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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,、,土的物理性质及工程分类,1.1,土的组成,1.2,土的结构构造,1.3,土的物理性质指标,1.,4,土的物理状态指标,1.,5,土的工程分类,固体矿物颗粒 （固相）,土中气体,（气相）,土中水,（液相）,1.1,土的组成,1.1.1,土的固体颗粒,土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分,。,1.土粒的矿物成分,（1）原生矿物,（2）次生矿物,（3）腐植质,次生矿物,蒙脱石,伊利石,高岭石,蒙 脱 石,1.土颗粒的大小与形状,基本概念,粒度、粒组,粘粒,粉粒,砂粒,圆粒,碎石,块石,0.005,0.075,2,60,200,巨粒,粗粒,细粒,3.土的粒径级配,（1）定义,工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。,（2）粒径分析方法,筛分法（,d0.075mm,的土）,密度计法（,d0.075mm,的土）,密度计法（,d0.075mm,的土）,（3）颗粒级配的表示方法,表示方法,：,表格法、颗粒累计级配曲线法,10-2,2-0.05,0.05-0.005,1.0,0.75,I,L,1,0.25,I,L,0.75,0,I,L,0.25,I,L,L/6,应力重新分布,2.,2.4,基底附加压力,2.3,地基,附,加应力,2.,2.,1,基本概念,1、定义,附加应力是由于外荷载作用，在地基中产生的应力增量。,2、基本假定,地基土是各向同性的、均质的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的。,2.,2.,2,竖向集中力作用时的地基附加应力布辛奈斯克解答,x,y,P,y,z,x,r,R,M,q,ds,x,ds,y,ds,z,dt,xy,dt,xz,dt,yx,dt,zx,dt,yz,dt,zy,2.,2.,3,矩形和圆形荷载下地基附加应力计算,积分法,1,、均布的矩形荷载,均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，简称角点,应力系数，可查表得到。,对于均布矩形荷载附加应力计算点不位于角点下的情况：,(1),o,点在荷载面边缘,(2),o,点在荷载面内,(3),o,点在荷载面边缘外侧,(4),o,点在荷载面角点外侧,(1),o,点在荷载面边缘,z,（,c,c,）,p,0,(2),o,点在荷载面内,z,(,c,c,c,c,),p,0,o,点位于荷载面中心，因,c,=,c,=,c,=,c,z,=4,p,0,(3),o,点在荷载面边缘外侧,z,(,c,c,c,c,),p,0,(4),o,点在荷载面角点外侧,z,(,c,c,c,c,),p,0,2.,三角形分布的矩形荷载,2.,均布的圆形荷载,2.2.4,平面问题（线荷载和条形荷载）,1,、平面问题概念：,2,、均布线荷载作用下土中应力计算,3,、均布条形荷载作用下土中应力计算,均布条形荷载下地基中附加应力的分布规律：,(1)地基附加应力的扩散分布性；,(2)在离基底不同深度处各个水平面上，以基底中心点下轴,线处最大，随着距离中轴线愈远愈小；,(3),在荷载分布范围内之下沿垂线方向的任意点，随深度愈,向下附加应力愈小。,4,、三角形分布条形荷载,2.4,土的压缩性,土的压缩性高低，常用压缩性指标定量表示。压缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样，进行室内压缩试验测定。,2.4.1,室内压缩试验,(1),试验仪器,(2),试验方法：侧限压缩试验,(3),试验结果（土的压缩曲线图片）,(4),试验结果（孔隙比）的推导,2.4.2,土的压缩性指标,(1),土的压缩系数,为了便于比较，通常采用压力段由,p,1,=100kPa,增加到,p,2,=200kPa,时的压缩系数,a,1-2,来评定土的压缩性如下：,0.1,0.5,高压缩性,中压缩性,低压缩性,(2)土的压缩指数,(3),土的压缩模量,(4),土的回弹再压缩曲线及回弹再压缩模量,2.4.3,土的压缩性原位测试,原位测试方法适用于：,地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。,国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。