土力学第九章.ppt

1、第九章,地基承载力,9.1 概述 9.2 浅基础的地基破坏模式 9.3 地基临界荷载 9.4 地基极限承载力 9.5 地基容许承载力和地基承载 力特征值,第九章 地基承载力, 9.1 概述,1、地基承载力定义 地基承载力: 地基承担荷载的能力。 极限承载力：地基在发生剪切破坏时的荷载强度 pu Ultimate bearing capacity,2、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, 9.1 概述,3、竖直荷载和水平荷载下地基破坏形式,水闸表层滑动水平荷载大,Ph,Pv,Pv, 9.1 概述,4、 建筑物地基设计的基本

2、要求,1)稳定：荷载小于承载力(抗力) p (pu /Fs) =f 2)变形：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, 9.1 概述,1964年日本新泻地震引起的大面积地基液化,某谷仓的地基整体破坏,1) 整体破坏 土质坚实 基础埋深浅土体隆起,1940年软粘土地基上的某水泥仓的倾覆-整体破坏,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,在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏,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,地基变形,

3、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。,墨西哥的沉降问题世界著名,地基变形,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）,地基变形,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限与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TU443 1,地基变形,膨胀土对建筑物的危害,活动区域,地基变形,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,地基破坏形式与变形,9.1 概述 9.2 浅基础的地基破坏模式

4、9.3 地基临界荷载 9.4 地基极限承载力 9.5 地基容许承载力和地基承载 力特征值,第九章 地基承载力, 9.2.1 三种破坏模式, 9.2 浅基础的地基破坏模式,3) 冲剪破坏 松软地基，埋深大 基础垂直下切 两侧土体无隆起,P,S,深土层,表面土,Punching shear failure, 9.2.1 三种破坏模式, 9.2 浅基础的地基破坏模式,地基土： 种类、密度、软硬、压缩性、强度 基础条件：形式、埋深、尺寸 荷载形式：大小，方向，作用时间及类型,请见图9-2, 9.2.2 破坏模式的影响因素和判别, 9.2 浅基础的地基破坏模式,9.1 概述 9.2 浅基础的地基破坏模式

5、 9.3 地基临界荷载 9.4 地基极限承载力 9.5 地基容许承载力和地基承载 力特征值,第九章 地基承载力, 9.3 地基临界荷载, 9.3.1 地基塑性区边界方程,1、地基土中应力状态的三个阶段,pcr,pu,地基土开始出现剪切破坏,s,连续滑动面,1、地基土中应力状态的三个阶段, 9.3 地基临界荷载, 9.3.1 地基塑性区边界方程,pcr,pu,地基土开始出现剪切破坏,s,连续滑动面,1、地基土中应力状态的三个阶段, 9.3 地基临界荷载, 9.3.1 地基塑性区边界方程,Pcr：压缩j阶段过渡到剪切阶段时的界限荷载，称为比例界限荷载或临界荷载。 pu：从剪切阶段过渡到隆起阶段时的

6、界限荷载，称为极限荷载。一般取pu /K为浅基础的地基容许承载力。,以条形荷载塑性区的计算为基础,自重应力： c1= (D+z) c3=k0 (D+z) 弹性区的附加应力:,合力： 1， 3 设k0 =1.0,2、地基塑性区边界方程, 9.3 地基临界荷载, 9.3.1 地基塑性区边界方程,塑性区的计算,弹性区的合力：,极限平衡条件：,2、地基塑性区边界方程, 9.3 地基临界荷载, 9.3.1 地基塑性区边界方程,将1,3 代入极限平衡条件，表示该点既满足弹性区；也满足塑性区是弹塑性区的边界。在荷载p作用下，得到方程： z=f(),2、地基塑性区边界方程, 9.3 地基临界荷载, 9.3.1

7、 地基塑性区边界方程,塑性区的最大深度Zmax,D,M,2,1、临塑荷载, 9.3 地基临界荷载, 9.3.2 地基的临塑荷载和临界荷载,塑性区的最大深度Zmax,对应Zmax=0临塑荷载,1、临塑荷载, 9.3 地基临界荷载, 9.3.2 地基的临塑荷载和临界荷载,对应Zmax=B/4，B/3临界荷载。,2、临界荷载, 9.3 地基临界荷载, 9.3.2 地基的临塑荷载和临界荷载,对应Zmax=B/4，B/3临界荷载。,2、临界荷载, 9.3 地基临界荷载, 9.3.2 地基的临塑荷载和临界荷载,各种临界荷载的承载力系数,Nq Nc N Pcr 1+ /ctg - /2+) (1- Nq )

8、ctg 0 p1/4 1+ /ctg - /2+) (1- Nq )ctg (Nq-1)/2 p1/3 1+ /ctg - /2+) (1- Nq )ctg 2(Nq-1)/3, 9.3 地基临界荷载, 9.3.2 地基的临塑荷载和临界荷载,临界荷载的组成为三部分 以上公式由条形荷载弹性理论推出,例题9-1 已知：条基B=3m，d=1m, 匀质地基，天然地基=18kN/m3 , = 38%, Gs =2.73, c = 15kPa, = 120 求： Pcr, P1/4, P1/3 解： 计算得出Nc = 4.42, Nq = 1.94, N 1/4 = 0.23, N 1/3 =0.31 P

