tlxdjjc9《土力学与地基基础》地基承载力省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

土力学与地基基础第九章地基承载力1/65本章提要与学习目标地基承载力理论与计算是土力学主要课题之一，也是一个非常复杂问题，影响原因比较多。地基基础设计时，必须满足上部结构荷载经过基础传到地基土压力不得大于地基承载力要求，以确保地基土不丧失稳定性。本章主要学习地基破坏模式、浅基础临塑荷载和临界荷载、极限承载力、允许承载力以及地基承载力特征值选取等方面知识。这些内容不但是土强度理论实际应用，也是学习基础工程设计所必备基本知识。2/65经过本章学习，要求了解各种地基承载力理论方法与基本假设，明确各种方法应用前提，能够结合详细实际工程情况，确定合理符合实际地基承载力特征值。3/65本章重点地基、基础、地基承载力地基破坏模式临塑荷载和临界荷载极限承载力、允许承载力地基承载力特征值4/65§9.1地基破坏模式地基：受建筑物影响那部分地层称为地基。基础：与地基接触建筑物下部扩大部分称为基础。持力层、下卧层地基承载力：地基所能承受荷载能力5/65因为地基土在建筑物荷载作用下产生变形，引发基础过大沉降或者沉降差，使上部结构倾斜、开裂以致毁坏或失去使用价值。因为建筑物荷载过大，超出了地基土所能承受能力而使地基产生滑动破坏。

地基中有哪些问题需要考虑呢？

建筑物 荷载

基础

地基

地基中产生附加应力

地基变形6/65建筑物基础沉降量或沉降差必须在该建筑物所允许范围内（变形要求）。

地基必须满足哪些条件呢？建筑物基底压力应该在地基所允许承载能力之内（稳定要求）。

特殊建筑物如堤坝、水闸等地基还应满足抗渗、防冲等特殊要求。

7/65

地基承载力不足而使地基破坏根本原因是因为荷载过大，使地基中剪应力到达或超出了地基土抗剪强度。整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏

地基中剪切破坏型式有

地基承载力不足而使地基破坏实质是基础下持力层土剪切破坏。8/65千斤顶荷载板9/65整体剪切破坏线性变形阶段：主要产生压缩变形，荷载与沉降关系靠近于直线,地基处于弹性平衡状态Ospa

b

c

弹塑性变形阶段: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。破坏阶段：塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧改变。10/65整体剪切破坏临塑荷载pcr: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，地基所承受基底压力。

pcrpuOspa

b

c

极限荷载Pu

：地基濒临破坏(即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段)时，地基所承受基底压力。11/65(2)伴随荷载增加，压密区I向两侧挤压，土中产生塑性区，塑性区先在基础边缘产生，然后逐步扩大形成II、III塑性区。基础沉降增加率较前一阶段增大，故p－s曲线呈曲线状。(1)当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区I，随同基础压入土中，p－s曲线呈直线关系。整体剪切破坏p-s曲线上有两个显著转折点，区分地基变形三个阶段：

整体剪切破坏(3)当荷载到达最大值后，土中形成连续滑动面，并延伸到地面，土从基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，整个地基失稳破坏。

12/65某谷仓地基整体剪切破坏13/651940年在软粘土地基上某水泥仓倾覆14/65伴随荷载增加，基础下也产生压密区I及塑性区II，但塑性区仅仅发展到地基某一范围内，土中滑动面并不延伸到地面，基础两侧地面微微隆起，没有出现显著裂缝。局部剪切破坏p-s曲线没有显著直线段，地基破坏时曲线也没有显著陡降。局部剪切破坏Ospp～s曲线上坡度发生显著改变（即改变率最大点）所对应基底压力p作为地基极限承载力Pu

。15/65伴随荷载增加，基础下土层发生压缩变形，基础出现连续下沉，当荷载继续增加，基础周围附近土体发生竖向剪切破坏，使基础刺入土中，地基不出现连续滑动面，基础两侧地面不出现隆起。冲剪破坏p-s曲线没有显著转折点。冲剪破坏p～s曲线上平均下沉梯度靠近常数且出现不规则下沉时对应基底压力p作为地基极限承载力Pu