,原位测试方法包括：,载荷试验、静力触探试验、旁压试验等,载荷试验示意图,反压重物,反力梁,千斤顶,基准梁,荷载板,百分表,载荷试验结果分析图地基土的变形模量,土的弹性模量,定义,:,土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值,。,如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，都是可恢复的弹性变形,。,变形模量、压缩模量的关系,x,=,y,=,K,0,z,变形模量,压缩模量,无侧限条件,完全侧限条件,换算关系,1.,地基的最终沉降量,：,是指地基在建筑物等其它荷载作用下，,地基变形稳定后的基础底面的沉降量,。,沉降与时间的关系,最终沉降量,2.5,地基最终沉降量计算,2.,地基沉降的原因：,外因：,主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力。（宏观分析）,内因：,土的三相组成。（微观分析）,A,A,g,z,0,p,Net stress increase,A,),地基沉降的外因:,通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定，,主要是建筑物荷载在地基中产生的,附加应力,。,B,),内因:,土由,三相组成，具有碎散性,，在附加应力作用下土层的,孔隙发生压缩变形,，引起地基沉降。,h,3.计算目的：,预知该工程建成后将产生的最终沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜，,判断地基变形是否超出允许的范围,，以便在建筑物设计时，为采取相应的工程措施提供科学依据，保证建筑物的安全。,S,S,不满足设计要求,（墨西哥城）,地基的沉降及不均匀沉降,计算方法：,分层总和法（道路工程）,规范,法（建筑工程）,弹性力学公式,有限单元法,1.,基本假设,地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力。,在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标。,为了弥补假定所引起误差，取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降,2.,单一压缩土层的沉降计算,在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。,2.5.4,分层总和法,3.定义：,先将地基土分为若干土层，各土层厚度分别为,h,1,h,2,h,3,h,n,。,计算每层土的压缩量,s,1,s,2,s,3,.,s,n,。,然后累计起来，即为总的地基沉降量,s。,2.,计算原理,p1,p2,p3,p4,e4,e3,e2,e1,e,p,P1=,自重应力,P2=,自重应力+,附加应力,确定基础沉降计算深度,一般,z,=0.2,c,确定地基分层,1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面,2.每层厚度,h,i,0.4,b,计算各分层沉降量,根据自重应力、附加应力曲线、,e,-,p,压缩曲线计算任一分层沉降量,软土,z,=0.1,c,（,若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止）,计算基础最终沉降量,d,地基沉降计算深度,c,线,z,线,5.计算步骤,6.,公式解释,：,Zi,Z(i-1),H,i,由建筑地基基础设计规范,（,GB500072002）,提出,分层总和法的另一种形式,沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数,附加应力面积,深度,z,范围内的附加应力面积,附加应力通式,z,=,K,p,0,代入,引入平均附加应力系数,因此附加应力面积表示为,因此,2.5.2,规范法,z,i,-1,地基沉降计算深度,z,n,z,i,z,z,i,-1,5,3,4,6,1,2,b,1,2,3,4,5,6,1,2,a,i,p,0,a,i,-1,p,0,p,0,p,0,第,n,层,第,i,层,z,i,A,i,A,i,-1,沉降计算深度,z,n,应该满足,当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，,z,n,可取至基岩表面为止,当无相邻荷载影响，基础宽度在,130,m,范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算,地基最终沉降量修正公式,地基沉降计算中的有关问题,1.