9、cr = cNc + qNq = 101kPa P1/4 = cNc + qNq + B N 1/4 = 114kPa P1/3 cNc + qNq + B N 1/3 = 119kPa,再求：地下水位上升后， Pcr, P1/4, P1/3 =？ 解： 计算=(Gs -1) /Gs(1+ ) = 8.27kN/m3 Pcr = cNc + qNq = 101kPa P1/4 = cNc + qNq + B N 1/4 = 107kPa P1/3 cNc + qNq + B N 1/3 = 109kPa,9.1 概述 9.2 浅基础的地基破坏模式 9.3 地基临界荷载 9.4 地基极限承载力

10、9.5 地基容许承载力和地基承载 力特征值,第九章 地基承载力,1. 地基极限承载力/荷载定义： 地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载。 2.求解方法 极限平衡理论，假设土体为钢塑体 假定滑动面, 9.4 地基极限承载力,(1),(2),（3）, 9.4.1 普朗特-赖斯纳极限承载力, 9.4 地基极限承载力,极限平衡条件,普朗特-赖斯纳的基本假设,1) 基础底面绝对光滑( ，竖直荷载是主应力 2) 无重介质的假设：即 = 0： 3) 基础底面为地表面，q mD做为均布荷载,D,mD, 9.4.1 普朗特-赖斯纳极限承载力, 9.4 地基极限承载力,条形基础地基的滑裂面形状, 9.4.

11、1 普朗特-赖斯纳极限承载力, 9.4 地基极限承载力,I 区,垂直应力pu为大主应力， 与水平方向夹角452, 9.4.1 普朗特-赖斯纳极限承载力, 9.4 地基极限承载力,III 区,水平方向为大主应力， 与水平方向夹角45- 2,q =mD, 9.4.1 普朗特-赖斯纳极限承载力, 9.4 地基极限承载力,II区： 过度区：,极限平衡 第二区： r=r0e tg, 9.4.1 普朗特-赖斯纳极限承载力, 9.4 地基极限承载力,作用在隔离体上的力： pu 、 D 、 pa 、 pp 、 c、R 所有力对A点力矩平衡,pu,R,隔离体,r0,r,A,pp,pa,D,c, 9.4.1 普朗

12、特-赖斯纳极限承载力, 9.4 地基极限承载力, 9.4.1 普朗特-赖斯纳极限承载力, 9.4 地基极限承载力,mD=q,1.基本条件,(1)考虑地基土的自重 基底土的重量 0 (2)基底可以是粗糙的= 0 (不会超过,为什么?) (3)忽略基底以上部分土本身的阻力,简化为上部均布荷载q= mD (4) 基础发生整体 剪切破坏, 9.4.2 太沙基极限承载力, 9.4 地基极限承载力,2. 假设的滑裂面形状,被动区,过渡区,刚性核, 9.4.2 太沙基极限承载力, 9.4 地基极限承载力,3. 考虑刚性核的平衡,1. 当基底绝对粗糙时，夹角为，即= ；,2. 考虑刚性核的平衡： 荷载： pu

13、 自重：G 粘聚力：c 被动土压力Pp, 9.4.2 太沙基极限承载力, 9.4 地基极限承载力, 9.4.2 太沙基极限承载力, 9.4 地基极限承载力,当基底完全粗糙时：,当基底不完全粗糙时：Nc、Nq、N是和的函数。,太沙基公式中的承载力因数 N、Nq、Nc 查图9-10，以为变量 比普朗特-赖斯纳承载力公式偏大，因为考虑了基底摩擦和土体自重 局部剪切破坏（非整体破坏） 公式（9-17） -（9-21）, 9.4.2 太沙基极限承载力, 9.4 地基极限承载力,9.4.3 汉森和魏锡克极限承载力,N: 承载力系数； S：基础形状修正系数； i：荷载倾斜修正系数；d: 基础埋深修正系数；

14、g: 地面倾斜修正系数；b：基底倾斜修正系数。, 9.4 地基极限承载力,例题9-2 已知：条基B=3m，d=1m, 匀质地基，天然地基=18kN/m3 , = 38%, Gs =2.73, c = 15kPa, = 120 求： 1、太沙基极限承载力：条基、圆形基础、方形基础；整体剪切破坏、局部剪切破坏 2、地下水位上升后的变化 解： 计算得出 Nc = 10.9, Nq = 3.32, N = 1.66, Nc = 8.5, Nq = 2.2, N = 0.86,9.4.4 极限承载力公式的比较,太沙基承载力公式：未考虑基底以上土体的抗剪强度 迈耶霍夫公式：考虑了超载的抗剪强度，图（9-1

15、2） 魏西克和汉森公式：基底为光滑，未考虑基底以上土体的抗剪强度 比较见表9-9、9-10, 9.4 地基极限承载力,极限承载力pu的组成, BN /2,cNc,讨论,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,讨论,(1) 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。,pu,讨论,(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。,pu,pu

16、,讨论,(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,pu,pu,讨论,(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, 是的函数,pu,讨论,地基容许承载力： 地基稳定有足够安全度的承载能力=pu/k，同时必须验算变形。 地基承载力特征值： 地基稳定有保证可靠度的承载能力，同时必须验算变形。,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，不做宽度深度修正 3. 根据经验确定容许承载力，做宽度深度修正, 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值,目前规范中设计承载力的确定,1. 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 确定方法见书中253页。 fa ：深宽修正