土力学第八章地基承载力.ppt

1、2020年9月15日,第八章 地基承载力,中北大学土木工程系,Chapter 8 Bearing Capacity,2020年9月15日,中北大学土木工程系,第一节 概述 Introduction,由于地基土在建筑物荷载作用下产生变形，引起基础过大的沉降或者沉降差，使上部结构倾斜、开裂以致毁坏或失去使用价值 由于建筑物的荷载过大，超过了基础下持力层所能承受的能力而使地基产生滑动破坏,建筑物因地基问题引起破坏有两种原因：,2020年9月15日,2.1 概述,建筑物地基设计的基本要求：,稳定要求：荷载小于承载力（抗力）,变形要求：变形小于设计允许值 SS,与土的强度有关,与土的压缩性有关,地基承载

2、力,沉降计算（分层总和法）,2020年9月15日,承载力的概念：,地基承受荷载的能力。数值上用地基单位面积上所能承受的荷载来表示。,极限承载力,地基承受荷载的极限能力。数值上等于地基所能承受的最大荷载。,容许承载力,保留足够安全储备，且满足一定变形要求的承载力。也即能够保证建筑物正常使用所要求的地基承载力。,承载力设计值(特征值),Ultimate bearing capacity,第一节 概述 Introduction,2020年9月15日,整体剪切破坏 局部剪切破坏 冲剪破坏,第一节 概述 Introduction,对于浅基础，地基因承载力不足，地基土发生剪切破坏，地基中剪切破坏的模式有,

3、2020年9月15日,第一节 概述 Introduction,整体剪切破坏,弹性变形阶段 塑性变形阶段 塑性破坏阶段,临塑压力pcr 极限承载力fu 容许承载力fa,2020年9月15日,加拿大 特朗斯康谷仓,事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822t 谷物时， 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜2653 西端下沉7.32m 东端上抬1.52m 上部钢混筒仓完好无损,概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢筋混凝土筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。 1911年动工，1913年完工，自重20000t。,2020年9月15日,水泥仓地基的整体破坏

4、,第一节 概述 Introduction,2020年9月15日,2009年6月26日邻近的淀浦河防汛墙出现了70余米塌方险情, 27日晨5时30分许,上海市闵行区莲花南路罗阳路口河畔在建的这栋13层高楼突然整体倒覆。,2009年6月27日上海市淀浦河南岸的“莲花河畔景苑”小区一栋在建13层住宅楼发生倒覆,2020年9月15日,第一节 概述 Introduction,局部剪切破坏,冲剪破坏,2020年9月15日,第一节 概述 Introduction,地基破坏形式与土的压缩性有关： 坚硬或紧密土：整体剪切破坏； 松软土：局部剪切破坏；或冲剪破坏,地基承载力确定方法： 1、理论公式计算； 2、根据

5、土的性质指标查规范（如建筑地基基础设计规范） ； 3、由现场荷载试验或静力触探等原位试验确定； 4、当地经验法,2020年9月15日,第二节 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力,将地基中的剪切破坏区限制在某一范围，视地基土能够承受多大的压力，该压力即为容许承载力。,塑性区的边界方程,2020年9月15日,第二节 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力,塑性区的边界方程,稳定,稳定没有保证,将（2）式代入（1）式，得：,（1）,（2）,（3）,2020年9月15日,第二节 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力,荷载与塑性区开展深度关系：,记,2020年9月15日,实际应用时，常规定塑性区开展深度

6、，视其能承受多大的基底压力，来判别地基稳定性。,若使,第二节 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力,2020年9月15日,第二节 按塑性区开展深度确定地基的容许承载力,普遍形式,注意：第一项对应基底以下土容重； 第二项对应基底以上土容重； 地下水位以下的容重一律采用浮容重。,2020年9月15日,讨论,1 公式来源于条形基础，但用于矩形基础时是偏于安全的,2 公式推导中假定k0 =1.0与实际不符，但使问题得以简化,3 计算临界荷载p1/4 , p1/3时土中已出现塑性区，此时仍按弹性理论计算土中应力，在理论上是矛盾的,2020年9月15日,地下水位在滑动面与基底之间,讨论,2020年9月15

7、日,地下水位在基底与地面之间,讨论,2020年9月15日,假定：（）地基土是均匀，各向同性的无重量介质，即认为基底下土的容重等于零，而只具有 的材料。 （）基础底面光滑，即基础底面与土之间无摩擦力存在。因此，水平面为大主应力面，竖直面为小主应力面。,普朗特尔极限承载力公式,第三节 浅基础地基极限承载力,（）当地基处于极限（或塑性）平衡状态时，将出现连续的滑动面，其滑动区域即将由朗肯主动区，径向剪切区和朗肯被动区所组成，如图（a）所示。其中滑动区的边界ad(或a1d)为直线并与水平面成 角；滑动区的边界de(或de1)为对数螺旋曲线，其曲线方程为 ， 为起,始始矢径()；滑动区的边界ef(或e1

8、f1)为直线并与水平面成 . 角。 （4）当基础有埋置深度D时，将基础底面以上的两侧土体用当量均布超载q等于 来代替。,2020年9月15日,普朗特尔极限承载力公式,第三节 浅基础地基极限承载力,2020年9月15日,pu,=pu, pa,I 区,普朗特尔极限承载力公式,第三节 浅基础地基极限承载力,2020年9月15日,III 区,0d,3= 0d,1 pp,普朗特尔极限承载力公式,第三节 浅基础地基极限承载力,2020年9月15日,普朗特尔-赖斯纳极限承载力公式,第三节 浅基础地基极限承载力,2020年9月15日,太沙基极限承载力公式,第三节 浅基础地基极限承载力,2020年9月15日,太