分层总和法在计算中假定不符合实际情况,假定地基无侧向变形,计算结果偏小,采用基础中心点下土的附加应力和沉降,计算结果偏大,2.分层总和法中附加应力计算应考虑,:,土体在自重作用下的固结程度、相邻荷载的作用,3.,基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑,物施工时又产生地基土再压缩的情况,回弹再压缩影响的变形量,计算深度取至基坑底面以下,5,m,，,当基坑底面在地下水位以下时取,10,m,沉降分析中的若干问题,1.,土的回弹与再压缩,p,e,弹性变形,塑性变形,a,d,b,c,b,压缩曲线,回弹曲线,再压缩曲线,土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形,土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低,2.,地基沉降的三个组成部分,s,d,瞬时沉降,s,c,固结沉降,s,s,次固结沉降,3.,土的应力历史对土的压缩性的影响,土的应力历史：,土体在历史上曾经受到过的应力状态,先期固结压力,p,c,：,土在其生成历史中曾受过的最大有,效固结压力,讨论：,对试样施加压力,p,时，压缩曲线形状,p,p,c,正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大,土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响，用先期固结压力,p,c,与现时的土压力,p,0,的比值描述土层的应力历史，将粘性土进行分类,1.,正常固结土,先期固结压力等于现时的土压力,p,c,p,0,2.,超固结土,先期固结压力大于现时的土压力,p,c,p,0,3.,超固结土,先期固结压力小于现时的土压力,p,c,p,0,2.6,地基沉降与时间的关系,地基的变形,不是瞬时完成的,，地基在建筑物荷载作用下要,经过相当长的时间,才能达到最终沉降量。,在工程设计中，除了要知道地基最终沉降量外，往往还需要知道,沉降随时间的变化过程,即,沉降与时间的关系,。,2.6.1,饱和土的有效应力原理,饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之,间存在如下关系：,1,、饱和土体渗流固结过程,2.6.2,土的单向固结理论,2,、两种应力在深度上随时间的分布,3,、不同排水条件下一维渗流固结过程,单面排水,双面排水,4,、土的单向固结理论太沙基一维固结理论,适用条件：,荷载面积远大于压缩土层的厚度，地,基中孔隙水主要沿竖向渗流。,单向固结微分方程及其解答,基本假定：,（1）土中水的渗流只沿竖向发生，服从达西定律；,（2）土的渗透系数和压缩系数为常数；,（3）土颗粒和土中水都是不可压缩的；,（,4,）土是完全饱和的均质、各向同性体；,（,5,）外荷是一次瞬时施加。,单向固结微分方程,式中 为土的竖向固结系数，,k,渗透系数,a,压缩系数、,e,天然孔隙比,单元体的渗流条件,单元体的变形条件,单元体的渗流连续条件,边界条件,5,、,固结度,（1）定义：,（2）计算公式（,地基中附加应力上下均匀分布,）,平均固结度,Uz,当压缩应力分布与排水条件都相同时，达到同一固结度所需时间之比等于排水距离,H,的平方之比。,2.6.3,地基沉降与时间关系计算步骤,（1）计算地基最终沉降量；,（2）计算地基附加应力沿深度的分布；,（3）计算土层的竖向固结系数和时间因子；,（4）求解地基固结过程中某一时刻,t,沉降量。,第四章,土,压力、地基承载力,与土坡稳定,4.1,概述,4.2,挡土结构上的土压力,4.3,朗肯土压力理论,4.4,库伦土压力理论,4.5,挡土墙设计,4.8,地基的极限承载力,4.6,地基的承载力,4.7,地基的塑性区理论和临塑荷载,4.1,概述,当土坡有失稳的可能或其稳定性不能满足工程安全需要时，就必须对其进行防护、治理、加固或支挡。挡土墙就是用来支撑天然或人工边坡不致坍塌，以保持土坡体稳定的一种特殊结构。挡土墙工程实例 如下,图,5-1,4.1,概述,第五章 土压力与地基承载力,主要内容,土压力,地基的承载力,重力式挡土墙的设计原理,挡土墙后的填土因自身重力或外荷载作用在墙背上产生的侧向压力称为土压力。,指地基土单位面积上所能承受或允许承受的荷载，以,kPa,计。进行建筑物基础设计时，首先需要确定地基的承载力大小,。,挡土墙就是用来支撑天然或人工边坡不致坍塌，以保持土坡体稳定的一种特殊结构。挡土墙按结构特点，可分为重力式、钢筋混凝土悬臂式和扶壁式、桩板式、锚杆式、锚定板式、加筋土轻型式及垛式等类型。