地基承载力概述

第6章章地基基承载载力6.1概概述述地基承承载力力是指地地基土土单位位面积积上所所能承承受荷荷载的的能力力，以以kPa计计。一一般用用地基承承载力力特征征值来表述述。地基承承载力力的特特征值值是指指由载载荷试试验测测定的的地基基土压压力变变形曲曲线线线性变变形段段内规规定的的变形形所对对应的的压力力值地基承承载力力可分分为允允许承承载力力和极极限承承载力力允许承承载力力是指指地基基土允允许承承受荷荷载的的能力力极限承承载力力是地基基土发发生剪剪切破破坏而而失去去整体体稳定定时的的基底底最小小压力力。概述述地基土土沉降降变形形建筑物物基础础沉降降和沉沉降差差变形要要求概述述荷载过过大超超过地地基承承载力力地基产产生滑滑动破破坏稳定要要求概述述确定地地基承承载力力的方方法有有载荷试试验法法、理理论计计算法法、规规范查查表法法、经经验估估算法法等在工程程设计计中为为了保保证地地基土土不发发生剪剪切破破坏而而失去去稳定定，同同时也也为使使建筑筑物不不致因因基础础产生生过大大的沉沉降和和差异异沉降降，而而影响响其正正常使使用，，必须须限制制建筑筑物基基础底底面的的压力力，使使其不不得超超过地地基的的承载载力设设计值值6.2地地基基的破破坏模模式现场载载荷试试验:通过过试验验可得到载载荷板板在各各级压压力p的作作用下，，其相相应的的稳定定沉降降量，，绘得p-s曲曲线图8-9p-s曲曲线a-整整体剪剪切破破坏；；b-局局部剪剪切破破坏；；c-刺刺入剪剪切破破坏地基的的破坏坏的形形式整体剪剪切破破坏:常发发生在在浅埋埋基础础下的的密砂砂或硬硬粘土土等坚坚实地地基中中oPSPcrfuab临塑荷荷载极限荷荷载地基的的破坏坏形式式局部剪剪切破破坏:常发生生于中中等密实砂砂土中中静荷载载曲线线没有有明显显的直直线段段，地地基破破坏的的曲线线也不不呈现现整体体剪切切破坏坏那样样的明明显的的陡降降。当当基底底压力力达到到一定定数值值即相相应的的极限限荷载载时，，基础础两侧侧微微微隆起起，然然而剪剪切破破坏区区仅仅仅被限限制在在地基基内部部的某某一区区域，，未形形成延延伸至至底面面的连连续滑滑动面面。地基的的破坏坏形式式刺入剪剪切破破坏:发发生在松松砂及及软土土中随着荷荷载的的增加加，基基础出出现持持续下下沉，，主要要因为为地基基土的的较大大压缩缩以至至于基基础呈呈现连连续刺刺入。。地基基不出出现连连续滑滑动面面，基基础侧侧面地地面不不出现现隆起起，因因而基基础边边缘下下的地地基垂垂直剪剪切破破坏地基的破坏坏形式地基的破坏坏形式，主主要与地基基土的性质质尤其是与与压缩性质质有关，还还同基础埋埋置深度、、加荷速度度等因素有有关。较坚硬或密密实的土，，具有较低低的压缩性性，通常呈呈现整体剪剪切破坏软弱粘土或或松砂土地地基，具有有中高压缩缩性，常常常呈现局部部剪切破坏坏或者刺入入剪切破坏坏。地基的破坏坏形式地基变形的的三个阶段段(1)压密密阶段(或或称直线变变形阶段)p-s曲曲线上的oa段，p-s曲曲线接近近于直线，，土中各点点的剪应力力均小于土土的抗剪强强度，土体体处于弹性性平衡状态态。载荷板板的沉降主主要是由于于土的压密密变形引起起的。把p-s曲曲线上相应应于a点的的荷载称为为比例界限限pcr，也称临临塑荷载。。地基的破坏坏形式(2)剪切切阶段p-s曲曲线上的ab段，此此段曲线为为非线性关关系，沉降降的增长率率△S/△△p随荷载载的增大而而增加。地地基土中局局部范围内内的剪应力力达到土的的抗剪强度度，土体发发生剪切破破坏，这些些区域也称称塑性区。。随着荷载载的继续增增加，土中中塑性区的的范围也逐逐步扩大，，直到土中中形成连续续的滑动面面，由载荷荷板两侧挤挤出而破坏坏。因此，，剪切阶段段也是地基基中塑性区区的发生与与发展阶段段。相应于于p-s曲曲线上b点的荷载载称为极限限荷载pu。地基的破坏坏形式(3)破坏坏阶段p-s曲曲线上的bc段。