土力学课件第六章地基承载力

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1、 本章主要内容本章主要内容6.1 地基的变形与稳定地基的变形与稳定6.2 地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力6.3 普朗特地基极限承载力普朗特地基极限承载力6.4 对普朗特地基极限承载力的修正补充对普朗特地基极限承载力的修正补充6.5 太沙基地基极限承载力太沙基地基极限承载力6.6 按建筑地基基础规范确定地基承载力按建筑地基基础规范确定地基承载力6.7 按现场试验确定地基承载力按现场试验确定地基承载力6.8 水平荷载作用下地基的承载力水平荷载作用下地基的承载力 本章重点本章重点掌握：掌握：1地基破坏模式地基破坏模式;2按极限平衡条件确定地基临塑荷载、按极限平衡

2、条件确定地基临塑荷载、塑性塑性 荷载、极限荷载的方法；荷载、极限荷载的方法；3.地基极限承载力的计算方法地基极限承载力的计算方法难点：难点：地基极限承载力的计算方法地基极限承载力的计算方法重点：重点：按极限平衡条件确定地基临塑荷载、塑性按极限平衡条件确定地基临塑荷载、塑性荷载、极限荷载的方法荷载、极限荷载的方法 6.1 地基的变形与稳定地基的变形与稳定 地基土沉降变形地基土沉降变形建筑物基础沉降和沉降差建筑物基础沉降和沉降差变形要求变形要求荷载过大超过荷载过大超过地基承载力地基承载力地基产生滑动破坏地基产生滑动破坏稳定要求稳定要求建筑物因地基问题引起破坏有两种原因：建筑物因地基问题引起破坏有两

3、种原因：1.整体剪切破坏整体剪切破坏oPSpcrpuab临塑荷载临塑荷载极限荷载极限荷载pcr临塑荷载临塑荷载pu极限荷载极限荷载1、整体剪切破坏、整体剪切破坏2.局部剪切局部剪切松软地基，埋深较大；剪切破坏区仅仅被限松软地基，埋深较大；剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域，未形成延伸至底制在地基内部的某一区域，未形成延伸至底面的连续滑动面。面的连续滑动面。2.2.局部剪切局部剪切3.冲剪破坏冲剪破坏松软地基，埋深较大；荷载松软地基，埋深较大；荷载几乎垂直下切，两侧无土体隆起。几乎垂直下切，两侧无土体隆起。3.冲剪破坏冲剪破坏某谷仓的地基整体破坏某谷仓的地基整体破坏水泥仓地基整体破坏蓝粘土

4、蓝粘土石头和粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向地基土可能的滑动方向岩石办公楼办公楼外墙外墙黄粘土黄粘土在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏地基破坏形式与土的压缩性有关：地基破坏形式与土的压缩性有关：p坚硬或紧密土：整体剪切破坏；坚硬或紧密土：整体剪切破坏；p松软土：局部剪切破坏；或冲剪破坏松软土：局部剪切破坏；或冲剪破坏根据土的性质指标查规范；根据土的性质指标查规范；（如建筑地基基础设计规范）（如建筑地基基础设计规范）地基承载力确定方法：地基承载力确定方法：理论公式计算；理论公式计算；由现场荷载试验或静力触探等原位试验确定由现场荷载试验或静力触探等原位试验确定按塑性区开展深度确定地基的承载力按塑性区

5、开展深度确定地基的承载力SoPpcrpuab临塑荷载极限荷载pcr临塑荷载临塑荷载pu极限荷载极限荷载将地基中的剪切破坏区限制在某一范围，将地基中的剪切破坏区限制在某一范围，视地基土能够承受多大的压力，该压力视地基土能够承受多大的压力，该压力即为容许承载力即为容许承载力(临界荷载临界荷载p1/4、p1/3)。5.2 5.2 地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力pcrpupcr p1/3临塑荷载连续滑动面和极限荷载塑性区发展和临界荷载pcr pu地基土开始出现剪切破坏地基土开始出现剪切破坏s连续滑动面连续滑动面将地基中的剪切破坏区限制在某一范围，视地基土能够将地基

