情境5基坑工程施工.pptx

本情景教学内容本情景教学内容子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度子情境二子情境二 挡土墙与土压力挡土墙与土压力子情境三子情境三 基坑工程施工基坑工程施工学习情境五学习情境五 基坑工程施工基坑工程施工主要规范、规程l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007GB5000720022002l岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范GB50021GB5002120022002l建筑地基基础工程施工质量验收规范建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2002)(GB50202-2002)l土工试验方法标准土工试验方法标准GB/T50123GB/T5012319991999学习情境五学习情境五 基坑工程施工基坑工程施工任务任务1 1 土的抗剪强度与极限平衡土的抗剪强度与极限平衡1.11.1土的抗剪强度土的抗剪强度1 1 库仑定律库仑定律17761776年，库仑根据剪切试验提出年，库仑根据剪切试验提出土的抗剪强度土的抗剪强度库仑定律。库仑定律。f=tan 砂土砂土 f=c+tan 粘土粘土c f f库仑定律：库仑定律：土的抗剪强土的抗剪强度是剪切面上的法向总应度是剪切面上的法向总应力力 的线性函数的线性函数 c:土的粘聚力土的粘聚力:土的内摩擦角土的内摩擦角砂砂 土土粘性土粘性土子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度有效应力说明：说明：称为称为土的土的有效应力，有效应力，c c 、为土的有效粘聚力为土的有效粘聚力和有效内摩擦角，即土的有效应力强度指标。施加于试样上和有效内摩擦角，即土的有效应力强度指标。施加于试样上的垂直法向应力的垂直法向应力 为总应力，为总应力，c c、为总应力意义上的土的粘为总应力意义上的土的粘聚力和内摩擦角，称之为总应力强度指标。聚力和内摩擦角，称之为总应力强度指标。根据有效应力原理：根据有效应力原理：土的抗剪强度并不是由剪切面上的法土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上的向总应力决定，而是取决于剪切面上的法向有效应力法向有效应力，即即 有效应力强度指标确切地表达出了土的抗剪强有效应力强度指标确切地表达出了土的抗剪强度的实质，是比较合理的表达方法度的实质，是比较合理的表达方法 剪切面上的总应力与有效应力之间关系为：剪切面上的总应力与有效应力之间关系为：子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度土体抗剪强度组成：土体抗剪强度组成：l摩擦力：摩擦力：大小取决于剪切面上的正应力和土的内摩擦角。大小取决于剪切面上的正应力和土的内摩擦角。l粘聚力：粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成，成，与所受压力无关与所受压力无关。摩擦力的两个来源：摩擦力的两个来源：u滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦 u咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力 子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度1.2土的极限平衡理论1 1土中一点的应力状态土中一点的应力状态 土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应力土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应力 和法向应力和法向应力）3 3 1 1 3 1 dsdxdy楔体静楔体静力平衡力平衡子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度 3 1 dsdxdy斜面上的应力斜面上的应力莫尔应力圆方程莫尔应力圆方程 O 1 31/2(1+3)2 A(,)圆心坐标圆心坐标1/2(1+3)，0应力圆半径应力圆半径r1/2(13)土中某点的应土中某点的应力状态可用莫力状态可用莫尔应力圆描述尔应力圆描述 子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度强度线强度线&用莫尔应力圆与库仑强度直线相切的应力状态作为判用莫尔应力圆与库仑强度直线相切的应力状态作为判别土体破坏的准则，称为别土体破坏的准则，称为莫尔库仑破坏准则莫尔库仑破坏准则。&土的抗剪强度直线又称为土的抗剪强度直线又称为莫尔库仑强度包线莫尔库仑强度包线或或抗剪抗剪强度包线强度包线。