。Osp16/65软粘土上密砂地基冲剪破坏17/65较坚硬或密实土

较低压缩性

整体剪切破坏地基破坏方式主要与地基土性质尤其是压缩性相关。地基终究会发生哪种方式破坏呢？软弱粘土或松砂土

中高压缩性

局部剪切破坏或冲剪破坏18/65§9.2浅基础临塑荷载和临界荷载地基允许承载力(allowablebearingcapacity)是指考虑一定安全贮备后地基承载力，普通记作pa。工程实践中，依据建筑物不一样要求，能够用临塑荷载或临界荷载作为地基允许承载力，也能够将极限承载力除以一定安全系数作为地基允许承载力。19/65地基破坏过程中剪切阶段是土中塑性区范围伴随荷载增加而不停发展阶段，把土中塑性区开展到不一样深度时所对应荷载称为临界荷载，而地基土中将要出现不过还未出现塑性区，即塑性区开展深度为0时浅基础基底压力称作临塑荷载。20/65浅基础临塑荷载和临界荷载临塑荷载：2.局部塑性区1.弹性阶段地基处于弹性阶段与局部塑性阶段界限状态时对应荷载。此时地基中任一点都未到达塑性状态，但即将到达21/65临塑荷载与临界荷载计算(条形基础)q=

0dp2

zM自重应力

1=0d+z

3=k0(0d+z)

设k0=1.0协力=附加应力B22/65极限平衡条件：将

1，

3解代入极限平衡条件，得到：23/65由z与单值关系可求出z极值Zmax=0

pcr=

0dNq+cNc临塑荷载其中24/65Zmax=B/4或B/3：p1/4

=BN1/4+0dNq+cNc临界荷载p1/3=BN1/3+0dNq+cNc其中中心荷载偏心荷载25/65临塑荷载是指塑性区最大深度等于基础埋深时所对应荷载。（F）26/65§9.3地基极限承载力理论地基极限承载力(ultimatebearingcapacity)是地基不致失稳时地基土单位面积上所能承受最大荷载，普通记作pu。其确定方法普通有两种：(1)经过载荷板试验；(2)依据土极限平衡条件和已知边界条件，建立一些半经验半理论性计算公式。27/65一、普朗特尔极限承载力理论

宽度为B条形基础，置于地基表面，在中心荷载P作用下极限荷载Pu值普朗特尔基本假设及结果，归纳为以下几点：（1）地基土是均匀、各向同性无重量介质，即认为土r=0，而只含有C，φ材料。（2）基础底面光滑，即基础底面与土之间无摩擦力存在，所以基底压应力垂直于地面。（3）当地基处于极限平衡状态时，将出现连续滑动面，其滑动区域将由朗肯主动区I，径向剪切区II或过渡区和朗肯被动区III所组成。28/65普朗特尔极限承载力理论

Pbcc

dd

ⅠⅡⅡ45o＋

/245o－

/2ⅢⅢ将无限长，底面光滑荷载板至于无质量土(

＝0)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Ⅰ区：主动朗肯区，

1竖直向，破裂面与水平面成45o＋

/2Ⅱ区：普朗特尔区，边界是对数螺线

Ⅲ区：被动朗肯区，

1水平向，破裂面与水平面成45o－

/229/65普朗特尔理论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：30/65二、太沙基极限承载力理论太沙基(Terzaghi，1943)从实用角度提议，当基础长宽比l/b

5而且基础埋深与宽度之比d/b

1时，能够作为条形浅基础。基底以上土体看作是作用在基础两侧均布荷载q=

d。在此基础上，太沙基提出了其确定条形浅基础极限荷载计算公式。31/65太沙基假定基础底面有完全光滑、完全粗糙和既非完全光滑亦非完全粗糙三种情况，本节进行推导时只按照完全粗糙情况进行讨论，地基滑裂面形状如图9-7所表示，也分成三个区puABCEFDG32/65二、太沙基极限承载力理论

