地基承载力-课件

第六章

地基承载力

第六章

地基承载力

1地基承载力1建筑物地基设计的基本要求2地基在外荷载作用下的破坏形式3极限平衡理论求地基极限承载力4其他求极限承载力的方法5地基的临塑荷载、临界荷载与容许承载力地基承载力1建筑物地基设计的基本要求2地基承载力第一节概述地基承载力第一节概述3一、地基承载力定义极限承载力

Ultimatebearingcapacity

承载地基在发生剪切破坏时的荷载强度

The

intensityofbearingpressureatwhichthesupportinggroundisexpectedtofailinshear一、地基承载力定义极限承载力41建筑物地基设计的基本要求1）稳定要求：荷载小于承载力（抗力）ppu/Fs=f

2）变形要求：变形小于设计允许值S[S]（1）沉降量（2）沉降差（3）倾斜（4）局部倾斜1建筑物地基设计的基本要求1）稳定要求：52地基破坏的形式1)竖直荷载下地基破坏的形式整体破坏

密实砂土，坚硬粘土，浅埋局部剪切破坏

土质较软冲剪破坏

软粘土，深埋液化饱和松砂2)竖直和水平荷载下地基破坏形式表面滑动水平力大深层滑动竖直荷载大2地基破坏的形式1)竖直荷载下地基破坏的形式62.局部剪切松软地基，埋深较大；曲线开始就是非线性，没有明显的骤降段。3.冲剪破坏松软地基，埋深较大；荷载板几乎垂直下切，两侧无土体隆起。1.整体破坏土质坚实,基础埋深浅；曲线开始近直线，随后沉降陡增，两侧土体隆起。GeneralshearfailureLocalshearfailurePunchingshearfailure1.整体破坏PS2.局部剪切PS3.冲剪破坏PS深土层表面土2.局部剪切3.冲剪破坏1.整体破坏Generalshea7某谷仓的地基整体破坏某谷仓的地基整体破坏81940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆9水泥仓地基

整体破坏蓝粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向岩石办公楼外墙黄粘土水泥仓地基

整体破坏蓝粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向岩石10在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏112地基破坏的形式1)竖直荷载下地基破坏的形式整体破坏

密实砂土，坚硬粘土，浅埋局部剪切破坏

土质较软冲剪破坏

软粘土，深埋液化饱和松砂2地基破坏的形式1)竖直荷载下地基破坏的形式121964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化

1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化13地基液化引起的建筑物破坏地基液化引起的建筑物破坏143竖直荷载和水平荷载下建筑物地基破坏的形式深层滑动PhPv表层滑动PhPv3竖直荷载和水平荷载下建筑物地基破坏的形式深层滑动PhPv15地基承载力--课件16301-1203301-1203174地基的变形

1建筑物地基设计的基本要求1）稳定要求：荷载小于承载力（抗力）

ppu/Fs=f2）变形要求：变形小于设计允许值S[S](1)沉降量(2)沉降差相邻柱基(3)倾斜砌体承重结构

(4)局部倾斜4地基的变形

1建筑物地基设计的基本要求1）稳定要求：荷18某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降达2.2米，存在明显的沉降差。墨西哥的沉降问题是世界著名的某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降达219比萨斜塔-不均匀沉降的典型始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。倾斜5.5，顶部偏心2.1米比萨斜塔-不均匀沉降的典型始建于1173年，60米高。12720Nishinomiya大桥的桥墩破坏.6个桥墩中至少2个严重破坏，其可能的原因是岸边桥墩的大变形导致第一组桥墩过载。日本1995年1月17日阪神大地震Nishinomiya大桥的桥墩破坏.6个桥墩中至少2个严21相邻建筑物施工引起的原有建筑物的局部倾斜（软粘土地基）相邻建筑物施工引起的原有建筑物的局部倾斜22膨胀土地基上建筑物的开裂（美国—加拿大）潜在性膨胀土的分布于热带和温带的半干旱地区内。这种条件助长了蒙特石形成。很多国家都发现了膨胀土。印度的黑棉土《膨胀土上的基础》陈孚华TU4431膨胀土地基上建筑物的开裂（美国—加拿大）潜在性膨胀土的分布于23膨胀土对建筑物的危害活动区域膨胀土对建筑物的危害活动区域24如何满足地基设计的条件？承载力？变形？确定承载力的三种方法 载荷试验 理论公式计算 经验方法如何满足地基设计的条件？承载力？251荷载沉降曲线临塑荷载、极限荷载pcrpu临塑荷载连续滑动面和极限荷载塑性区发展和临界荷载pcrpu地基土开始出现剪切破坏s连续滑动面二、临塑荷载临界荷载极限荷载pcr~pu1荷载沉降曲线临塑荷载、极限荷载pcrpu临塑荷载连续26地基承载力--课件271128112828允许地基中有一定的塑性区，作为设计承载力