2莫尔库仑破坏准则极限摩尔应力圆与极限摩尔应力圆与土的抗剪强度直线土的抗剪强度直线相切相切子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度莫尔库仑破坏准则应力圆与强度线应力圆与强度线相离：相离：强度线强度线应力圆与强度线应力圆与强度线相切：相切：应力圆与强度线应力圆与强度线相割：相割：极限应极限应力圆力圆f 破坏状态破坏状态子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度3土的极限平衡条件 3 1c f2 fA cctg 1/2(1+3)无粘性土：无粘性土：c=0子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度v土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为面的夹角为 f f2 f 3 1c A cctg 1/2(1+3)说明：说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成应力面成 /2的夹角，可知，土的剪切破坏并不是由的夹角，可知，土的剪切破坏并不是由最大剪应力最大剪应力max所控制所控制 max子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度v【例例】地基中某一单元土体上的大主应力为地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa430kPa，小主应力为，小主应力为200kPa200kPa。通过试验测得土的抗剪强度。通过试验测得土的抗剪强度指标指标c c=15 kPa=15 kPa，=20=20o o。试问。试问该单元土体处于何该单元土体处于何种状态？种状态？单元土体最大剪应力出现在哪个面上，单元土体最大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生剪破？是否会沿剪应力最大的面发生剪破？【解解】已知已知 1=430kPa=430kPa，3=200kPa=200kPa，c=15kPa=15kPa，=20=20o o 1.1.计算法计算法计算结果表明：计算结果表明：1f大于该单元土体实际大主应力大于该单元土体实际大主应力 1，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，所以，该，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，所以，该单元土体处于弹性平衡状态单元土体处于弹性平衡状态 子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度计算结果表明：计算结果表明：3f小于该单元土体实际小主应小于该单元土体实际小主应力力 3，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，所以，该单元土体处于弹性平衡状态所以，该单元土体处于弹性平衡状态 在剪切面上在剪切面上 由库仑定律由库仑定律 由于由于f ，所以，该单元土体处于弹性平衡状态，所以，该单元土体处于弹性平衡状态 子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度2.2.图解法图解法 c 1 1f 3f实际应力圆实际应力圆极限应力圆极限应力圆最大剪应力与主应力作用面成最大剪应力与主应力作用面成4545o o最大剪应力面上的法向应力最大剪应力面上的法向应力由库仑定律由库仑定律 最大剪应力面上最大剪应力面上f ，所以，不会沿剪应力最大的面，所以，不会沿剪应力最大的面发生破坏发生破坏 max子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度任务2 抗剪强度指标的测定方法1 直接剪切试验直接剪切试验试验仪器：试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）直剪仪（应力控制式，应变控制式）1轮轴；轮轴；2底座；底座；3透水石；透水石；4测微表；测微表；5活塞；活塞；6上盒；上盒；7土样；土样；8测微表；测微表；9量力环；量力环；10下盒下盒子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度直接剪切仪子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度直接剪切仪子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度直接剪切仪子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度直剪试验直剪试验通过控制通过控制剪切速率来近似模剪切速率来近似模拟排水条件拟排水条件l固结慢剪：试样在垂直压力作用下，待充分排水固结稳固结慢剪：试样在垂直压力作用下，待充分排水固结稳定后（变形稳定标准为每小时不大于定后（变形稳定标准为每小时不大于0.005mm0.005mm），再缓），再缓慢施加水平剪力慢施加水平剪力(剪切速度小于剪切速度小于0.02mm/min)0.02mm/min)，使剪切过，使剪切过程中试样也充分排水固结程中试样也充分排水固结 l固结快剪：试样在垂直压力下排水固结稳定后，迅速施固结快剪：试样在垂直压力下排水固结稳定后，迅速施加水平剪力加水平剪力(剪切速度为剪切速度为0.8mm/min 0.8mm/min，3-53-5分钟内快速剪分钟内快速剪切破坏切破坏)，以保持土样的含水量在剪切前后基本不变。