,4.2,土压力的概念和挡土墙上的静止土压力计算,土压力的定义：,土力学中的土压力则特指每延米范围内墙后填土在墙背上产生的侧向集中力，其单位为,kN/m,。其要素包括性质、大小、方向和作用点。,影响土压力性质、大小及分布的因素：,1.,墙体可能移动的方向和位移量,(,影响最大,),2.,墙后填土的种类、性质（重度、含水量、内摩擦角、内聚力等）及填 土的表面形状等,3.,挡土墙背的形状、高度、结构形式和墙背的光滑程度等,挡土墙后的填土因自身重力或外荷载作用在墙背上产生的侧向压力称为土压力。,几种不同性质的土压力及其相互关系,:,挡土墙,被动土压力,E,P,主动土压力,E,a,静止土压力,E,0,挡土墙在土压力作用下向前（离开墙后土体的方向）产生移动或转动，并使墙后土体处于极限平衡状态时，作用在挡土墙背上的土压力称为主动土压力。,挡土墙在荷载作用下向墙后土体内部（方向）移动或转动并挤压土体，作用在挡土墙上的土压力由静止土压力开始逐渐增大，当位移达到一定程度时，墙后土体处于被动极限平衡状态，这时作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力。,挡土墙既不向前也不向后发生移动或转动时，墙后土体也不会发生侧向变形和位移而处于弹性平衡状态，这时作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力。,最大,最小,4.2,土压力的概念和挡土墙上的静止土压力计算,在相同条件下，三种不同性质的土压力之间有如下关系：,E,a,E,0,E,p,静止土压力强度公式,0,K,0,z,0,静止土压力强度，,k,a,K,0,静止土压力系数，,K,0,1,sin,（,为土的有效内摩擦角）,土的重度，,kN/m,3,静止土压力沿墙高为三角形分布，如图,5-4,若取单位墙长，则作用在墙上的静止土压力,E,0,即为此三角形的面积,E,0,=0.5,H,K,0,E,0,的作用点在距离墙底,H/3,处,4.2,土压力的概念和挡土墙上的静止土压力计算,4.3,朗肯土压力理论,朗肯土压力理论的假设,挡土墙的墙背竖直、光滑无摩擦,挡土墙后填土表面水平,一 主动土压力,当土体处于朗肯主动极限平衡状态时,粘性土,无粘性土,式中,K,a,主动土压力系数，；,墙后填土的重度，,N/m,3,，地下水位以下用有效重度；,c,，,分别为填土的抗剪强度指标粘聚力,(kPa,),、内摩擦角,(),。,E,a,通过三角形的形心，即作用在距墙底,H/3,处,对于无粘性土 若取单位墙长计算，则主动土压力为,4.3,朗肯土压力理论,4.3,朗肯土压力理论,对于粘性土 若取单位墙长计算，则粘性土主动土压力,E,a,为,二被动土压力,当土体处于朗肯被动极限平衡状态时,无粘性土,粘性土,Kp,被动土压力系数；其余符号同前。,主动土压力强度沿墙高也呈直线分布，,Ea,通过三角形,abc,的形心，即作用点距墙底（,HZ,0,）,/3,处。,第五章 土压力与地基承载力,4.3,朗肯土压力理论,若取单位墙长计算,无粘性土,粘性土,4.3,朗肯土压力理论,几种常见情况下的土压力,（一）墙后填土面作用有均布荷载（如右图）,无粘性土,对于无粘性土，主动土压力沿墙高分布呈梯形，作用点在梯形的形心，如图,5-8,所示；,粘性土,对于粘性土，临界深度,z0=,。当,z00,时，土压力为梯形分布；,z00,时，土压力为三角形分布。,图,5-8,4.3,朗肯土压力理论,（二）墙后成层填土,墙后任意深度,z,处主动土压力强度实际上是该点处土体自重应力和土体的粘聚力两部分的影响组成，即,对墙后填土成层的情况，土压力分布线可能出现两种情况,：,1.,各层土的土压力线斜率,(,K,a,),发生变化,2.,在土层交界面处土压力线发生突变,如图,6-9,中，在上下两层土交界面,B,处，,其主动土压力分别为：,其中,K,ai,为主动土压力系数,4.3,朗肯土压力理论,图,6-10,（三）墙后填土有地下水,当墙后填土中有地下水时，作用在挡土墙上的侧压力包括土压力和水压力两部分，如图,6-10,。地下水位以下部分自重应力计算应采用土的有效重度,，水对墙背产生的侧压力，取侧压力系数为,1,。,在土压力计算时，假设地下水位上下土的内摩擦角没有变化。但实际上，地下水的存在会使土的含水量增加，抗剪强度降低，而使土压力增加。因此，挡土墙应有良好的排水措施。,4.4,库伦土压力理论,库伦于,1776,年提出了用于挡土墙设计的库伦土压力理论，库伦假定墙后土体为理想的散体，并假定产生主动和被动土压力时，墙后土体中会出现一个沿墙背和土中某平面具有向上或向下滑动趋势的土楔体，通过对处于极限平衡状态时的滑动楔体进行静力平衡分析，库伦给出了作用于墙背的土压力计算公式。