同济大学土力学地基承载力.pptx

土力学PhPhD.D.H B XiaoH B XiaoProf.Prof.主讲主讲 萧宏彬萧宏彬 同济同济 大大 学学TongjiUniversityTongjiUniversitySoil mechanicsSoil mechanics 9.2 9.2 浅基础的地基破坏模式浅基础的地基破坏模式 The failure pattern of shallow foundation第九章 地基承载力Chapter 9 The bearing capacity of soil foundation9.3 9.3 地基临界荷载地基临界荷载 The critical load of soil foundation9.1 9.1 概述概述 Introduction9.4 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundation8.5 8.5 地基容许承载力和地基承载力特征值地基容许承载力和地基承载力特征值 The allowable soil bearing capacity and the characteristic value of bearing capacity of soil foundation 9.1 9.1 概述概述 Introduction建筑物地基设计的基本要求：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）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强度有关与土的压缩性有关与土的压缩性有关地基承载力地基承载力地基承载力地基承载力沉降计算（分层总和法）沉降计算（分层总和法）沉降计算（分层总和法）沉降计算（分层总和法）第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年年9 9月装谷物，月装谷物，1010月月1717日装了日装了3182231822谷物时，谷物时，1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜26532653西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。19111911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation 9.1 概述概述 Introduction 在粘土地基上的某谷仓地基破坏情况在粘土地基上的某谷仓地基破坏情况第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation 9.1 概述概述 Introduction 19401940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation 9.1 概述概述 Introduction水泥仓地基的整体破坏水泥仓地基的整体破坏第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation 9.1 概述概述 Introduction1.承载力的概念：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。上所能承受的荷载来表示。地基承受荷载的极限能力。数值上等于地基所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。能承受的最大荷载。保留足够安全储备，且满足一定变形要求的承保留足够安全储备，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载力。也即能够保证建筑物正常使用所要求的地基承载力。地基承载力。3.容许承载力容许承载力 承载力设计值承载力设计值(特征值特征值)第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation 9.1 概述概述 IntroductionBearing capacity2.极限承载力极限承载力Ultimate bearing capacityallowable bearing capacity the characteristic value of bearing capacity1 1）原位试验法：通过现场直接试验确定承载力的方）原位试验法：通过现场直接试验确定承载力的方法（载荷试验法、标贯法、旁压法等）法（载荷试验法、标贯法、旁压法等）2 2）理论公式法：根据土的抗剪强度指标计算的理论公）理论公式法：根据土的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力式确定承载力4 4）当地经验法：基于地区的使用经验，进行）当地经验法：基于地区的使用经验，进行类比判断确定承载力的方法类比判断确定承载力的方法3 3）规范表格法：根据室内试验指标、现场测试）规范表格法：根据室内试验指标、现场测试指标等，通过查规范所列表格得到承载力的方法指标等，通过查规范所列表格得到承载力的方法第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation 9.1 概述概述 Introduction4.承载力的确定方法：承载力的确定方法：The determination of bearing capacity123SP0比比例例界界限限极极限限荷荷载载PcrPu阶段阶段1：弹性段弹性段阶段阶段2：局部塑性区局部塑性区阶段阶段3：完全破坏段完全破坏段PS曲线曲线临临塑塑荷荷载载9.2 浅基础的破坏形式浅基础的破坏形式一、三种破坏形式一、三种破坏形式第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundationThe failure pattern of shallow foundation3 冲剪破坏冲剪破坏1 整体破坏整体破坏土质坚实，基土质坚实，基础埋深浅；曲础埋深浅；曲线开始近直线，线开始近直线，随后沉降陡增，随后沉降陡增，两侧土体隆起。两侧土体隆起。2 局部剪切破坏局部剪切破坏松软地基，埋深较大；松软地基，埋深较大；曲线开始就是非线性，曲线开始就是非线性，没有明显的骤降段。没有明显的骤降段。松软地基，埋深较大；松软地基，埋深较大；荷载板几乎是垂直下切，荷载板几乎是垂直下切，两侧无土体隆起。两侧无土体隆起。PS123第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundationThe failure pattern of shallow foundation9.2 9.2 浅基础的破坏形式浅基础的破坏形式1321 1 整体剪切破坏整体剪切破坏2 2 局部剪切破坏局部剪切破坏3 3 冲剪破坏冲剪破坏第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundationThe failure pattern of shallow foundation9.2 9.2 浅基础的破坏形式浅基础的破坏形式二、影响因素二、影响因素1 地基土条件地基土条件如种类、密度、含水率、如种类、密度、含水率、压压缩性缩性、抗剪强度等、抗剪强度等2 基础条件基础条件如形式、埋深、尺寸等如形式、埋深、尺寸等压缩性高的土：压缩性高的土：容易发生冲切破坏容易发生冲切破坏压缩性低的土：压缩性低的土：容易发生整体剪切破坏容易发生整体剪切破坏砂土地基的破坏模式砂土地基的破坏模式第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundationThe failure pattern of shallow foundation9.2 9.2 浅基础的破坏形式浅基础的破坏形式一、应力状态的三个阶段一、应力状态的三个阶段1 压缩阶段压缩阶段2 剪切阶段剪切阶段3 隆起阶段隆起阶段123SP0比比例例界界限限极极限限荷荷载载PcrPu临临塑塑荷荷载载塑性变形阶段，基础两侧底边缘剪应力塑性变形阶段，基础两侧底边缘剪应力达到抗剪强度，处于塑性极限平衡状态达到抗剪强度，处于塑性极限平衡状态直线变形阶段，压力与变形间基本呈线直线变形阶段，压力与变形间基本呈线性关系，应力处于弹性平衡状态性关系，应力处于弹性平衡状态塑性流动阶段，塑性变形区贯通，两侧塑性流动阶段，塑性变形区贯通，两侧土体隆起，此时变形不是土的压缩引起，土体隆起，此时变形不是土的压缩引起，而是土的塑性流动引起。