，以保持土样的含水量在剪切前后基本不变。l快剪：施加正应力后立即剪切快剪：施加正应力后立即剪切(剪切速度为剪切速度为0.8mm/min 0.8mm/min，3-53-5分钟内快速剪切破坏分钟内快速剪切破坏)，确保不让孔隙水排出，确保不让孔隙水排出。直接剪切试验直接剪切试验子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度v在不同的垂直压力在不同的垂直压力 下进行剪切试验，得相应的抗剪下进行剪切试验，得相应的抗剪强度强度f，绘制，绘制f-曲线，得该土的抗剪强度包线曲线，得该土的抗剪强度包线子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度直剪试验优缺点v优点：优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作易于操作 v缺点：缺点：剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，不一定是土样的最薄弱面。实际情况，不一定是土样的最薄弱面。试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀减小，剪切面上的剪应力分布不均匀子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度4.3.2 三轴压缩试验l l三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和试样均三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和试样均三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和试样均三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和试样均为圆柱形，因此，两个侧向为圆柱形，因此，两个侧向为圆柱形，因此，两个侧向为圆柱形，因此，两个侧向(或称周围或称周围或称周围或称周围)的应力相等并为小的应力相等并为小的应力相等并为小的应力相等并为小主应力主应力主应力主应力3 3 3 3，而竖向，而竖向，而竖向，而竖向(或轴向或轴向或轴向或轴向)的应力为大主应力的应力为大主应力的应力为大主应力的应力为大主应力1 1 1 1。在增。在增。在增。在增加加加加1 1 1 1时保持时保持时保持时保持3 3 3 3不变，这样条件下的试验称为常规三轴压不变，这样条件下的试验称为常规三轴压不变，这样条件下的试验称为常规三轴压不变，这样条件下的试验称为常规三轴压缩试验。缩试验。缩试验。缩试验。应变控制式三轴应变控制式三轴 仪：仪：由压力室，由压力室，加压系统，量测加压系统，量测系统组成。系统组成。子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度压力室压力室量测系统量测系统三轴压缩仪三轴压缩仪子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度三轴压缩仪三轴压缩仪子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度 3 3 3 3 3 3 1.1.将土样装入压力室；将土样装入压力室；2.2.施加压力室周围液体压力施加压力室周围液体压力3 3；3.3.通过压力框架与通过压力框架与活塞杆活塞杆施加竖向施加竖向压力压力 ，则施加的竖向应力则施加的竖向应力 1 1=3 3 。三轴试验步骤：三轴试验步骤：子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度l固结排水试验（CDCD试验）1 打开排水阀门打开排水阀门施加围压力施加围压力 后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 打打开开排排水水阀阀门门，慢慢慢慢施施加加竖竖向向应应力力 后后，充充分分排排水水固固结结，超超静静孔孔压压水水压力为零。压力为零。