6、中的剪切破坏区限制在某一范围，视地基土能够承受多大的压力，该压力即为容许承载力承受多大的压力，该压力即为容许承载力。)2sin2(21dp)()2sin2(31zddp)245(2)245(231ctgtgdtgcdpz)2sin2sin(塑性区的边界方程pcr临塑荷载临塑荷载1902年由密歇尔（年由密歇尔（Michell）给出的弹性力学解答：）给出的弹性力学解答：00maxp dcz(ctg)d2tgzzmax稳定稳定zzmax稳定没有保证稳定没有保证塑性区最大范围塑性区最大范围maxzz塑性区开展深度容许值塑性区开展深度容许值临界荷载临界荷载p1/4、p1/30maxzctgp d 1cc

7、tgctgctg222荷载与塑性区开展深度关系：荷载与塑性区开展深度关系：0maxzctgp d 1cctgctgctg222dN1ctg2 2ctgctgNc0zmax0crdcp dNcN当当一般认为，对中心受压基础，塑性区最大深度控制在基础宽度一般认为，对中心受压基础，塑性区最大深度控制在基础宽度的的1/4；对偏心受压基础，宜控制在基础宽度的；对偏心受压基础，宜控制在基础宽度的1/3；b31zmaxb41zmax011dc33pbN dNcN011dc44pbN dNcN)13N3(ctg214)N4(ctg2第一项第一项为为基底以下基底以下持力层持力层土容重；第二项对应基底以上土容重土

8、容重；第二项对应基底以上土容重；地下水位以下的容重一律采用浮容重。地下水位以下的容重一律采用浮容重。地面地面5.8md=2.2mP例：某建筑物采用柱下独立基础。基础底面长度为例：某建筑物采用柱下独立基础。基础底面长度为3m,宽度宽度为为2.4m，承受中心荷载。基础埋深，承受中心荷载。基础埋深2.2m。地基土分为三层。地基土分为三层填土填土粘土粘土粉质粘土粉质粘土1m6.2m第一层：人工填土第一层：人工填土118.6kN/m3,第二层：粘土第二层：粘土 219.8kN/m3,2220，c226kPa。第三层：粉质粘土第三层：粉质粘土 316.2kN/m3,3150，c315kPa。求地基的临塑荷

9、载和临界荷载求地基的临塑荷载和临界荷载解：求临塑荷载解：求临塑荷载6.0cN 根据持力层粘土根据持力层粘土查表查表0crdcp dNcN=19.26=19.263.43.42.2+262.2+266=300kpa6=300kpa12120 01+1+1.21.2=2.22.2 3 3=19.26kN/m=19.26kN/m18.618.61+19.81+19.81.21.2=2.22.2 4.3dNcdcrcNdNP0地面地面5.8md=2.2mP填土填土粘土粘土粉质粘土粉质粘土1m6.2m求临界荷载求临界荷载3.4dN 根据持力层粘土根据持力层粘土查表查表6.0cN 011dc44pbN d

10、NcN=19.8 0.6 2.4+19.26=19.8 0.6 2.4+19.263.43.42.2+262.2+266=329kpa6=329kpa1 14 4N=0.6N=0.6011dc44pbN dNcN例例.所谓临界荷载，就是指所谓临界荷载，就是指(A)地基持力层将出现塑性区时的荷载地基持力层将出现塑性区时的荷载(B)持力层中出现连续滑动面时的荷载持力层中出现连续滑动面时的荷载(C)持力层中出现某一允许大小塑性区时的荷载持力层中出现某一允许大小塑性区时的荷载例例.粘性土粘性土(c 0，0)地基上，有两个宽度不同埋置深地基上，有两个宽度不同埋置深度相同的条形基础，则度相同的条形基础，则

