第8章(02)地基承载力.ppt

*,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,千斤顶,荷载板,平衡架,拉锚,1,、地基变形的三个阶段,*,地 基 的 承 载 力*,(,YAO HUAN.professor),福 州 大 学 土 木 工 程 学 院,轨道与地下工程系/工程地质与岩土工程研究所,*,地基的破坏模式*,(现场/原位)载荷试验,0,s,p,p,cr,p,u,a,b,c,p,p,cr,p,cr,p,p,u,p,p,u,a.,线性变形阶段,塑性变形区,连续滑动面,oa,段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于,直线,，土中,f,地基处于,弹性平衡状态,b.,弹塑性变形阶段,ab,段，荷载增加,，,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,c.,破坏阶段,bc,段，塑性区扩大，发展成,连续滑动面,，荷载增加，沉降急剧变化,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，地基所承受的基地压力称为,临塑荷载,p,cr,地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力称为,极限荷载,p,u,p,cr,p,u,2,、地基的破坏形式,a.,整体剪切破坏,b.,局部剪切破坏,c.,冲剪破坏,a.,整体剪切破坏,.p-s,曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段,.,地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面,.,荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起,b.,局部剪切破坏,.p-s,曲线转折点不明显，没有明显的直线段,.,塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内,.,荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起,c.,冲剪破坏,.,地基不出现明显连续滑动面,.,荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷,.p-s,曲线没有明显的转折点,长条基础铅直中心荷载作用地基破坏型式的特点,破坏型式,地基中滑动面,荷载与沉降曲线,基础两侧地面,破坏时基础的沉降,基础的表现,设 计的控制因素,事故出现情况,适用条件,基 土,相对,埋深,整体破坏,完整（以至露出地面）,有明显的拐点,隆起,较小,倾倒,强度,突然倾倒,密实的,小,局部破坏,不完整,拐点不易确定,有时微有隆起,中等,可能会出现倾倒,变形为主,较慢下沉时有倾倒,松软的,中,冲剪破坏,很不完整,拐点无法确定,沿基础出现下陷,较大,只出现下沉,变形,缓慢下沉,软弱的,大,破坏模式的影响因素和判别,地基土本身的条件，如种类、密度、含水量、抗剪强度等；基础条件，如型式、埋深、尺寸、地面粗糙程度等；上部荷载的条件等，其中土的压缩性是影响破坏模式的主要因素。,一般原则：如果土的压缩性低，土体相对比较密实，一般容易发生整体剪切破坏。反之，如果土比较疏松，压缩性高，则会发生冲剪破坏。,图,9-2,给出魏锡克在砂土上的模型试验结果，该图说明了地基破坏模式与砂土的相对密实度的关系。,图,9-2,砂中模型基础的破坏模式,(,根据,Vesic,，,1963a,由,De Beer,修改，,1970),基础相对埋深为基础埋深与基础宽度之比,魏锡克主要考虑土压缩性，引人临界刚度比作为判断破坏模式的标准。,地基土刚度指标：,临界刚度指标：,式中,L,基础的长度，,m,；,G,土的剪切模量，,kPa,；,E,土的变形模量，,kPa,；,土的泊松比；,C,土的粘聚力，,MPa,；,土的内摩擦角，（,）；,q,0,地基中膨胀区平均超载压力，,kPa,，一般可取基底以下,B,2,(,B,为基础宽度）深度处的上覆土重。,当土容易压缩，地基将可能发生局部冲剪破坏，按整体剪切破坏模式理论公式计算地基承载力时需对土的压缩性进行修正。,地基压缩性对破坏模式的影响也会随着其他因素的变化而变化。,*地基承载力的含义及类型和确定方法 *,一.地基承载力的含义;,二.地基承载力的类型;,1.地基,容许,承载力;2.,地基极限承载力;,3.地基承载力,特征值,/标准值/,设计值,等.,三,.地基承载力的确定方法;,1.理论(体系)计算方法;,(1)朔性变形区发展理论;,(2)极限荷载剪切破坏(即极限平衡)理论.,2.现场原位测试(验);,*(1)静载荷试验,(2)静力触探试验;,(3).标准贯入试验,*,3.规范方法(查表法).,*,地基的容许承载力（按控制塑性区的发展）*,1,、长条均布荷载下塑性区的发展范围,z,z,b,d,q,=,d,p,0,1,3,根据弹性理论，,地基中任意点由条形均布压力所引起的附加大、小主应力,假定在极限平衡区土的静止侧压力系数,K,0,=1，,M,点土的自重应力所引起的大小主应力均为,(,d,z,),M,点达到极限平衡状态，大、小主应力满足极限平衡条件,M,？