l固结不排水试验（CUCU试验）1 打打开开排排水水阀阀门门，施施加加周周围围压压力力 后后充充分分固固结结，超超静静孔孔隙隙水水压压力力完完全全消消散；散；2 关闭排水阀门，在施加竖向应力关闭排水阀门，在施加竖向应力 过程中不排水不固结过程中不排水不固结l不固结不排水试验（UUUU试验）1 关闭排水阀门，施加周关闭排水阀门，施加周围压力围压力 ，不排水不固结；不排水不固结；2 关闭排水阀门，在施加竖向应力关闭排水阀门，在施加竖向应力 后后过程中不排水不固结过程中不排水不固结cd、d ccu、cu cu、u 试验类型试验类型子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度抗剪强度包线v分别在不同的周围压力分别在不同的周围压力 3作用下进行剪切，得到作用下进行剪切，得到3 34 4 个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线切线即为土的抗剪强度包线抗剪强度包线抗剪强度包线 c 子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度三轴试验优缺点v优点：优点：试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了解土中有效应力变化情况了解土中有效应力变化情况试样中的应力分布比较均匀试样中的应力分布比较均匀 v缺点：缺点：试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂 试验在试验在 2 2=3 3的轴对称条件下进行，与土体实际受力的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符情况可能不符 3无侧限抗压强度试验ququ加压加压框架框架量表量表量力环量力环升降升降螺杆螺杆无侧限压缩仪无侧限压缩仪 无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周 围压力，即围压力，即 3 3=0=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力试样承受的最大轴向压力q qu u，称为，称为无侧限抗压强度无侧限抗压强度 。试试样样无侧限无侧限压缩仪压缩仪子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度对于饱和软粘土，根据三轴对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即包线近似于一水平线，即 u u=0=0，因此无侧限抗压强度，因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度。的不排水强度。无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度。三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度。无侧限抗压强度无侧限抗压强度 qucu u=0子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度适适用用于于现现场场测测定定饱饱和和粘粘性性土土的的不不排排水水强强度度，尤尤其其适适用用于于均均匀匀的的饱饱和软粘土和软粘土4.3.4十字板剪切试验柱体上下平面的柱体上下平面的抗剪强度产生的抗剪强度产生的抗扭力矩抗扭力矩柱体侧面剪应力柱体侧面剪应力产生的抗扭力矩产生的抗扭力矩子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度5.5.抗剪强度指标的选用抗剪强度指标的选用 土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标方法，以获得合适的抗剪强度指标 试验方法试验方法适用条件适用条件不排水剪不排水剪或快剪或快剪地地基基土土的的透透水水性性和和排排水水条条件件不不良良，建建筑筑物物施工速度较快施工速度较快排排水水剪剪或或慢慢剪剪地地基基土土的的透透水水性性好好，排排水水条条件件较较佳佳，建建筑筑物施工速度、加荷速率较慢物施工速度、加荷速率较慢固固结结不不排排水水剪剪或或固固结结快快剪剪建建筑筑物物竣竣工工以以后后较较久久，荷荷载载又又突突然然增增大大，或地基条件等介于上述两种情况之间或地基条件等介于上述两种情况之间子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度【例】对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试样破坏时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，样破坏时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，试用作图法确定土的强度指标试用作图法确定土的强度指标c ccucu、cucu和和c c 、周围压力周围压力 3/kPa 1/kPauf/kPa6060100100150150143143220220313313232340406767子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度【解解】按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图所示，再绘按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图所示，再绘出总应力强度包线出总应力强度包线 按由按由 1 1=1 1-u uf，3 3=3 3-u uf ，将总应力圆在水平，将总应力圆在水平轴上左移相应的轴上左移相应的u uf即得即得3 3个有效应力极限莫尔圆，如个有效应力极限莫尔圆，如图中虚线圆，再绘出有效应力强度包线图中虚线圆，再绘出有效应力强度包线 c ccu根据强度包线得到：根据强度包线得到：ccu=10 kPa，c u=18o c=6 kPa，、=27o cucu (kPa)100(kPa)100300200400子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度任务任务3 3 地基承载力的理论计算地基承载力的理论计算 3.1 3.1 地基的破坏形式地基的破坏形式地基的破坏形式大致分为三种：地基的破坏形式大致分为三种：l整体剪切破坏整体剪切破坏l局部剪切破坏局部剪切破坏l冲切破坏冲切破坏子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度1 1整体剪切破坏整体剪切破坏破坏特征：破坏特征：l当基础上荷载较小时，基础下形成一当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区个三角形压密区，随同基础压入土，随同基础压入土中；中；l随着荷载增加，压密区向两侧挤压，随着荷载增加，压密区向两侧挤压，土中产生塑性区，塑性区先在基础边土中产生塑性区，塑性区先在基础边缘产生，然后逐步扩展到缘产生，然后逐步扩展到、塑性塑性区，这时基础的沉降增长率较前一阶区，这时基础的沉降增长率较前一阶段增大；段增大；l当荷载超过极限荷载后，土中形成连当荷载超过极限荷载后，土中形成连续滑动面，并延伸到地面，土从基础续滑动面，并延伸到地面，土从基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，整个地基剪切破坏。整个地基剪切破坏。整体剪切破坏常发生在整体剪切破坏常发生在浅埋基础下的密砂或硬浅埋基础下的密砂或硬粘土等坚实地基中。粘土等坚实地基中。子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度地基整体剪切破坏一般经历三个发展阶段：地基整体剪切破坏一般经历三个发展阶段：0 0sppcrpuabcppcrpcrppuppu塑性变形区塑性变形区连续滑动面连续滑动面a.a.线性变形阶段：线性变形阶段：oaoa段，荷载小，主要产段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中土中f f,地基处于弹性平衡状态，阶段终地基处于弹性平衡状态，阶段终点的对应荷载称为点的对应荷载称为比例界限或临塑荷载比例界限或临塑荷载P Pcr cr。b.b.弹塑性变形阶段：弹塑性变形阶段：abab段，荷载增加，段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪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，阶段终点所对应切破坏，出现塑性变形区，阶段终点所对应荷载称为荷载称为极限荷载极限荷载P Pu u 。c.c.破坏阶段：破坏阶段：bcbc段，塑性区扩大，发展成段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度2.2.局部剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏常发生在中局部剪切破坏常发生在中等密实砂土地基中。等密实砂土地基中。破坏特征：破坏特征：l随着荷载的增加，基础下随着荷载的增加，基础下也出现压密区也出现压密区及塑性区及塑性区，但塑性区仅仅发展到，但塑性区仅仅发展到地基某一范围内，土中滑地基某一范围内，土中滑动面并不延伸到地面，基动面并不延伸到地面，基础两侧地面微微隆起，没础两侧地面微微隆起，没有出现明显的裂缝。有出现明显的裂缝。l局部剪切破坏的局部剪切破坏的p ps s曲线曲线也有一个转折点，但不像也有一个转折点，但不像整体剪切破坏那么明显。整体剪切破坏那么明显。子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度3 3冲切破坏冲切破坏冲切破坏常发生在松砂或冲切破坏常发生在松砂或软土地基中软土地基中。破坏特征：破坏特征：l随着荷载的增加，基础下随着荷载的增加，基础下土层发生压缩变形，基础土层发生压缩变形，基础随着下沉；随着下沉；l当荷载继续增加时，基础当荷载继续增加时，基础周围附近土体发生竖向剪周围附近土体发生竖向剪切破坏，使基础切入土中，切破坏，使基础切入土中，但侧向变形较小，基础两但侧向变形较小，基础两侧地面没有明显隆起。侧地面没有明显隆起。l冲切破坏的冲切破坏的p ps s曲线上没曲线上没有明显的转折点，没有比有明显的转折点，没有比例界限，也没有极限荷载。例界限，也没有极限荷载。子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度3.2 3.2 地基的临塑荷载与临界荷载地基的临塑荷载与临界荷载1 1临塑荷载临塑荷载l地基临塑荷载地基临塑荷载是指地基中将要出现但尚未出现塑性变形区时的基是指地基中将要出现但尚未出现塑性变形区时的基底附加压力。