9、沙基极限承载力公式,第三节 浅基础地基极限承载力,2020年9月15日,太沙基极限承载力公式,自重:W 基底面上的极限荷载: Pu 两斜面上的粘聚力: C 两斜面上的反力(摩擦力, 正压力): Pp,第三节 浅基础地基极限承载力,2020年9月15日,基底光滑,除r不等于0外，其它同普朗特尔公式,N 、 Nq 、 Nc承载力系数，只取决于,第三节 浅基础地基极限承载力,2020年9月15日,基底完全粗糙,(1) =0, c=0, q 引起的 Ppq (2) =0, q=0, c 引起的 Ppc (3) q=0, c=0, r 引起的 Ppr,第三节 浅基础地基极限承载力,2020年9月15日,

10、圆形基础：,方形基础：,局部剪切：,圆形基础的直径,太沙基公式可近似推广到圆形、方形基础整体剪切破坏，及局部剪切破坏情况,2020年9月15日,汉森-魏锡克极限承载力公式,第三节 确定地基极限承载力的理论公式,假定：基底完全光滑，对太沙基公式修正,2020年9月15日,汉森和魏锡克指出当荷载偏心时，荷载基础有效面积计算,第三节 确定地基极限承载力的理论公式,2020年9月15日,成层地基,第三节 确定地基极限承载力的理论公式,（1）假定f, 确定持力层深度,（2）计算容重和强度指标,2020年9月15日,第四节 按规范确定地基承载力设计值,根据地基土的物理力学性质指标，从表中查得承载力基本值f

11、0，修正得承载力标准值fk； 根据载荷试验确定承载力标准值fk 根据原位试验从表中直接查得承载力标准值fk 根据当地经验公式计算,2020年9月15日,fa=Mbb+Md md+Mcck,1 建筑地基基础设计规范（GBJ7-89） 2 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）,fa：承载力特征值（设计值）,以临界荷载P1/4为理论基础,Mb、Md、Mc：承载力系数，与内摩擦角k 有关,b：基底宽度，大于6m按6m取值，对于砂土小于3m按3m取值,ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值,k ：基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值,第四节 按规范确定地基承载力设计值,适用于偏心距

12、小于等于0.033b，计算得到的承载力特征值不再进行修正,一、按土的性质指标确定承载力设计值,p50,2020年9月15日,第四节 按规范确定地基承载力设计值,一、按土的性质指标确定承载力标准值,根据地基土的物理力学性质指标平均值，按下列方法计算为标准值，由标准值按规范公式计算承载力,p12,n=参加统计的土性指标的个数，=6; d=变异系数,回归修正系数,s=标准差；m=某一土的性质指标的平均值； mi=参加统计的第i个土性指标,2020年9月15日,二、现场荷载试验确定地基承载力,一、确定承载力基本值f0,二、基本值的平均值作为特征值 三、将特征值修正为设计值,P-s线有明显比例界限时，f

13、0=fc 极限荷载能确定，且fu2fc时, f0=0.5fu 不能按上述两点确定时，取s/B=0.010.015时对应荷载，或s/B=0.02时对应荷载,第四节 按规范确定地基承载力设计值,2020年9月15日,二、现场荷载试验确定地基承载力,第四节 按规范确定地基承载力设计值,2020年9月15日,三、静力触探试验,比贯入阻力：,根据比贯入阻力查经验表格或由经验公式计算 确定容许承载力,第四节 按规范确定地基承载力设计值,2020年9月15日,标准贯入试验：（1）钻孔，贯入器放入孔底；（2）63.5kg重锤以76cm高度自由下落将贯入器击入土中15cm；（3）继续打入30cm的锤击数N,四、

14、按标准贯入击数确定承载力标准值,标准贯入试验得标准贯入击数N,修正后得标准贯入击数N查表得：承载力标准值,第四节 按规范确定地基承载力设计值,2020年9月15日,五、 通过经验确定,GBJ7-89 规范：,推荐查表方法,GB50007-2002 规范：,从其他原位测试、经验值等方法确定,经验方法得到的承载力特征值也要进行深度和宽度修正,第四节 按规范确定地基承载力设计值,2020年9月15日,第四节 按规范确定地基承载力设计值,四、承载力设计值确定,当基础的宽度B小于或等于3m以及基础的埋置深度D小于或等于0.5m时，前述地基承载力标准值即为设计值。当基础的宽度大于3m或它的埋置深度D大于0

15、.5m时，按下列公式修正：,fak ：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）,b、d ：宽度和深度修正系数, ：基底下土的重度，地下水位以下取浮重度,m ：基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度,b：基底宽度(m)，大于6m按6m取值，小于3m按3m取值,d：基础埋深(m),2020年9月15日,2 通过理论公式计算,3 通过载荷试验确定,4 通过原位试验确定,需要经过深度和宽度修正,原则：掌握公式理论基础，结合实际问题认真分析，恰当应用,5 通过经验确定,第四节 按规范确定地基承载力设计值,总结,1 根据地基土的物理力学性质指标计算,2020年9月15日,第五节 影响地基承载力的因素,主要因素： （1）物理力学性质r、c、f， （2）基础宽度； （3）基础埋深；,2020年9月15日,土的容重及地下水位（1）,地下水位在滑动面以下,第六节 影响地基承载力的因素,2020年9月15日,第六节 影响地基承载力的因素,土的容重及地下水位（2）,地下水位在地面或地面以上,2020年9月15日,第六节 影响