--考察地基中塑性区的发展地基土中某一点应力状态：，极限平衡应力状态（塑性区）允许地基中有一定的塑性区，作为设计承载力

--考察地基中塑性29条形荷载塑性区的计算自重应力：s1=(d+z)s3=k0(d+z)弹性区的附加应力：合力=：1，3设k0=1.0s1=s3=(d+z)dzMψ条形荷载塑性区的计算自重应力：dzMψ30塑性区的计算弹性区的合力：极限平衡条件：dzMψ塑性区的计算弹性区的合力：dzMψ31塑性区的计算应力代入极限平衡条件式得---弹塑区边界方程：z=f(ψ)DzMψ塑性区的计算应力代入极限平衡条件式DzMψ32弹塑区边界方程弹塑区边界方程33塑性区的最大深度ZmaxdMψ塑性区的最大深度ZmaxdMψ34地基承载力--课件35地基承载力--课件36对应Zmax=0—临塑荷载对应Zmax=0—临塑荷载37饱和粘土地基破坏区为半圆与b无关确定临塑荷载饱和粘土地基破坏区为半圆与b无关确定临塑荷载38最大塑性区深度为b/4或b/3时所对应的p确定临界荷载最大塑性区深度为b/4或b/3时所对应的p确定临界荷载39地基承载力--课件40对应Zmax=0—临塑荷载；对应Zmax=B/4，B/3—临界荷载。pcrp1/4,p1/3=NB/2+Nq

d+Ncc（对于三个荷载，三个系数不同。）矛盾出现塑性后，仍用弹性公式计算应力。对应Zmax=0—临塑荷载；矛盾出现塑性后，仍用弹性公式41各种临界荷载的承载力系数

Nq

Nc

N

pcr

1+/ctg-

/2+)(1-Nq)ctg0p1/41+/ctg-

/2+)(1-Nq)ctg(Nq-1)/2p1/31+/ctg-

/2+)(1-Nq)ctg2(Nq-1)/3各种临界荷载的承载力系数42极限状态Limitstate结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时这一特定状态称为结构对于该功能的极限状态承载能力极限状态

一般是结构的内力超过其承载能力正常使用极限状态

一般是以结构的变形、裂缝和振动参数超过设计允许的限值为依据根据承载能力极限状态确定地基的承载力三地基承载力的理论公式

1极限状态定义极限状态Limitstate三地基承载力的理论公式

143地基承载力－理论公式法

普朗特-瑞斯纳承载力公式一.极限平衡理论：1.平衡方程2.极限平衡条件3.假设与边界条件二.普朗特-瑞斯纳承载力公式1.条形基础地基的滑裂面形状2.极限承载力puDD地基承载力－理论公式法

普朗特-瑞斯纳承载力公式44平面问题的平衡方程（1）（2）极限平衡条件（3）z

zx

x

xz平面问题的平衡方程（1）（2）极限平衡条件（3）zzx45三、普朗特(Prandtl)的基本假设基础底面是绝对光滑的（，保证竖直荷载是主应力无重介质的假设：

即在式（1）中=0DD三、普朗特(Prandtl)的基本假设基础底面是绝对光滑的D461.极限平衡区与滑裂面的形状无重介质地基的滑裂线网BEFBp实际地面DC1.极限平衡区与滑裂面的形状无重介质地基的滑裂线网BEFB47IIIIIIIIIII四、地基极限承载力的理论近似解（Prandtl-Vesic

公式）I：主动区II：过渡区III：被动区IIIIIIIIIII四、地基极限承载力的理论近似解（Pra481.主动区Ⅰ：pu为大主应力，（与水平方向夹角45/2）2.被动区Ⅲ：水平方向为大主应力，与水平方向夹角45-/23.过度区：r=r0etg