而是土的塑性流动引起。9.3 9.3 地基临界荷载地基临界荷载第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundationThe critical load of soil foundation临塑荷载：临塑荷载：2.局部塑性区局部塑性区1.弹性阶段弹性阶段地基处于弹性阶段与局部塑性阶段界限状地基处于弹性阶段与局部塑性阶段界限状态时对应的荷载。此时地基中任一点都未态时对应的荷载。此时地基中任一点都未达到塑性状态，但即将达到达到塑性状态，但即将达到土力学土力学第第238页页9.3 9.3 地基临界荷载地基临界荷载 The critical load of soil foundation第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation9.3 9.3 地基临界荷载地基临界荷载 The critical load of soil foundation第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation二、临塑荷载二、临塑荷载The critical edge pressure9.3 9.3 地基临界荷载地基临界荷载 The critical load of soil foundation第九章第九章 地基承载力地基承载力 The bearing capacity of soil foundation二、临塑荷载二、临塑荷载The critical edge pressure第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.3 地基临界荷载地基临界荷载 二、临塑荷载二、临塑荷载The critical edge pressure第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.3 地基临界荷载地基临界荷载 二、临塑荷载二、临塑荷载The critical edge pressure第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.3 地基临界荷载地基临界荷载 The critical pressure(Plastic loads)第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundation一、太沙基极限承载力理论一、太沙基极限承载力理论K.Terzaghis ultimate bearing capacity theory第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 一、太沙基极限承载力理论一、太沙基极限承载力理论 K.Terzaghis ultimate bearing capacity theory一、一、k.terzaghi极限承载力理论极限承载力理论K.Terzaghis ultimate bearing capacity theory第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 一、一、k.terzaghi极限承载力理论极限承载力理论K.Terzaghis ultimate bearing capacity theory第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 L.Prandtls ultimate bearing capacity theory第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 二、普朗特尔的极限承载力理论二、普朗特尔的极限承载力理论L.Prandtls ultimate bearing capacity theory二、二、L.Prandtl 极限承载力理论极限承载力理论第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 Vesics ultimate bearing capacity theory第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 三、魏锡克的极限承载力理论三、魏锡克的极限承载力理论Bearing capacity of shallow foundation when local shear failure is take place 四、局部剪切破坏时浅基础的地基承载力四、局部剪切破坏时浅基础的地基承载力第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 Comparison of bearing capacity formula of foundation第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 五、地基承载力公式比较五、地基承载力公式比较六、讨论六、讨论 Discussion 3 公式来源于条形基础，但用于矩形公式来源于条形基础，但用于矩形基础时是偏于安全的基础时是偏于安全的 1 公式推导中假定公式推导中假定k0=1.0与实际不符，与实际不符，但使问题得以简化但使问题得以简化 2 计算临界荷载计算临界荷载p1/4,p1/3时土中已出时土中已出现塑性区，此时仍按弹性理论计算现塑性区，此时仍按弹性理论计算土中应力，在理论上是矛盾的土中应力，在理论上是矛盾的第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundationB、d 增大增大p1/4、p1/3增大增大、c、增大增大外因外因内因内因临界荷载临界荷载：pcr=0 dNq+cNc临塑荷载临塑荷载：B的变化对的变化对pcr没有影响没有影响特例：特例：0时时B的变化的变化对对p1/4、p1/3没有影响没有影响六、讨论六、讨论 Discussion第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundation七、七、极限承载力的影响因素极限承载力的影响因素一般公式：一般公式：B、d 增大增大Pu增大增大、c、增大增大外因外因内因内因第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundation饱和软粘土地基饱和软粘土地基 0：条形基础下：条形基础下：特例：特例：B B的变化的变化对对Pu没有影响没有影响七、七、极限承载力的影响因素极限承载力的影响因素第九章第九章 