底附加压力。l其计算公式可根据土中应力计算的弹性理论和土体极限平衡条件其计算公式可根据土中应力计算的弹性理论和土体极限平衡条件导出。导出。工程实践表明，采用上述临塑荷载工程实践表明，采用上述临塑荷载p pc cr r作为地基承载力，十分安作为地基承载力，十分安全而偏于保守。这是因为在临塑荷载作用下，地基处于压密状全而偏于保守。这是因为在临塑荷载作用下，地基处于压密状态的终点，即使地基发生局部剪切破坏，地基中塑性区有所发态的终点，即使地基发生局部剪切破坏，地基中塑性区有所发展，只要塑性区范围不超出某一限度，就不致影响建筑物的安展，只要塑性区范围不超出某一限度，就不致影响建筑物的安全和正常使用。因此，可以采用临界荷载作为地基承载力。全和正常使用。因此，可以采用临界荷载作为地基承载力。临塑荷载的计算公式为：临塑荷载的计算公式为：子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度2 2临界荷载临界荷载 中心荷载中心荷载偏心荷载偏心荷载l临界荷载临界荷载是指地基中已经出现塑性变形区，但尚未达是指地基中已经出现塑性变形区，但尚未达到极限破坏时的基底附加压力。到极限破坏时的基底附加压力。l一般认为，在中心垂直荷载下，塑性区的最大发展深一般认为，在中心垂直荷载下，塑性区的最大发展深度度z zmaxmax可控制在基础宽度的可控制在基础宽度的1/41/4，相应的临界荷载用，相应的临界荷载用P P1/41/4表示。表示。l对于偏心荷载作用的基础，塑性区的最大发展深度也对于偏心荷载作用的基础，塑性区的最大发展深度也可取可取z zmzxmzx=1/3=1/3，相应的临界荷载用，相应的临界荷载用P P1/31/3表示。表示。地基临界荷载的计算公式为：地基临界荷载的计算公式为：子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度n【例】某条基，底宽某条基，底宽b=1.5m=1.5m，埋深，埋深d=2m=2m，地基土的重度，地基土的重度 1919kN/mkN/m3 3，饱和土的重度饱和土的重度 sat2121kN/mkN/m3 3,抗剪强度指标为抗剪强度指标为 =20=20，c=20kPa,=20kPa,求求(1)(1)该地基承载力该地基承载力p1/4 1/4,(2),(2)若地下水位上若地下水位上升至地表下升至地表下1.51.5m，承载力有何变化，承载力有何变化【解解】(1)(1)(2)(2)地下水位上升时，地下水位以下土的重度用有效重度地下水位上升时，地下水位以下土的重度用有效重度说明：说明：当地下水位上升时，地基的承载力将降低当地下水位上升时，地基的承载力将降低该地基承载力该地基承载力p1/41/4为为子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度1.1.太沙基极限承载力理论太沙基极限承载力理论 3.3 地基的极限荷载 l地基剪切破坏发展到即将失稳时所能承受的荷载，地基剪切破坏发展到即将失稳时所能承受的荷载，称为地基的称为地基的极限荷载极限荷载。相当于地基土中应力状态从。相当于地基土中应力状态从剪切阶段过渡到隆起阶段时的界限荷载剪切阶段过渡到隆起阶段时的界限荷载。太沙基理论的极限承载力理论解太沙基理论的极限承载力理论解Nr、Nq、Nc均为承载力系数，均与均为承载力系数，均与 有关，太沙基给出关有关，太沙基给出关系曲线，可以根据相关曲线得到系曲线，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，将破坏，将c c和和tantan 均降低均降低1/31/3 子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度方形基础方形基础局部剪切破坏时地基极限承载力局部剪切破坏时地基极限承载力Nr 、Nq 、Nc 为局部剪切破坏时承载力系数，也为局部剪切破坏时承载力系数，也可以根可以根据相关曲线得到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：正后的公式：圆形基础圆形基础用太沙基公式计算地基承载力时，应除以安全系数用太沙基公式计算地基承载力时，应除以安全系数K(K3),即即子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度 该公式适用于浅基础下，内摩擦角该公式适用于浅基础下，内摩擦角=0的饱和软土的饱和软土地基，并考虑了基础宽度与长度比值的影响。工程实地基，并考虑了基础宽度与长度比值的影响。工程实践表明，按斯凯普顿公式计算的饱和软土地基极限荷践表明，按斯凯普顿公式计算的饱和软土地基极限荷载与实际接近。载与实际接近。2 2斯凯普顿（斯凯普顿（SkemptonSkempton）公式）公式 斯凯普顿专门研究了饱和软土地基的极限荷裁计算，斯凯普顿专门研究了饱和软土地基的极限荷裁计算，提出了斯凯普顿极限荷载计算公式。提出了斯凯普顿极限荷载计算公式。用斯凯普顿极限荷载公式计算地基承载力时，应用斯凯普顿极限荷载公式计算地基承载力时，应除以安全系数除以安全系数K，K=1.11.5。