11、 (A)宽度大的临塑荷载大宽度大的临塑荷载大(B)宽度小的临塑荷载大宽度小的临塑荷载大(C)两个基础的临塑荷载一样大两个基础的临塑荷载一样大0crdcp dNcN011dc33pbN dNcN011dc44pbN dNcN例例：某基础基底压力等于临塑荷载：某基础基底压力等于临塑荷载pcr时，其地基塑性变时，其地基塑性变形区的最大深度为形区的最大深度为(A)0 (B)基础宽度的基础宽度的1/4 (C)基础宽度的基础宽度的1/3例：例：载荷试验的曲线形态上，从线性关系开始变成非载荷试验的曲线形态上，从线性关系开始变成非线性关系时的界限荷载称为线性关系时的界限荷载称为(A)允许荷载允许荷载 (B)临

12、界荷载临界荷载 (C)临塑荷载临塑荷载 6.3 太沙基极限承载力太沙基极限承载力假定：假定：（）地基土是均匀，各向同性的介质，即认为基底下土（）地基土是均匀，各向同性的介质，即认为基底下土的重度不等于零，而且具有的重度不等于零，而且具有 的材料。的材料。、cBEFBp实际地面实际地面dC（）基础底面粗糙，即基础底面与土之间有摩擦力存在。（）基础底面粗糙，即基础底面与土之间有摩擦力存在。（3）基底以上两侧土体为均布荷载）基底以上两侧土体为均布荷载q=0d。假设的滑裂面形状被动区过渡区刚性核滑动区滑动区位于基础底面下，是弹性压密区位于基础底面下，是弹性压密区滑动区滑动区为对数螺旋曲线为对数螺旋曲线

13、，是过渡区，是过渡区 滑动区滑动区 为兰金被动区，滑动面为为平面，呈等腰三角形为兰金被动区，滑动面为为平面，呈等腰三角形 直线与水平面成直线与水平面成 角。角。)2(450D mDuqc1pbNqNcN2c cc cN NcqNNN,b bN N2 2滑动土体自重产生的抗力滑动土体自重产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力侧荷载侧荷载 0 0d d产生的产生的抗力抗力可根据内摩擦角查可根据内摩擦角查图图6.5.26.5.2求得三个系数求得三个系数条形基础条形基础q qq qN N若土体为松软土，三个系数查图若土体为松软土，三个系数查图6.5.26.5.2中的虚线中的虚线

14、极限承载力pu的组成 bN/2cNc0dqNq地基承载力设计值地基承载力设计值f f 的确定办法：的确定办法：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 用极限荷载计算：用极限荷载计算：f =Pu/Fs Fs-安全系数安全系数例：某混合结构办公楼采用条形基础。基础底面宽度为例：某混合结构办公楼采用条形基础。基础底面宽度为2.0m，基础埋深，基础埋深1.5m。地基土体。地基土体18.5kN/m3,200，c22kPa。建筑物安全系数取建筑物安全系数取1.5。求地基极限荷载与地基承载力？。求地基极限荷载与地基承载力？解：根据解：根据200 查图查图(6

15、.5.2)得得2.5,7,17.5qcNNN120.5 18.5 2 2.5 18.5 1.5 7 22 17.5626uqcpbNqNcNkpa 6264171.5kpau up pf f=k k地基极限荷载地基极限荷载地基承载力地基承载力按建筑地基基础规范确定地基承载力按建筑地基基础规范确定地基承载力现行地基基础设计规范将地基承载力（容许承载力）分为三个层现行地基基础设计规范将地基承载力（容许承载力）分为三个层次：次：（1 1）地基基本承载力，用）地基基本承载力，用f f0 0表示，根据土的物理指标按规范查表表示，根据土的物理指标按规范查表得到。得到。（2 2）用地基承载力的基本值乘以回归

16、修正系数得到地基承载力）用地基承载力的基本值乘以回归修正系数得到地基承载力的标准值。用的标准值。用f fk k表示。表示。(3)(3)联系实际工程求得地基承载力的设计计算值，用联系实际工程求得地基承载力的设计计算值，用f f表示。表示。f=fk+b(b-3)+d 0(d-0.5)fk:静载荷试验确定的承载力静载荷试验确定的承载力-特征值（标准值）。特征值（标准值）。f：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：小于等于：小于等于3m时取时取3m，大于，大于6m时取时取6m。：为地基土的重度，若有分层及地下水，自基础底面向下取得：为地基土的重度，若有分层及地下