当当荷载超过过极限荷载载后，载荷荷板急剧下下沉，即使使不增加荷荷载，沉降降也将继续续发展，因因此，p-s曲线线陡直下降降。在这一一阶段，由由于土中塑塑性区范围围的不断扩扩展，最后后在土中形形成连续滑滑动面，土土从载荷板板四周挤出出隆起，地地基土失稳稳而破坏。。6.3地地基临塑荷荷载和临界界荷载按塑性开展展深度确定定地基承载载力假定条件地基为均质质半无限体体，将地基基中的剪切切破坏区即即塑性开展展区限制在在一定范围围内。允许塑性区区有一定的的开展范围围又保证地地基最大限限度的安全全承担结构构荷载时的的基地压力力确定地基基的设计承承载力地基临塑荷荷载和临界界荷载按塑性开展展深度确定定地基承载载力解答思路依据弹性理理论求出地地基任意点点自重应力力和附加应应力的表达达式，再应应用极限平平衡条件推推求塑性区区边界方程程，从而通通过限定塑塑性开展区区的最大深深度获得地地基承载力力公式。6.3地地基临塑荷荷载和临界界荷载地基的临塑荷载Pcr：：地基中中刚开始出出现塑性变变形区时相相应的基底底压力。临塑荷载的的计算公式式P174---(6-5)地基临塑荷荷载和临界界荷载式中：d——基础础的埋置深深度，m；；γ——基底底平面以上上土的重度度，kN/m3；；c——土的的粘聚力，，kPa；；φ——土的的内摩擦角角(度)，，计算时化化为弧度，，即乘乘π/180;Nd、Nc——承承载力系数数，可查表表6-1得得出。地基的临界界荷载临界荷载因用Pcr作为地地基承载力力设计值偏偏保守而不不经济，故故工程中允允许塑性区区发展到一一定范围。。一般中心心受压基础础可取zmax=b/4，，偏心受压压基础可取取zmax=b/3，与此此相应的地地基承载力力用P1/3、P1/4表示，称为为临界荷载载。地基的临界界荷载临临界荷载公公式(6-6)、(6-7)地基的临界界荷载式(6-6)与式(6-7)中，第一一项中的γγ为基底面面以下地基基土的重度度；第二项项中的γ为为基础埋置置深度范围围内土的重重度；如系系均质土地地基则重度度相同。另另外，如地地基中存在在地下水时时，则位于于水位以下下的地基土土取浮重度度γ′值计计算。6.4地地基承载载力的确定定方法按极限荷载载确定地基基承载力极限荷载即即地基达到到完全剪切切破坏时的的最小压力力。极限荷荷载除以安安全系数可可作为地基基的承载力力设计值。。极限承载力力的理论推推导目前只只能针对整整体剪切破破坏模式进进行。确定定极限承载载力的计算算公式：一一类是假定定滑动面法法，先假定定在极限荷荷载作用时时土中滑动动面的形状状，然后根根据滑动土土体的静力力平衡条件件求解;另另一类是理理论解，根根据塑性平平衡理论导导出在已知知边界条件件下，滑动动面的数学学方程式来来求解。公式基本形式式pu=γbNγ+Nqq+Ncc。在平面问题题中浅基础应应用较多的是是太沙基与汉汉森公式。按极限荷载确确定地基承载载力太沙基公式:太沙基利利用塑性理论论推导了条形形浅基础(d＜b)，在在铅直中心荷荷载作用下，，地基极限荷荷载的理论公公式pu=γbNγ+Ncc+Nqq(6-8)式中：pu——地基基极限承载力力，kPa；；φ——土的内内摩擦角，度度；c——基土的的粘聚力，kPa；q——q=γγd,kPa；γ——基土的的重度，kN/m3；Nγ、Nc、Nq———承载力系系数，可查表表6-2。按极限荷载确确定地基承载载力地基承载力设设计值f=Pu/Fs式中:Fs_---------地基极限荷载载安全系数，，Fs≥3.0按极限荷载确确定地基承载载力汉森公式汉森公式是个个半经验公式式，它适用于于倾斜荷载作作用下，不同同基础形状和和埋置深度的的极限荷载的的计算。由于于适用范围较较广，对水利利工程有实用用意义，已被被我国港口工工程技术规范范所采用。汉汉森公式的普普遍形式(未未列入地表面面倾斜系数)为puv=0.5γb′NγSγiγ+qNqSqdqiq+cNcScdcic(6-12)按极限荷载确确定地基承载载力影响极限承载载力的因素从上述所讲的的确定极限荷荷载公式(6-8)和(6-12)可知，影响响极限承载力力的因素主要要有：土的重重度γ；土的的抗剪强度指指标φ和c；；基础埋深d；基础宽度度b。