子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度3.3.汉森极限承载力理论汉森极限承载力理论 汉森公式适用于倾斜荷载作用下，不同基础形状和埋置深度的极限荷载的汉森公式适用于倾斜荷载作用下，不同基础形状和埋置深度的极限荷载的计算。由于适用范围较广，对水利工程有实用意义，已被我国港口工程技计算。由于适用范围较广，对水利工程有实用意义，已被我国港口工程技术规范所采用。术规范所采用。式中式中汉森公式汉森公式Sr、Sq、Sc 基础的形状系数基础的形状系数ir、iq、ic 荷载倾斜系数荷载倾斜系数dr、dq、dc 深度修正系数深度修正系数gr、gq、gc 地面倾斜系数地面倾斜系数br、bq、bc 基底倾斜系数基底倾斜系数Nr、Nq、Nc 承载力系数承载力系数说明：说明：相关系数均可以有相关公式进行计算相关系数均可以有相关公式进行计算子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度3.4 地基承载力特征值的确定3.4.1 3.4.1 地基承载力特征值的概念地基承载力特征值的概念l地基承载力特征值地基承载力特征值是指由载荷试验测定的地基土压力变形是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。为比例界限值。l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007GB5000720022002）规定：）规定：当按地基承载力计算以确定基础底面积和埋深或按单桩承当按地基承载力计算以确定基础底面积和埋深或按单桩承载力确定桩的数量时，传至基础或承台底面上的荷载效应载力确定桩的数量时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态采用标准组合，相应的应按正常使用极限状态采用标准组合，相应的抗力限值应抗力限值应采用修正后的地基承载力特征值或单桩承载力特征值。采用修正后的地基承载力特征值或单桩承载力特征值。子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度3.4.2 按理论公式确定地基承载力特征值1按一般理论公式确定按一般理论公式确定l按地基临塑荷载按地基临塑荷载P Pcr cr、临界荷载、临界荷载P P1/41/4和和P P1/31/3、极限荷载、极限荷载 P Pu u确确定地基承载力特征值定地基承载力特征值 。l当采用极限荷载当采用极限荷载P Pu u确定地基的承载力特征值时，应除以安确定地基的承载力特征值时，应除以安全系数全系数K K。2 2按规范推荐公式确定按规范推荐公式确定 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007GB5000720022002）推荐采用）推荐采用以临界荷载以临界荷载 P P1/41/4为基础的理论公式计算地基承载力特征值。为基础的理论公式计算地基承载力特征值。规范规定：当偏心距规范规定：当偏心距e e小于或等于小于或等于0.0330.033倍基础底面宽度倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求。式计算，并应满足变形要求。子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度3.4.3 3.4.3 按载荷试验确定地基承载力特征值按载荷试验确定地基承载力特征值&将一个刚性承压板平置于欲试验的土层表面，通过千斤顶或重块在板上分级施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量s，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成ps曲线，由此曲线即可确定地基承载力和地基土变形模量。1承压板承压板 2千斤顶千斤顶 3百分表百分表 4平台平台 5支墩支墩 6堆载堆载现场浅层平板载荷试验示意图现场浅层平板载荷试验示意图子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度 反力梁 千斤顶 基准梁 荷载板 百分表地基现场载荷试验地基现场载荷试验地基现场载荷试验地基现场载荷试验子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度试验加荷标准应符合下列要求：试验加荷标准应符合下列要求：l加荷等级应不小于加荷等级应不小于8 8级，最大加荷量不级，最大加荷量不应小于设计荷载的应小于设计荷载的2 2倍；倍；l每级加荷后，按间隔每级加荷后，按间隔1010、1010、1010、1515、15min15min，以后为每，以后为每30min30min读一次沉降量，读一次沉降量，沉降量沉降量0.1mm/h0.1mm/h认为稳定可以加下一次认为稳定可以加下一次荷载；荷载；l除第一次，其后每次加荷，对松软土除第一次，其后每次加荷，对松软土101025kPa25kPa，对坚硬土，对坚硬土50kPa50kPa。凭观测累计。