由于库伦土压力理论是按滑动楔体的静力平衡分析来求解墙后土压力，因此所求的土压力为每延米挡土墙背上的一个侧向集中力，土压力的这一概念一直被延续至今。相对于朗肯土压力理论，库伦土压力理论限制条件较少，因而具有更多的适用范围。,4.4,库伦土压力理论,库伦理论研究的挡土墙（图,5-11,）墙背可倾斜，倾斜角为,（俯斜时取正号，仰斜时取负号），墙背可光滑、可粗糙，墙背与土的摩擦角为,，墙后填土表面可水平、可倾斜，坡角为,，并有如下基本假设：,墙后填土为无粘性土，即粘聚力,c=0,墙后填土沿一平面滑动，即平面滑裂面假设,滑动楔体处于极限平衡状态，在滑裂面上，抗剪强度,f,充分发挥,一、主动土压力,库伦主动土压力公式,库伦主动土压力系数,K,a,在库伦主动土压力公式中，当墙背直立、光滑，填土面水平，即取,=0,、,=0,、,=0,时，则有,4.4,库伦土压力理论,其中,可以查下表,挡土墙情况,摩擦角,挡土墙情况,摩擦角,墙背平滑、排水不良,墙背粗糙、排水良好,（00.33）,（0.330.5）,墙背很粗糙、排水良好,墙背与填土间不可能滑动,（0.50.67）,（0.671.0）,二、被动土压力,库伦被动土压力公式,库伦被动土压力系数,K,p,4.4,库伦土压力理论,对与墙背直立,（,=0,）,、光滑,（,=0,）,、墙后填土面水平,（,=0,）,的情况在上述条件下，库伦被动土压力公式也与朗肯公式相同。,4.5,挡土墙设计,一、挡土墙的最为常见结构类型,优点是结构简单，施工方便，可就地取材，故应用较广。缺点是工程量大，沉降也较大。重力式挡土墙一般适用于小型工程，挡土墙高度一般不大于,5m,。,重力式挡土墙,优点是墙体截面较小，工程量小，缺点是废钢材，技术复杂。一般用于重要工程。,悬臂式挡土墙,用以增强悬臂式挡土墙的抗弯能力及整体刚度。与重力式挡土墙相比较，这种挡土墙的技术更为复杂。,扶臂式挡土墙,如前所述，挡土墙的常见结构类型有：重力式、钢筋混凝土悬臂式和扶壁式、桩板式、锚杆式、锚定板式、加筋土轻型式及垛式等。,4.5,挡土墙设计,4.5,挡土墙设计,二、挡土墙的验算,挡土墙的验算包括,:,稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移的稳定性验算,地基的承载力验算,墙身强度验算,挡土墙设计时，一般先凭经验初步拟定挡土墙的类型和尺寸，然后进行挡土墙的验算，如不满足要求，则改变截面尺寸或采取其它措施，仍不能满足要求时，可考虑改变其结构类型。,挡土墙在墙后主动土压力作用下的可能破坏型式包括：倾覆失稳、滑移失稳、地基承载力失稳和墙身强度破坏。,4.5,挡土墙设计,抗倾覆稳定验算,挡土墙的抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全系数，以,Kt,表示。,Kt,应符合下式要求,：,其中,E,az,=E,a,cos(,),E,ax,=E,a,sin(,),x,f,=bzcot,z,f,=zbtg,0,4.5,挡土墙设计,抗滑稳定验算,在抗滑稳定验算中，抗滑力与滑动力之比称为抗滑安全系数,Ks,，,Ks,应符合下式要求,：,式中,土对挡土墙基底的摩擦系数，按下表取值；,G,n,、,G,t,挡土墙自重在基底垂直方向和平行方向的分力；,E,an,、,E,at,主动土压力在基底垂直方向和平行方向的分力。,土的类别,摩擦系数,土的类别,摩擦系数,粘性土,可塑,0.250.30,中砂、粗砂、砾砂,0.400.50,硬塑,0.300.35,碎石土,0.400.60,坚硬,0.350.45,软质岩石,0.400.80,粉土,0.300.40,表面粗糙的硬质岩石,0.650.75,4.5,挡土墙设计,除了挡土墙本身类型和形式外，挡土墙后的填土质量和排水措施对挡土墙的稳定性和安全使用具有重要影响。,三、挡土墙的构造措施,填土压实质量是挡土墙施工中的一个关键因素。填土应分层夯实,。,为使渗入墙后填土中的积水易于排出，通常在墙身不同部位应布置适当的泄水孔。泄水孔入口处应用易于渗水的粗颗粒材料（卵、碎石等）做滤水层以免淤塞，并在泄水孔入口处下方铺设粘土夯实层，防止积水渗入挡土墙地基。,挡土墙后填土应尽量选取抗剪强度稳定且易于排水的卵石、砾石、粗砂、中砂等土类。这类土的内摩擦角大，主动土压力系数小，易于保持稳定，节省工程量，是理想的墙后填土材料。,4.6,地基的承载力,一、地基承载力的概念,承载力,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。