γ、φφ、c、d、、b越大，土土的极限承载载力也越大，，但对于饱和和软土(φ=0)，增大大基础宽度b对Pu几乎乎没有影响。。在这五个影影响因素中，，对极限承载载力影响很大大的就是φ、、c，正确采采用φ、c值值是合理确定定极限承载力力的关键。按工程规范确确定地基承载载力地基承载力的的确定，是一一个与地基土土的性质、建建筑物的特点点等多种因素素有关的复杂杂问题。本节节着重介绍按按《建筑地基基基础设计规规范》(GB50007-2002)查表确定定地基承载力力的方法。《《规范》是根根据大量建筑筑工程实践经经验、现场载载荷试验、标标准贯入试验验，轻便触探探试验和室内内土工试验数数据，对相应应的地基承载载力进行统计计、分析、制制定的。按工程规范确确定地基承载载力规范承载力表表是在总结科科研成果和工工程实践经验验的基础上制制定的，利用用现场勘查资资料或室内试试验资料直接接查表得到承承载力的标准准值或承载力力的基本值。。当基础宽度b≤3m，基基础埋深d=0.5m，，可按《规范范》各表所列列的数值确定定地基承载力力的标准值或或基本值。如如果实际工程程的b、d超超过上述范围围，则地基承承载力需进行行宽度与深度度修正，修正正后为地基承承载力的设计计值(或称容容许承载力)按工程规范确确定地基承载载力根据野外鉴别别结果确定地地基承载力标标准值fk岩石的硬度不不同、风化程程度不同，其其承载力标准准值亦不同碎石和土的种种类不同、密密实程度不同同，其承载力力标准值亦不不同根据室内物理理力学指标平平均值确定地地基承载力基基本值f0粉土根据孔隙隙比和含水率率选取承载力力基本值粘土根据孔隙隙比和液性指指数选取承载载力基本值淤泥质土根据据天然含水量量选取承载力力基本值红粘土根据含含水比和液塑塑比选取承载载力基本值素填土根据压压缩模量选取取承载力基本本值按工程规范确确定地基承载载力根据室内物理理力学指标平平均值确定地地基承载力标标准值fk先按规定查表表6-7、表表6-11中中的承载力基基本值f0，然后再乘以以回归系数计计算fk，，即fk=f0φf根据标准贯入入试验锤击数数N，轻便触触探试验锤击击数N6,确定地基承承载力标准值值fk现场试验锤击击数应经下式式修正：N(或N6)=μ-1.645σσ(6-18)确定地基承载载力设计值的的方法地基承载力设设计值的意义义是指在建筑筑物荷载作用用下，能够保保证地基不发发生失稳破坏坏，同时也不不产生建筑物物所不容许的的沉降时的最最大基底压力力。地基承载力设设计值既要考考虑土的强度度性质，同时时还要考虑不不同建筑物对对沉降的要求求。确定地基承载载力设计值的的方法，一般般有下面几种种：确定地基承载载力设计值的的方法根据载荷试验验的p-s曲曲线来确定定承载力的基基本值，再经经过修正确定定承载力设计计值(1)当p-s曲线线上有明确的的比例界限时时，取该比例例界限所对应应的荷载值pcr作为承载力基基本值；(2)当极限限荷载能确定定，且该值小小于对应比例例界限的荷载载值1.5倍倍时，取荷载载极限值一半半作为承载力力基本值；⑶不能按上述述二点确定时时，当承压板板面积为0.25～0.50m2，对低压缩性性土和砂土，，可取s/b=0.01～0.015所对应的的荷载值；对对中、高、压压缩性土可取取s/b=0.02所对对应的荷载值值为承载力的的基本值；⑷同一土层参参加统计的试试验点不应少少于3个点，，基本值的极极差（最大值值与最小值之之差）不超过过平均值的30％，取其其平均值作为为地基承载力力标准值fk。再经过实际际基础的宽度度、深度的修修正，即可得得到承载力设设计值。确定地基承载载力设计值的的方法根据地基承载载力理论公式式确定:一种种是通过控制制地基塑性区区的发展范围围确定承载力力，另一种是是计算极限荷荷载。然后再再除以安全系系数的方法根据设计规范范确定:在在《建筑地基基基础