地基中的极限平衡区BEFBp实际地面DCIIIIIIr0r1.主动区Ⅰ：pu为大主应力，（与水平方向夹角45/49I区垂直应力pu为大主应力，（与水平方向夹角452）=pukapuPuI区垂直应力pu为大主应力，=pukapu50处于破坏的临界状态A点所代表的截面为剪破面该截面与主应力面的夹角为

§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论A极限应力圆处于破坏的临界状态§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土51r0rAr0rA52III区水平方向为大主应力，与水平方向夹角45-23=D1kpDq=DIII区水平方向为大主应力，3=D1kp53处于破坏的临界状态A点所代表的截面为剪破面该截面与主应力面的夹角为

§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论A极限应力圆处于破坏的临界状态§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土54r0rAr0rA552区：过度区：极限平衡第二区：r=r0etgr0r2区：过度区：极限平衡r0r56r=r0etg=R过顶点Atg=dr/r

d=r0etgdtgr0e

tgd=tg=dRdrdlrd=Ar=r0etg=tg=dr/rd==57Rr0rAcRr0rAc582.极限承载力pK

Nq,Nc:承载力系数2.极限承载力pKNq,Nc:承载力系数59地基承载力--课件60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ξr、ξq、ξc

——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61*其它半经验承载力公式一.太沙基公式二.汉森公式三.其它承载力公式*其它半经验承载力公式一.太沙基公式62思考题大型建筑物往往是由沉降控制设计小型建筑物往往由承载力控制设计。为什么（基础的宽度对于地基的承载力和沉降各由什么影响？）思考题大型建筑物往往是由沉降控制设计63极限承载力pu的组成BN/2cNcDqNq极限承载力pu的组成BN/2cNcDqNq64极限承载力的三部分滑动土体自重产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力侧荷载D产生的抗力极限承载力的三部分滑动土体自重产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生65(1)的影响pu影响滑裂面形状的大小，承载力因数的大小.滑动土体的体积,q的分布范围,滑裂面的大小.(1)的影响pu影响滑裂面形状的大小，承载力因数的66(2)宽度B增加为2B,滑动体体积增加为原来的22倍(提供的抗力),由此增加的承载力增加为原来的2倍.(BN/2线性增加）B增加，q的分布面积线性增加，qNq不变。B增加，滑裂面面积线性增加，cNc不变pupu(2)宽度B增加为2B,滑动体体积增加为原来的22倍(提供67(3)qNq,与侧面荷载大小，和荷载分布范围有关-滑裂面形状有关。滑裂面形状与有关。Nq,是的函数pupu(3)qNq,与侧面荷载大小，和荷载分布范围有关-滑裂面形68(4)cNc,与粘聚力，和滑裂面长度有关--滑裂面形状有关。滑裂面形状与有关。Nc,是的涵数pu(4)cNc,与粘聚力，和滑裂面长度有关--滑裂面形状有关69301-1210301-121070总结上节课的内容极限承载力理论界和半理论解1Prantl解假设和滑裂面形状2太沙基解，一般解形式3极限承载力的影响因素,c,，D,B,BEFBp实际地面CIIIIIID45o＋/245o－/2总结上节课的内容BEFBp实际地面CIIIIIID45o＋71五地基的容许承载力--地基承载力设计值容许承载力f及影响因素fpu/Fs,s[s]五地基的容许承载力--地基承载力设计值容许承载力f及影响因72特征值fa(设计承载力)2.局部塑性区地基承受荷载的不同阶段弹性阶段-

临塑荷载3.极限承载力特征值fa2.局部塑性区地基承受荷载的不同阶段弹性阶段-3.73地基承载力设计值f的确定办法：①要求较高：f=Pcr

②一般情况下：f=P1/4

或P1/3

在中国取P1/4或者：③用极限荷载计算：f=Pu/Fs

Fs

---安全系数地基承载力设计值f的确定办法：①要求较高：f=Pc74极限承载力和容许承载力的区别极限承载力pu地基达到完全剪切破坏时的荷载容许承载力f同时满足强度和变形要求的荷载极限承载力和容许承载力的区别极限承载力pu地基达到完75确定地基承载力设计值的方法1.现场试验法：载荷试验、标准贯入试验、静力触探等。要进行修正2.规范公式计算法，3.根据经验确定容许承载力，做宽度深度修正确定地基承载力设计值的方法1.现场试验法：载荷试验、标准贯入76地基承载力--课件77地基承载力--课件781205120579地基承载力--课件80地基承载力--课件81第5节按《规范》确定地基承载力规范提供的数据和方法：大多是根据土工试验，工程实践和地基荷载试验总结出来的，具有一定安全储备，第5节按《规范》确定地基承载力规范提供的数据和方法：82