凭观测累计荷载下的沉降量荷载下的沉降量s s，直到达到以下状况终，直到达到以下状况终止加载止加载.荷载试验荷载试验p pS S曲线曲线oPcrPuPS1arbcs当出现下列情况之一时终止加载当出现下列情况之一时终止加载:1 1）荷载板周围的土有明显基础；）荷载板周围的土有明显基础；2 2）荷载）荷载p p增量很小，但沉降量增量很小，但沉降量s s却急剧增大：却急剧增大：3 3）在某一荷载下，）在某一荷载下，24h24h内沉降速率不能达到稳定标准；内沉降速率不能达到稳定标准；4 4）沉降量与承压板宽度或直径之比（）沉降量与承压板宽度或直径之比（s/b)0.06s/b)0.06。载荷试验载荷试验子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度（1 1）当）当p ps s曲线上有比例界限时，取该比较界限所对应的荷载值；曲线上有比例界限时，取该比较界限所对应的荷载值；（2 2）对于比例界限荷载值与极限荷载很接近的土，当极限荷载）对于比例界限荷载值与极限荷载很接近的土，当极限荷载P PU U小于对小于对应比例界限荷载值应比例界限荷载值P Pcr cr的的2 2倍时，取极限荷载值的一半；倍时，取极限荷载值的一半；（3 3）当不能按上述两款确定时，且压板面积为）当不能按上述两款确定时，且压板面积为0.250.250.50m0.50m2 2，可取，可取s/b=0.01s/b=0.010.0150.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加荷载量的一半。所对应的荷载，但其值不应大于最大加荷载量的一半。（4 4）同一土层参加统计的实验点不应少于三点，当试验实测值的极差不）同一土层参加统计的实验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的超过其平均值的30%30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值f fakak。由由p-sp-s曲线确定地基承载力特征值曲线确定地基承载力特征值:子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度3.4.43.4.4确定地基承载力特征值修正确定地基承载力特征值修正规范规范规定：规定：当基础宽度大于当基础宽度大于3m3m或埋置深度大于或埋置深度大于0.5m0.5m时，时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值应该进行修正。载力特征值应该进行修正。fa 修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值 fak 地基承载力特征值，根据强度指标确定地基承载力特征值，根据强度指标确定b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（可查基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（可查表）表）子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度子情境一子情境一 土的抗剪强度土的抗剪强度任务任务1 挡土墙的土压力计算挡土墙的土压力计算挡土墙：用来侧向支撑土体的构筑物，统 称为挡土墙。土压力：被支撑的土体 作用于挡土墙 上的侧向土推力。一、挡土墙的结构类型一、挡土墙的结构类型挡土墙的常见类型：（如图）第六章第2页/共43页子情境二子情境二 挡土墙与土压力挡土墙与土压力按常用的结构形式分：重力式、悬壁式、扶臂式、锚式挡土墙子情境二子情境二 挡土墙与土压力挡土墙与土压力v挡土墙在土压力作用下，不向任何方向发生位移和转动时，墙后土体处于弹性平衡状态，作用在墙背上的土压力称为静止土压力。v当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动，且位移达到一定量时，墙后土体达到主动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面，这时在挡土墙上的土压力称为主动土压力。v 当挡土墙在外力作用下向墙背填土方向转动或平行移动时，土压力逐渐增大，当位移达到一定量时，潜在滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到被动极限平衡状态，填土内开始出现滑动面，这时作用在挡土墙上的土压力增加至最大，称为被动土压力。子情境二子情境二 挡土墙与土压力挡土墙与土压力二挡土墙的土压力计算1土压力类型三种土压力的关系：静止土压力对应于图中A点 墙位移为0，墙后土体 处于弹性平衡状态主动土压力对应于图中B点 墙向离开填土的方向位 移，墙后土体处于主动 极限平衡状态被动土压力对应于图中C点 墙向填土的方向位移，墙后土体处于被动极限平衡 状态P Pa aPP0 0P0.1H绕墙顶转动0.05H粘土主动平移0.004H绕墙趾转动0.004H子情境二子情境二 挡土墙与土压力挡土墙与土压力2 静止土压力计算静止土压力计算hvhvh=