地基承载力地基承载力 9.4 地基极限承载力地基极限承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundation 9.5 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值地基容许承载力和地基承载力特征值极限承载力极限承载力承载力承载力容许承载力：容许承载力：承载力特征值承载力特征值(设计值设计值)通常所说的承载力指容许承载力通常所说的承载力指容许承载力第九章第九章 地基承载力地基承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundationThe allowable soil bearing capacity and the characteristic value of bearing capacity of soil foundation已学习内容（关于浅基础）临界荷载临界荷载 P1/4、P1/3临塑荷载临塑荷载 Pcr极限荷载极限荷载 Pu（极限承载力）（极限承载力）普朗德尔普朗德尔-瑞斯纳公式瑞斯纳公式太沙基公式太沙基公式斯凯普顿公式斯凯普顿公式汉森公式汉森公式问题：问题：如何确定容许承载力？如何确定容许承载力？第九章第九章 地基承载力地基承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundationThe allowable soil bearing capacity and the characteristic value of bearing capacity of soil foundation 9.5 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值地基容许承载力和地基承载力特征值承载力承载力 f 的确定办法：的确定办法：1 1 通过公式计算通过公式计算 要求较高：要求较高：f =Pcr 一般情况下：一般情况下：f =P1/4 或或 P1/3 在中国在中国取取P1/4或者：或者：用极限荷载计算：用极限荷载计算：f =Pu/K K-安全系数安全系数太沙基：太沙基：K 3.0斯凯普顿：斯凯普顿：K=1.11.5汉森公式：汉森公式：K 2.0K=第九章第九章 地基承载力地基承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundationThe allowable soil bearing capacity and the characteristic value of bearing capacity of soil foundation 9.5 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值地基容许承载力和地基承载力特征值我国规范中取：我国规范中取：fa=Mb b+Md md+Mcck1 1 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GBJ7-89GBJ7-89）2 2 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007-2002GB50007-2002）fa：承载力特征值（设计值）承载力特征值（设计值）以临界荷载以临界荷载P1/4为理论基础为理论基础 Mb、Md、Mc：承载力系数，与内摩擦角承载力系数，与内摩擦角 k 有关有关 b：基底宽度，大于基底宽度，大于6m按按6m取值，对于砂土小于取值，对于砂土小于3m按按3m取值取值 ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值标准值 k：基底下一倍短边宽深度内土的基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值内摩擦角标准值第九章第九章 地基承载力地基承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundationThe allowable soil bearing capacity and the characteristic value of bearing capacity of soil foundation 9.5 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值地基容许承载力和地基承载力特征值2 2 通过载荷试验确定通过载荷试验确定 有明显直线段：有明显直线段：fak =Pcr 加载到破坏且加载到破坏且 Pu/2 Pcr：不能满足上述要求时：不能满足上述要求时：123SP0比比例例界界限限极极限限荷荷载载PcrPuPS曲线曲线临临塑塑荷荷载载fak =Pu/2 取某一沉降量对应的荷载，但其值取某一沉降量对应的荷载，但其值不能大于不能大于最大加载量的一半最大加载量的一半第九章第九章 地基承载力地基承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundationThe allowable soil bearing capacity and the characteristic value of bearing capacity of soil foundation 9.5 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值地基容许承载力和地基承载力特征值fa=fak+b(b-3)+d m(d-0.5)进行深度和宽度修正：进行深度和宽度修正：fak：承载力特征值（标准值）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）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：基底宽度基底宽度(m)，大于，大于6m按按6m取值，小于取值，小于3m按按3m取值取值 d：基础埋深基础埋深(m)第九章第九章 地基承载力地基承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundationThe allowable soil bearing capacity and the characteristic value of bearing capacity of soil foundation 9.5 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值地基容许承载力和地基承载力特征值3 3 通过经验确定通过经验确定GBJ7-89 GBJ7-89 规范：规范：推荐查表方法推荐查表方法GB50007-2002 GB50007-2002 规范：规范：从其他原位测试、经验值等方法确定从其他原位测试、经验值等方法确定注意：注意：经验方法得到的承载力特征经验方法得到的承载力特征值也要进行深度和宽度修正值也要进行深度和宽度修正第九章第九章 地基承载力地基承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundationThe allowable soil bearing capacity and the characteristic value of bearing capacity of soil foundation 9.5 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值地基容许承载力和地基承载力特征值