,4.6,地基的承载力,在地基上建造建筑物后，地基表面受荷，其内部应力也随之发生变化，一方面附加应力引起地基内土体变形，造成建筑物沉降；另一方面，内部应力变化引起地基内土体剪应力增加，当某一点剪应力达到土的抗剪强度时，该点即处于极限平衡状态或破坏状态。若土体中某一区域内各点都达到极限平衡状态，就形成极限平衡区，或称塑性区。若荷载继续增加，地基内极限平衡区的发展范围随之不断扩大，局部塑性区发展为连续贯穿到地表的整体滑动面，这时，地基会整体失稳破坏。,稳定要求：荷载小于地基承载力（抗力）,建筑物地基设计的基本要求：,变形要求：变形小于设计允许值,S,S,4.6,地基的承载力,图,5-15,地基载荷试验的压力,-,沉降曲线和地基破坏的三个阶段,二、地基的破坏型式,4.6,地基的承载力,整体剪切破坏：在载荷试验的,p-s,曲线中有较明显的直线段与曲线段，如图,5-15(a),中的曲线,a,。,局部剪切破坏：,p-s,曲线从一开始就呈非线性变化，且随着,p,的增加，变形继续发展，直至地基无法满足上部结构的要求时（此种情况下地基一般先不能满足建筑物的变形要求），仍不会出现曲线,a,那样明显的突然急剧增加的现象，如图,5-15(a),中的曲线,b,。,冲剪破坏：其,p-s,曲线如图,5-15(a),中的曲线,c,，其曲线基本形式与,b,类似，但变形发展速率更快。试验中，荷载板几乎是垂直下切，两侧不发生土体隆起，地基土沿荷载板侧发生垂直剪切破坏面,。,如不考虑建筑物的变形要求，不断增加地表作用荷载，局部剪切破坏和冲切破坏一般最终也会发展到整体剪切破坏阶段。,根据地基载荷试验的,p-s,曲线（图,5-15,（,a,）的特点，可将整体剪切破坏的变形分为三个阶段：,4.7,地基的塑性区理论和临塑荷载,地基临塑荷载,pcr,是在整体剪切破坏的模式下，按条形基础受均布荷载作用推导出来的。假设基础底面的附加应力为,p0,，基础底面下深度,z,处土的自重应力,z,，基础埋深,d,。为简化计算，假定土的侧压力系数,K0=1,，则土的自重和基础埋深引起的超载在地基中任意点,M,处产生的应力各向相等，因而，,M,点的最大主应力和最小主应力分别为,(,如右图,5-15),：,p,0,基底附加压力，,p,0,=p-,0,d,，,kPa,；,p,基底压力，,kPa,；,0,M,点到条形基础均布荷载两端点的夹角，弧度。,4.7,地基的塑性区理论和临塑荷载,基础边缘下塑性区的边界方程,它表示塑性区边界上任意一点的深度,z,与夹角,0,的关系。若已知基础的埋置深度,d,、基底压力,p,以及土的,、,c,、,，则可根据上式绘出塑性区的边界线，如图,5-16,所示。,临塑荷载公式,如果不允许地基进入局部剪切破坏阶段，,p,cr,即可作,为地基承载力,4.7,地基的塑性区理论和临塑荷载,当地基中塑性区的最大深度,zmax,控制在基础宽度,b,的,1/4,，即,1/4b,时，相应的荷载用,P 1/4,表示,一般,p,1/4,用于中心荷载的情况,4.8,地基的极限承载力,地基极限承载力是地基与单位面积上所能承受的最大荷载，其理论表达式有许多种，其中有代表性的包括普朗德尔（,Prandtl,）、太沙基（,Terzaghi,）、迈耶霍夫（,Meyerhof,）、汉森（,Hansen,）和魏锡克（,Vesic,）公式等。,一、普朗德尔公式,4.8,地基的极限承载力,基础有埋深时地基极限承载力的表达式,p,u,=,c,N,c,+,q,N,q,式中,N,q,是仅与,有关的另一承载力因数,p,u,=,c,N,c,N,c,称为承载力因数，是仅与土的内摩擦角,有关的无量纲系数，,c,为土的粘聚力。,地基极限承载力公式,假设条形基础置于地基表面（,d=0,）、地基土为无重介质（,=0,）、基础底面光滑,4.8,地基的极限承载力,基础有埋深时地基极限承载力的表达式,p,u,=,c,N,c,+,q,N,q,式中,N,q,是仅与,有关的另一承载力因数,4.8,地基的极限承载力,二、太沙基公式,0,d,d,c,b,a,(a),太沙基理论滑动面,c,d,u,p,a,b,d,太沙基假定基础底面粗糙，地基滑动面形状如上图，也可分为三个区。基础底面与地基土之间的摩擦力阻止了基底处剪切位移的发生，基底以下一部分土体将随基础一起移动而始终处于弹性平衡状态，这部分弹性楔体,aba,即,区，,aa,面不再是大主应力面，,区内土体也不再处于朗肯主动状态，而是处于弹性压密状态；,区的滑动面由两组曲面组成，一组有对数螺旋线形成，另一组是辐射向的曲面；,区是被动朗肯区，滑动面是平面，它与水平面的夹角为（,45/2,）。