,线荷载作用下土单元的应力：,微元应力：,积分：,据此同理可得,由布辛奈斯科解答：,均布条形荷载作用下土单元的应力：,均布条形荷载作用下土单元的,主,应力：,微元应力：,积分：,据此同理可得,由线荷载解答：,塑性区边界方程,塑性区最大深度,z,max,2,、临塑荷载,p,cr,和界限荷载,当,z,max,0，地基所能承受的基底附加压力为临塑荷载,塑性区开展深度在某一范围内所对应的荷载为界限荷载,2,、统一形式,计算侧面均布荷载,q,时采用基础底面以上土的容重；第一项中的容重为基础下土的容重；所有容重地下水位以上为天然容重，地下水位以下为浮容重。,地基的容许承载力（按地基规范）,粉土、粘性土的含水量，孔隙比压缩模量或液塑限求基本值、标准制和设计值；,地基的容许承载力（原位试验）,载荷试验；静力触探；标贯；旁压,3,、例题分析,【例】,某条基，底宽,b,=1.5m，,埋深,d,=2m，,地基土的重度,19,kN/m,3,，,饱和土的重度,sat,21,kN/m,3,抗剪强度指标为,=20，,c,=20kPa,求(1)该地基承载力,p,1/4,(2)若地下水位上升至地表下1.5,m,，,承载力有何变化,【,解答】,(1),(2)地下水位上升时，地下水位以下土的重度用有效重度,说明：,当地下水位上升时，地基的承载力将降低,*地基的极限承载力*,一、普朗特尔,-,瑞斯纳极限承载力理论,1920年，普朗特尔根据,塑性理论,，在研究刚性物体压入均匀、各向同性、较软的无重量介质时，导出达到破坏时的滑动面形状及极限承载力公式,P,b,c,c,d,d,45,o,/2,45,o,/2,将无限长，底面,光滑,的荷载板至于无质量的土,(,0),的表面上，荷载板下土体处于塑性平衡状态时，塑性区分成五个区,区：,主动朗金区,，,1,竖直向，破裂面与水平面成,45,o,/2,区：,普朗特尔区,，边界是对数螺线,区：,被动朗金区,，,1,水平向，破裂面与水平面成,45,o,/2,普朗特尔理论的极限承载力理论解,式中：,承载力系数,当基础有埋深,d,时,式中：,缺陷：没有考虑地基土的重量，没有考虑基础埋深范围内的土的抗剪强度等的影响，其结果与实际工程仍有较大差距。,二、太沙基极限承载力理论,底面,粗糙,，基底与土之间有较大的摩擦力，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,P,a,a,b,c,c,d,d,45,o,/2,45,o,/2,区：,弹性压密区,(弹性核),区：,普朗特尔区,，边界是对数螺线,区：,被动朗金区,，,1,水平向，破裂面与水平面成,45,o,/2,考虑因素：（,1,）地基土有重量。（,2,）基底粗糙；（,3,）不考虑基底以上填土的抗剪强度，把它仅看成作用在基底平面上的超载；（,4,）在极限荷载作用下地基发生整体剪切破坏；（,5,）破坏区有五个，基底以下的,1,区就像弹性核一样随着基础一起向下移动。,太沙基理论的极限承载力理论解,N,r,、N,q,、N,c,均为承载力系数，均与,有关，太沙基给出关系曲线，可以根据相关曲线得到,上式适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,N,r,、,N,q,、,N,c,为局部剪切破坏时承载力系数，也,可以根据相关曲线得到,对于方形和圆形基础，太沙基提出采用经验系数修正后的公式,圆形基础,三、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,S,r,、S,q,、S,c,基础的形状系数,i,r,、i,q,、i,c,荷载倾斜系数,d,r,、d,q,、d,c,深度修正系数,g,r,、g,q,、g,c,地面倾斜系数,b,r,、b,q,、b,c,基底倾斜系数,N,r,、N,q,、N,c,承载力系数,说明：,相关系数均可以有相关公式进行计算,二、静力触探试验法,探头,Q,f,Q,c,F,钻杆,用静压力将装有探头的触探器压入土中，通过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接反映了土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验所得到的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变形模量及压缩模量建立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量,方法介绍：,探头阻力,Q,可分为两个部分,1.锥头阻力,Q,c,2.侧壁摩阻力,Q,f,比贯入阻力：,探头单位截面积的阻力,三、标准贯入试验法,试验时，先行钻孔，再把上端接有钻杆的标准贯入器放至孔底，然后用质量为63.5,kg,的锤，以76,cm,的高度自由下落将贯入器先击入土中15,cm，,然后测继续打30,cm,的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数,方法介绍：,建立标准贯入击数与地基承载力之间的对应关系，可以得到相应标准贯入击数下的地基承载力,