地基承载力-资料.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,*,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,*,地基承载力,第,7,章,第,7,章 地基承载力,二、按塑性取的发展深度确定承载力,三、地基极限承载力,一、地基破坏的模式,地基承受建筑物荷载,地基应力状态改变,地基变形,地基失稳,7,.1 地基破坏的模式,地基变形,与地基土的压缩性有关,建筑物基础沉降或沉降差,上部结构倾斜、开裂或损坏,沉降,倾斜,开裂,地基失稳,与地基土的强度有关,地基土发生滑动剪切破坏,上部结构倒塌,在粘土地基上的某谷仓地基破坏情况,1940,年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆,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,黄粘土,地基土不堪重负而滑动,地基承载力：,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。,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,S,S,与土的强度有关,与土的压缩性有关,地基承载力,沉降计算（分层总和法）,地基土体因承载能力不足出现的破坏均为剪切破坏,浅基础的地基剪切破坏的模式有：,整体剪切破坏,局部剪切破坏,冲剪破坏,整体剪切破坏的特点,整体剪切破坏：是在基础荷载作用下，地基发生连续剪切滑动面的破坏模式。由普朗德尔（,Prandtl,）在,1920,年提出。,整体剪切破坏,多发生于土质坚实，基础埋深浅的地基。,o,p,S,p,cr,a,阶段,1,弹性压密阶段,当,p,p,cr,时,：,p,由0逐渐,增大；,ps,为线性关系；,地基土逐渐压密，但不出现破坏；,基础下沉；,F,p,阶段,2,局部破坏阶段,p,u,o,p,S,p,cr,a,b,当,p,cr,pp,u,时,：,随,p,逐渐,增大；地基土体沿形成的滑动面向外滑动；,基础四周地表隆起,：,基础急剧下沉,：,临塑荷载,p,cr,极限荷载,p,u,局部剪切破坏的特点,局部剪切破坏：是在基础荷载作用下，地基某一范围内发生剪切破坏区的破坏模式。由太沙基（,Terzaghi,）在,1943,年提出。,局部剪切破坏,多发生于土质松软，基础埋深较大的地基。,在荷载逐步施加的初始阶段，,p,s,就呈非线性关系并无明显的拐点。,随,p,逐渐,增大；基础下的破坏区域不断发展，连成整体。,o,p,S,p,u,当压力增加到,p,u,时，剪切破坏面将继续延伸到一定位置，但未到达地表。基础四周土被挤出，地面稍有隆起。,冲剪破坏的特点,冲剪破坏：是在基础荷载作用下，地基土体发生垂直剪切破坏，使基础产生交大沉降的破坏模式。由德贝尔（,De Beer,）在,1958,年提出。,冲剪破坏,多发生于土质松软，基础埋深大的地基。,随着压力的增加，基础持续下沉；,因为地基土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入。,p,s,曲线从开始就呈非线性，没有转折点；,O,p,S,地基不出现连续滑动面，基础侧面地面不出现隆起，因而基础边缘下的地基垂直剪切破坏。,地基承载力的确定,以地基整体剪切破坏的模式确定承载力,地基承载力的确定方法有：,按塑性区的发展深度确定,根据地基承载力的理论公式确定,依据原位试验确定,1.,基本原理,整体剪切破坏,7.2,按塑性区的发展深度确定,地基发生整体剪切破坏；,破坏区域的范围随压力增大而增大；,z,max,p,破坏区域的最大深度与压力有关；,确定,p,与,z,max,之间的关系；,限制,z,max,，得到,p,，,作为地基承载力；,2.,地基塑性变形区的边界方程；,q=,0,d,p,0,z,M,b,条形基础承受竖向均布基底压力；,d,0,b,由基底附加压力在,M,点产生的主应力为；,M,点位于塑性破坏区的边缘上；,（1）线荷载作用下的 地基附加应力,线荷载作用下的应力状态属于弹性力学中的,平面应变,问题，按广义虎克定律和,y,0,的条件可得：,因此，在平面问题中需要计算的应力分量只有,z,、,x,和,xz,三个。,假设地基中原有的自重应力场为：,则,M,点总的大、小主应力为：,因M,点位于塑性破坏区的边缘上；,则M,点的大、小主应力满足极限平衡条件；,将M,点的大、小主应力代入上式，得：,该式即为地基塑性变形区的边界方程。