,4.8,地基的极限承载力,c,(b),太沙基简化滑动面,b,c,d,a,a,u,p,b,d,d,d,0,4.8,地基的极限承载力,(c),弹性楔体受力分析,p,E,b,a,W,C,b,u,p,p,E,H=tg,b,a,2,C,4.8,地基的极限承载力,太沙基认为浅基础的地基承载力可近似假设为分别有以下三种情况计算结果的总和,：,土无质量，但有粘聚力和内摩擦角，没有超载，即,=0,、,c0,、,0,、,q=0,土无质量，土无粘聚力，有内摩擦角和超载，即,=0,、,c=0,、,0,、,q0,土有质量，没有粘聚力，但有内摩擦角，没有超载，即,0,、,c=0,、,0,、,q=0,4.8,地基的极限承载力,太沙基极限承载力的表达式,式中,N c,、,N q,、,N,与土的内摩擦角,有关,查上图,对于方形和圆形基础，太沙基根据一些试验资料建议按以下半经验公式计算：,圆形基础：,p,u,=1.2,c,N,c,+,q,N,q,+0.6bN,方形基础,：,p,u,=1.2,c,N,c,+,q,N,q,+0.4bN,对于局部剪切破坏（土质松软，沉降较大）的情况，其极限承载力较小，太沙基建议用经验的方法调整抗剪强度指标,和 代替公式式中的,c,和,。,4.8,地基的极限承载力,三、魏锡克公式,p,u,=,c,N,c,S,c,i,c,d,c,+,q,N,q,S,q,i,q,d,q,+0.5bN,S,i,d,基础形状系数,Sc,、,S,q,、,S,式中,b,和,l,分别为矩形基础的宽度和长度，对于圆形和方形基础，在上式中取,b=,l,代入即可,荷载倾斜系数,i,c,、,i,q,、,i,4.8,地基的极限承载力,以上各式中,Q,、,H,为倾斜荷载载基底上的垂直分力和水平分力，,m,为系数，由下列各式确定,对条形基础，,m=2,当荷载在任意方向倾斜时,式中,n,为荷载在任意方向的倾角,d,c,、,d,q,、,d,基础埋深修正系数，按以下各式确定,：,当荷载在短边方向倾斜时,当荷载在长边方向倾斜时,4.8,地基的极限承载力,5,、,工程建设的岩土工程勘察,5.1 概述,5.2 勘察阶段划分及勘察方法,5.3 岩土工程勘察报告,5.1,工程地质勘察的内容和要求,岩土工程勘察规范,GB-500021-94,适用于除水利工程、公路工程、铁路工程、核电站工程以外的工程建设岩土工程勘察,公路工程地质勘察规范,JTJ064-98,港口工程地质勘察规范,JTJ240-97,水利水电工程地质勘察规范,GB50287-99,铁路工程地质勘察规范,推荐规范,岩土工程勘察等级,甲级,乙级,丙级,工程地质勘察的准备工作,收集资料,布置钻孔,现场踏勘定位,勘察工作的三个阶段,选址勘察,初步勘察,详细勘察,施工勘察,5.2,岩土工程勘察方法,勘探工作,坑探,钻探,触探,坑探,钻探,触探,（1）静力触探,(2)圆锥动力触探,（3）标准贯入试验,5.,3,岩土工程勘察报告,地基勘察报告书的编制,文字、图表,地基勘察报告书的阅读及使用,6,、,天然地基上的浅基础,6.1,浅基础的类型、构造及设计条件,6.2,一般浅基础设计,6.3,浅基础的变形分析与验算,6.4,减轻不均匀沉降危害的措施,6.1,浅基础的类型、构造及设计条件,建筑物的安全和正常使用,用途和安全等级,建筑场地和地基岩土条件,地基基础方案,工期、造价,施工条件,上部结构类型,平面布置,地基基础类型,6.1.1,浅基础设计简介,一、选择,地基基础类型,，主要考虑两方面因素：,1、建筑物的性质；2、地基的地质情况。,二、,地基基础方案,1.天然地基上的浅基础；,2.人工地基上的浅基础；,3.天然地基上的深基础、桩基础。,三、天然地基上的浅基础定义,6.1.2,浅基础的类型,扩展基础,刚性基础,柔性基础,联合基础,条形基础,箱形基础,独立基础,筏板基础,十字交叉梁基础,壳体基础,按构造类型,一、扩展基础,适用于多层民用建筑和轻型厂房,(1)无筋扩展基础(刚性基础）,(2)扩展基础(柔性基础）,1,、定义,2,、受力性能：抗弯和抗剪,性能良好,二、联合基础,当为了满足地基土的强度要求，必须扩大基础平面尺寸，与相邻的单个基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。,联合基础,三、按构造类型,1、独立基础,2、条形基础,长度远大于宽度的基础,3、十字交叉梁基础,4,、筏板基础,5,、箱形基础,目前在高层建筑中多采用箱形基础,6,、壳体基础,适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑,物的基础。,一、概念,1、基础埋置深度,2、基础埋深选择的意义,6.1.3,基础的埋置深度,3、基础埋深选择的原则,与建筑物有关的条件,作用在地基上的荷载大小和性质,二、影响基础埋深的因素,工程地质条件和水文地质条件,相邻建筑物的基础埋,深,地基土冻胀和融陷的影响,相邻建筑物间的基础埋深,地基土冻胀和融陷对基础埋深的影响,1、地基承载力概念,a、,根据规范表格确定,；,b、,按静载荷试验方法确定,；,c、,根据土的强度理论计算确定；,d、,根据相邻条件相似的建筑物经验确定。