17、水，自基础底面向下取得深度是深度是1.0b。0：基础底面以上各土层的加权平均重度。：基础底面以上各土层的加权平均重度。b，d为地基宽度和埋深的地基承载力修正系数，见表为地基宽度和埋深的地基承载力修正系数，见表6.6.12现场荷载试验确定地基承载力现场荷载试验确定地基承载力千斤顶荷载板荷载板现场载荷试验现场载荷试验pcr puS荷载沉降曲线荷载沉降曲线地基破坏的判地基破坏的判定定(1)明显侧向挤出或发生裂纹明显侧向挤出或发生裂纹(2)荷载增量很小荷载增量很小,沉降急剧增加沉降急剧增加,(3)某级荷载增量下某级荷载增量下,24小时内沉小时内沉降不能稳定降不能稳定例例.假定条形均布荷载，当达到极限荷

18、载时，地基中假定条形均布荷载，当达到极限荷载时，地基中的滑动土体可分成三个区，哪个区是被动区。的滑动土体可分成三个区，哪个区是被动区。IIIIII(A)(B)(C)例例.根据载荷试验确定地基承载力时，根据载荷试验确定地基承载力时，ps曲线开始曲线开始不再保持线性关系时，表示地基土处的状态。不再保持线性关系时，表示地基土处的状态。(A)弹性弹性 (B)整体破坏整体破坏 (C)局部剪切局部剪切例例.所谓地基的极限承载力是指所谓地基的极限承载力是指 (A)地基的变形达到上部结构极限状态时的承载力地基的变形达到上部结构极限状态时的承载力(B)地基中形成连续滑动面时的承载力地基中形成连续滑动面时的承载力

19、(C)地基中开始出现塑性区时的承载力地基中开始出现塑性区时的承载力例例.在粘性土地基上有一条形刚性基础，基础宽度为在粘性土地基上有一条形刚性基础，基础宽度为b，在上部荷载作用下，基底持力层内最先出现塑性区在上部荷载作用下，基底持力层内最先出现塑性区的位置为的位置为(A)条基中心线下条基中心线下 (B)离中心线离中心线b/3 处处 (C)条基边缘处条基边缘处总总 结结整体破坏整体破坏局部剪切局部剪切松软地基，埋深较大；剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某松软地基，埋深较大；剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域，未形成延伸至底面的连续滑动面。一区域，未形成延伸至底面的连续滑动面。冲剪破坏冲剪破坏

20、地基破坏形式与土的压缩性有关：坚硬或紧密土：整体剪切破地基破坏形式与土的压缩性有关：坚硬或紧密土：整体剪切破坏；松软土：局部剪切破坏；或冲剪破坏坏；松软土：局部剪切破坏；或冲剪破坏pcr临塑荷载临塑荷载pu极限荷载极限荷载将地基中的剪切破坏区限制在某一范围，视地基土能够承受将地基中的剪切破坏区限制在某一范围，视地基土能够承受多大的压力，该压力即为容许承载力多大的压力，该压力即为容许承载力(临界荷载临界荷载)。地基土弹性变形结束，塑性变形将要开始时地基所承受的荷载地基土弹性变形结束，塑性变形将要开始时地基所承受的荷载地基土塑性变形延展成连通的滑动面时地基所能承受的最大荷载地基土塑性变形延展成连通的滑动面时地基所能承受的最大荷载p1/4、p1/3临界荷载临界荷载3、地基承载力类型、地基承载力类型2ctg1Nq2ctgctgNccrqcpdNcN011dc33pbN dNcN011dc44pbN dNcN)13N3(ctg214)N4(ctg2uqc1pbNqNcN2cqNNN,qcqNcNNb2滑动土体自重产生的抗力滑动土体自重产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力侧荷载侧荷载 d d产生的产生的抗力抗力可根据内摩擦角查表求得三个系数可根据内摩擦角查表求得三个系数