《桥规》基本容许承载力

----当基础宽度b<=2m，埋置深度h<=3m时地基的容许承载力。根据土的类别及土的物理力学性质指标查表。容许承载力----在保证地基稳定（不破坏）条件下，建筑物的沉降量不超过容许值的地基承载力。根据，考虑实际基础埋深、基础宽度进行修正计算。

《桥规》基本容许承载力83

当基础宽度b>2m，埋深H>3m，且：当基础宽度b>2m，埋深H>3m，且84软土地基容许承载力

软土地基容许承载力85？？？？？？？？86地基承载力--课件87《建规》1、f0fkf

承载力基本值f0

（根据土的物理力学性质指标查表）

承载力标准值fk(根据f0修正或直接查表）

承载力设计值f

（根据fk考虑基础实际深度、宽度进行修正）：

《建规》88

《建规》

根据土的强度指标确定承载力：当荷载偏心距小于或等于1/30基底宽度时

承载力系数查表6-23（与有关）《建规》根据土的强度指标确定承载力：89地基承载力--课件90现场试验Insitutesting载荷板试验LoadingPlate－深浅均可旁压仪Pressuremeter

－较深地基静力触探StaticConePenetration动力触探DynamicPenetration十字板VaneShear－饱和软粘土第6节原位测试确定地基承载力现场试验Insitutesting载荷板试验Loadi91千斤顶荷载板现场荷载试验试验Insitutesting（最直接可信）千斤顶荷载板现场荷载试验试验Insitutesting92地基承载力--课件93现场载荷试验现场载荷试验94现场载荷试验千斤顶荷载板现场载荷试验千斤顶荷载板95地基破坏的判定(1)明显侧向挤出或发生裂纹(2)荷载增量很小,沉降急剧增加,(3)某级荷载增量下,24小时内沉降不能稳定(4)s/b>0.06的荷载作为破坏荷载载荷试验

pcrpuS荷载沉降曲线地基勘探地基破坏的判定载荷试验

pcrpuS荷载沉降曲线地基勘探96现场载荷试验地基勘探现场载荷试验地基勘探97承载力的特征值fak比例界限pcr当pu<1.5pcr时，取极限承载力一半渐变型曲线s/b=0.01—0.015低压缩性土s/b=0.02高压缩性土地基勘探承载力的特征值fak比例界限pcr地基勘探98地基承载力--课件99目前规范中设计承载力的确定静载荷试验fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)fak:静载荷试验确定的承载力-特征值（标准值）fa

：深宽修正后的承载力特征值（设计值）千斤顶荷载板目前规范中设计承载力的确定静载荷试验千斤顶荷载板100如计算所得设计值修正系数，查表6-11：基底下土的天然容重，地下水位以下取浮重度：基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度如计算所得设计值101地基承载力--课件102目前规范中设计承载力的确定承载力公式法：

fa=Mbb+Mdmd+Mcck

fa:承载力特征值（设计值）——相当与p1/4=NB/2+Nq

d+Ncc但当内摩擦角比较大时，2MbN基础工程表2-73经验类比法确定设计承载力目前规范中设计承载力的确定承载力公式法：基础工程表2-7103静力触探采用静力触探仪，通过液压千斤顶或其它机械传动方法，把带有圆锥形探头的钻杆压入土层中，通过探头受到的阻力（贯入阻力），可以换算成地基土的承载力。基本承载力公式（6-48~6-50）承载力：深宽修正系数（表6-25）静力触探采用静力触探仪，通过液压千斤顶或其它机械传动方法，把104静力触探StaticConePenetration

单桥探头端部Ps=Q/A比贯入阻力双桥探头端部和侧壁电缆传感器传感器传感器单桥探头双桥探头静力触探StaticConePenetration电缆105静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化划分土层,承载力、压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等静力触探适用于粘性土和砂类土示意图静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化示意图106管状探头

标准贯入试验SPT,63.5kg,76cm落距,贯入深度30cm的击数,N63.5锥状探头

轻型10kg,50cm落距,贯入深度30cm

中型28k