,6.1.4,地基承载力的确定,2,、地基承载力的确定方法,按地基载荷试验确定地基的承载力特值,香港国际机场,按载荷试验成果确定,地基承载力特征值,p,s,0,极限荷载,比例界限,承载力特征值的确定方法：,1.当,p,s,曲线上有,比例界限,时，取该比例界限所对应的荷载值；,2.当,极限荷载,小于对应,比例界限,的荷载值的2倍时，取,极限荷载值的一半,；,3.当不能按上述二点确定时，如压板面积为0.250.50,m,2,，,可取,s/b,=0.010.015,所对应的荷载，但其值不应大于,最大加载量的一半,。,使用查表法确定地基承载力特征值,当根据室内物理、力学指标平均值确定地基承载力特征值时，应查相应的表格所得的承载力基本值乘以回归修正系数，作为承载力特征值。,按理论公式计算,式中,f,a,修正后的地基承载力特征值；,f,ak,地基承载力特征值；,b,、,d,基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；,基础底面以下土的重度,m,基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮,重度；,d,基础埋置深度（,m）,，,一般自室外地面标高算起。,b,基础底面宽度（,m），,当基宽小于3,m,按3,m,考虑，大于,6,m,按6,m,考虑；,承载力特征值的修正：,天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容：,1.选择基础的材料、类型和平面布置；,2.选择基础的埋置深度；,3.确定地基承载力；,4.确定基础尺寸；,5.进行地基变形与稳定性验算；,6.进行基础结构设计；,7.绘制基础施工图，提出施工说明。,6.2,一般浅基础设计,式中,p,k,相应于荷载效应标准组合时，,基础底面处的,平均压力值,；,f,a,修正后的地基承载力特征值,。,1.当轴心荷载作用时,一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸,d,f,a,F,k,A,G,g,-,d,f,a,F,k,b,G,g,-,（矩形）,（条形）,F,k,相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础,顶面的竖向荷载。,G,k,基础自重和基础上的土重。,A,G,k,F,k,p,k,+,=,A,基础底面面积。,基础平均埋深,式中：,2,.,对于偏心受压基础,需满足的条件：,P,k,f,a,M,k,相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力,矩值。,式中：,k,p,max,=,3,la,G,k,),2,(,F,k,+,a,f,W,2,.,1,M,K,+,k,p,max,=,A,G,k,F,k,+,由：,得：,若：,二、软弱下卧层的强度验算,软弱下卧层顶面处的附加应力设计值,软弱下卧层顶面处的自重应力设计值,地基承载力设计值,6.3,浅基础的变形分析与验算,6.3.1,浅基础的变形分析,地基的特征变形,沉降量,沉降差,倾斜,局部倾斜,6.3.2,浅基础的验算,一、,地基承载力验算,二、基底合力偏心距验算,三、基础稳定性和地基稳定性验算,建筑措施,结构措施,施工措施,6.4,减轻不均匀沉降危害的措施,一、建筑措施,二、结构措施,三、施工措施,7,、桩基础,7.1,概述,7.2,单桩承载力确定,7.3,桩基计算,7.4,桩基础设计,7.5,深基础,7.1,概述,桩的分类,按施工方法:预制桩和灌注桩,按桩的设置效应:大量挤土桩、小量挤土桩和不挤土桩,按桩的受力性能：端承桩与摩擦桩,一、概念,群桩基础,基桩,群桩效应,群桩效应系数,低承台群桩基础的群桩效应,二、端承型群桩基础,群桩效应,三、摩檫型群桩基础,1、承台底面脱地的情况（非复合桩基）,2、承台底面贴地的情况（复合桩基）,四、影响群桩效应的因素,（1）承台刚度,（2）基土性质,（3）基桩间距,五、按规范确定基桩竖向承载力设计值,当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，按下式计算基桩竖向承载力设计值：,对端承桩基,7.2,单桩承载力确定,式中,l,i,、,U,i,桩周第,i,层土厚
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