确的比例界限时 取该比例界限所对应的荷载值pcr作为承载力基本值 2 当极限荷载能确定 且该值小于对应比例界限的荷载值1 5倍时 取荷载极限值一半作为承载力基本值 不能按上述二点确定时 当承压板面积为0 25 0 50m2 对低压缩性土和砂土 可取s b 0 01 0 015所对应的荷载值 对中 高 压缩性土可取s b 0 02所对应的荷载值为承载力的基本值 同一土层参加统计的试验点不应少于3个点 基本值的极差 最大值与最小值之差 不超过平均值的30 取其平均值作为地基承载力标准值fk 再经过实际基础的宽度 深度的修正 即可得到承载力设计值 确定地基承载力设计值的方法 根据地基承载力理论公式确定 一种是通过控制地基塑性区的发展范围确定承载力 另一种是计算极限荷载 然后再除以安全系数的方法根据设计规范确定 在 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 中给出了各种土类的地基承载力表 这些表是根据在各类土上所做的大量的载荷试验资料 以及工程经验总结经过统计分析而得到的 使用时可根据现场土的物理力学性质指标 以及基础的宽度和埋置深度 按规范中的表格和公式得到地基承载力设计值 6 5地基承载力的特征值 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 规定 地基承载力的特征值是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值 其最大值为比例界限值 地基承载力的特征值可由载荷试验或其它原位测试 公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定 地基承