底面粗糙，基底与土之间有较大摩擦力，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Ⅰ区：弹性压密区(弹性核)Ⅱ区：普朗特尔区，边界是对数螺线Ⅲ区：被动朗肯区，

1水平向，破裂面与水平面成45o－

/2Paa

bcc

dd

ⅠⅡⅡⅢ45o＋

/245o－

/2Ⅲ33/65太沙基理论极限承载力理论解Nr、Nq、Nc均为承载力系数，均与

相关，太沙基给出关系曲线，能够依据相关曲线得到上式适合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，也能够依据相关曲线得到对于方形和圆形基础，太沙基提出采取经验系数修正后公式

圆形基础34/65三、考虑其它原因影响承载力计算公式普朗特尔与太沙基承载力公式，都是针对中心竖向荷载作用下条形基础，而且忽略基础底面以上土抗剪强度作用。所以，若基础上荷载是倾斜或者偏心，基底形状是矩形或圆形，基础埋深比较深、计算时需要考虑基底以上土抗剪强度作用，或土中含有地下水时，就不能直接应用上述承载力计算公式。很多学者在这个领域进行了大量研究35/65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

——基础形状系数ir、iq、ic

——荷载倾斜系数dr、dq、dc

——深度修正系数Nr、Nq、Nc

——承载力系数说明：相关系数均能够有相关公式进行计算36/65§9.4地基允许承载力和地基承载力特征值地基承载力设计值除了与土抗剪强度参数相关之外，还与基础形状、埋深相关，而且还包括到设计安全度概念。一、地基承载力设计理论为了满足地基强度与稳定性要求，设计时必须控制基底压力不得大于某一界限值。地基承载力设计能够按照三种理论进行，即允许承载力设计理论、单一安全系数法和分项安全系数法。37/65(一）允许承载力设计理论

P为基础底面平均压力，为地基允许承载力（二）单一安全系数法

为地基极限承载力，K为安全系数，普通采取2-3（三）分项安全系数法以概率理论为基础极限状态设计法，因为统计资料较为困难，还要凭借经验来确定地基承载力。38/65二、影响地基承载力原因1、地基土种类和状态2、基础埋置深度由公式也可说明：当地基土重度r、内摩擦角Φ及粘聚力c不减小、基础宽度b不变时，基础埋置愈深，计算基底压力愈大，地基承载力愈高。3、基础宽度（B）当土质条件相同且基础埋置深度z不变时，基础底面愈宽，地基承载力愈高。39/65地基承载力确实定

地基承载力系在确保地基强度和稳定条件下，建筑物不产生过大沉降和不均匀沉降时地基承受荷载能力。确定地基承载力时，应考虑以下原因：（1）地基土物理力学性质。（2）地基土堆积年代及其成因。（3）地下水。（4）建筑物性质。（5）建筑物基础。基础尺寸及埋深对承载力也有影响。（6）下卧层。40/65三、地基承载力特征值确实定p186我国现行《建筑地基基础设计规范》(GB50007—)采取“特征值”，用以表示正常使用极限状态计算时采取地基承载力和单桩承载力值，其含义为在发挥正常使用功效时所允许采取抗力设计值。地基承载力特征值是指由载荷试验测定地基土压力变形曲线线性变形段内要求变形所对应压力值，其最大值为百分比界限值。地基承载力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。41/65（一）按原位测试结果确定地基承载力载荷试验法

pup0s千斤顶荷载板平衡架拉锚由拐点得地基极限承载力pu，除以安全系数K得允许承载力p-s曲线确定地基承载力特征值:1.p-s曲线有明确百分比界限时，取百分比界限所对应荷载值