表示在一定基底压力,p,作用下，塑性区边界上任一点的深度,z,与,0,角的关系。,p,z,max,求塑性变形区边界方程的极值。,令,得,该式即为地基塑性变形区的最大深度与基底压力,p,的关系。,3.,临塑荷载,令,z,max,=0，得临塑荷载,p,cr,为：,临塑荷载由两部分组成:,这两部分都是内摩擦角的函数。,第一部分为地基土粘聚力的作用;,第二部分为基础两侧超载或基础埋深的影响;,3.,临界荷载,临界荷载：是指允许地基产生一定范围塑性区所对应的荷载。,允许塑性区开展深度的范围大小与建筑物的重要性、荷载性质和大小、基础形式和特性、地基土的物理力学性质等有关。,根据工程实践经验，在中心荷载作用下，控制塑性区最大开展深度为,b/4,，,偏心荷载作用下控制为,b/3,，,对一般建筑物是允许的。,令,z,max,=b/4，得,p,1/4,为：,令,z,max,=b/3，得,p,1/3,为：,第一部分表现为基础宽度和地基土重度的影响；第二、第三部分反映了地基土粘聚力和基础埋深对承载力的影响，这两部分组成了临塑荷载。,p,cr,、p,1/3,、,p,1/4,可写成统一形式：,7.3,地基极限承载力,一、普朗德尔-瑞斯纳公式,普朗德尔,（,Prandtl，1920,）,利用塑性力学的滑移线场理论，针对无埋深条形基础得到极限承载力的理论解，瑞斯纳,（,Reissner，1924,）,将其推广到有埋深的情况。,假定：,1.,条形基础，具有足够大的刚度；,2.,基底完全光滑；,3.,地基土体具有刚塑性，重度为零；,4.,基础埋深为零。,当荷载达到极限荷载,p,u,时，地基内出现连续的滑裂面。,普朗德尔将整个塑性区域分为五个部分：,1,个,区,朗肯主动区,：p,u,为大主应力,，AC,与水平向夹角,45,2,2,个,区过渡区,：r=r,0,e,tg,2个,区,朗肯被动区：水平方向为大主应力，EF与水平向夹角45,-2,b,地面,A,B,C,E,F,p,u,=,p,u,p,a,I 区,III 区,0,d,3,=,0,d,1,p,p,r,0,r,p,u,p,p,p,a,c,R,隔离体分析,A,b,地面,A,B,C,E,F,在该式的基础上，瑞斯纳,（,Reissner，1924,）,进一步考虑基础埋深对承载力的影响，把基础埋深范围内基底两侧土体重量作为作用在基底面上的超载,q,=,0,d,，得到相应的地基极限承载力公式：,二、太沙基极限承载力公式,基本假设：,1,基底完全粗糙。,当地基破坏时，基础底下的土楔体,ABC,处于弹性平衡状态，称为弹性核。,AC,面与水平面呈,角。,A,B,C,2,地基破坏时沿着,CDF,曲面滑动，出现连续的滑动面,。DF,面与水平面的夹角为,45-,/2。ADF,为朗肯被动区,，ACD,为对数螺线过渡区。,p,u,90,45,-/2,q=,0,d,A,B,C,D,F,3,将基底以上的地基土看作均布荷载,q,=,0,d,，不考虑其强度。,b,C,B,D,F,E,A,G,地面,4,条形基础作用均布压力，地基发生整体剪切破坏。,隔离体分析,N,、N,q,、,N,c,承载力系数，,都是土的内摩擦角,的函数，可从下图中实线查得。,太沙基极限承载力公式可近似推广到圆形、方形基础，及局部剪切破坏情况。,局部剪切破坏,：,N,c,、,N,q,、,N,r,：,修正后的承载力系数，可由修正后的内摩擦角,查图中虚线得到。,局部破坏,整体破坏,圆形基础：,方形基础,整体破坏,局部破坏,其他极限承载力计算公式,一、魏锡克（,Vesic,A.S,)极限承载力公式,在普朗德尔理论的基础上，考虑土的自重。,二、梅耶霍夫(,Meyerhof,G.G,.)极限承载力公式,考虑基底以上土体抗剪强度时地基的极限承载力。,三、汉森(,Hansen,J.S.,)极限承载力公式,汉森在极限承载力上的主要贡献就是对承载力进行数项修正，包括非条形荷载的基础形状修正,埋深范围内考虑土抗剪强度的深度修正，基底有水平荷载时的荷载倾斜修正,地面有倾角,b,的地面修正以及基底有倾角,时的基底修正。,极限承载力,p,u,的组成及影响因素,：,滑动土体自重产生的抗力,取决于土的重度以及滑动土体的体积。随基础宽度的增大，滑动土体的长度和深度增大。即极限承载力随基础宽的的增加而线性增大。,滑动面上的粘聚力产生的抗力,取决于土的粘聚力及滑动面的长度。,侧荷载,0,d,产生的,抗力,来自于基底以上土体的上覆力，基础埋深越大，极限承载力越大。,同时土的内摩檫角影响着滑动面的形状。随内摩檫角的增加，极限承载力增大,