2.极限荷载能确定，且值小于对应百分比界限荷载值2倍时，取极限荷载值二分之一3.不能按上述两点确定时，取s/b=0.01～0.015对应荷载值；但值不应大于最大加载量二分之一42/65水箱加载43/65桩端加载44/65规范法《建筑地基基础设计规范》(GB50007—)允许将其应用于确定地基承载力特征值。不过强调必须有地域经验，即当地对比资料，还应对承载力特征值进行基础宽度和埋置深度修正。该规范要求：当基础宽度大于3m或埋深大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定承载力特征值需要按照式(9-24)修正。45/65确定地基承载力特征值修正《规范》要求：当b＞3m或d＞0.5m，地基承载力特征值应该进行修正-式9-24fa

——修正后地基承载力特征值fak

——地基承载力特征值，依据强度指标确定ηb、η

d——基础宽度和埋深地基承载力修正系数（可查表）说明：《规范》要求地基承载力特征值还能够由载荷试验或其它原位测试、并结合工程经验等方法综合确定46/65γ为基础底面以下土重度，地下水位以下取浮重度；b为基础底面宽度，m，当基础宽度小于3m，按3m取值，大于6m按照6m取值；γm为基础底面以上土加权平均重度，地下水位以下取浮重度；d为基础埋置深度，m，当d<0.5m时按0.5m取值，普通自室外地面标高算起。在填方整平地域，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，若采取箱形基础或筏基时，基础埋深自室外地面标高算起；当采取独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。47/65(二）按理论公式确定地基承载力特征值当e≤0.033b，依据土抗剪强度指标确定地基承载力fa

——土抗剪强度指标确定地基承载力特征值Mb、Md、Mc

——承载力系数（可依据

k查表得到)——地基土重度，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内土粘聚力标准值48/65相关考题（1）地基破坏形式有

、

、

等几个，在太沙基极限承载力理论中，假设地基破坏形式为

。（2）地基破坏形式通常可分为

。图9-3所表示压力沉降曲线表示

破坏形式，曲线上a点对应荷载称

。此时地基中（出现）

现象；b点对应荷载称

，此时地基中（出现）

现象。49/65相关考题（3）在进行地基极限承载力理论推导时，假定地基破坏是

。而基础形状是

。50/65相关考题（1）对同一地基以下指标数值最小是（c）aP1/4；bP1/3；cPcr；dPu（2）当地基土及其它条件相同时，将条形基础极限承载力计算公式用于矩形基础，其结果是（c）a二者一致；b偏于不安全；c偏于安全（3）临塑荷载Pcr及临界荷载P1/4计算式是在条形均布荷载作用下导出，对于矩形和圆形基础，其结果是偏于

（a）a安全；b不变；c危险；d都不对51/65相关考题（16）所谓临界荷载，就是指：（a）(A)地基持力层将出现塑性区时荷载(B)持力层中出现连续滑动面时荷载(C)持力层中出现某一允许大小塑性区时荷载（1）地基破坏形式有几个类型？各在什么情况下轻易发生？（2）请画出地基处于极限平衡时，布朗特理论所假设基础下地基滑动面形状。（3）太沙基承载力公式适用条件是什么？52/65相关考题（5）影响地基承载力原因有哪些？（6）地基整体剪切破坏分哪几个阶段，什么叫做临塑压力和极限压力？（7）地基承载力有哪几个确定方法，在垂直均布荷载作用下地基失稳有哪几个形式？各有何特点？（8）说明Pu、Pcr、P1/3、fa意义，有何用途？有何区分？（9）对于松软地基（产生局部剪切破坏），怎样用太沙基公式求地基承载力。

53/651.地基承载力修正依据是（d）a.建筑物使用功效；b.建筑物高度；c.基础类型；d.基础宽度和深度。54/65相关考题（13）写出太沙基极限承载力pu计算公式，说明各符号意义，并就太沙基公式讨论影响承载力原因。

55/65复习关键点及作业基本概念临塑荷载、极限荷载、允许承载力地基破坏三种形式极限承载力计算允许承载力确实定方法作业：P189思索题9-1，9-3计算题9-356/65关键概念地基允许承载力地基承载力特征值57/65思考题9-1