土力學(xué)與地基基礎(chǔ)71課件

土力學(xué)與地基基礎(chǔ)地基承載力的確定主講人：米偉亞主要內(nèi)容01概述02地基的破壞形式03地基臨塑、臨界荷載確定04地基承載力的確定建筑物地基設(shè)計的基本要求：穩(wěn)定要求：荷載小于承載力（抗力）與土的強度有關(guān)一、概述地基承載力變形要求：變形小于設(shè)計允許值S≤[S]與土的壓縮性有關(guān)沉降計算（分層總和法）建筑物因地基問題引起破壞有兩種原因：一、概述由于地基土在建筑物荷載作用下產(chǎn)生變形，引起基礎(chǔ)過大的沉降或者沉降差，使上部結(jié)構(gòu)傾斜、開裂以致毀壞或失去使用價值。由于建筑物的荷載過大，超過了基礎(chǔ)下持力層所能承受的能力而使地基產(chǎn)生滑動破壞。加拿大特朗斯康谷倉事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822Ｔ谷物時，1小時豎向沉降達(dá)30.5cm，24小時傾斜26°53ˊ西端下沉7.32m，東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損。一、概述概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。1911年動工，1913年完工，自重20000T。

在粘土地基上的整體剪切破壞情況美國紐約某水泥倉庫一、概述地基承載力是指地基土單位面積上所能承受荷載的能力，以kPa計。一般認(rèn)為地基承載力可分為容許承載力和極限承載力。容許承載力≈承載力標(biāo)準(zhǔn)值(特征值)留足夠安全儲備，且滿足一定變形要求的承載力。也即能夠保證建筑物正常使用所要求的地基承載力。極限承載力是地基土不致失穩(wěn)時地基土單位面積上所能承受的最大荷載。在工程設(shè)計中為了保證地基土不發(fā)生剪切破壞而失去穩(wěn)定，同時也為使建筑物不致因基礎(chǔ)產(chǎn)生過大的沉降和差異沉降，而影響其正常使用，必須限制建筑物基礎(chǔ)底面的壓力，使其不得超過地基的承載力設(shè)計值。一、概述載荷試驗研究表明，建筑地基在荷載作用下往往由于承載力不足而產(chǎn)生剪切破壞，其破壞形式可分為整體剪切破壞、局部剪切破壞及沖切破壞三種。二、地基的破壞形式地基變形具有明顯的三個階段：壓密階段(0A段）當(dāng)P較小時,基礎(chǔ)形成一個三角形壓密區(qū)Ⅰ,P-S曲線基本呈直線關(guān)系，P≤Pcr（比例極限）；剪切階段(AB段）隨P↑,壓密區(qū)向兩側(cè)擠壓,基礎(chǔ)邊緣處開始出現(xiàn)塑性區(qū),P-S呈曲線關(guān)系,Pcr≤P<Pu(極限荷載)；破壞階段(BC段)當(dāng)P達(dá)到Pu時,土中形成連續(xù)滑動面,并延伸到地面,土從基礎(chǔ)兩側(cè)擠出隆起,基礎(chǔ)沉降急劇增加,整個地基失穩(wěn)破壞，緊密砂土硬粘性土,淺地基常發(fā)生該破壞形式。二、地基的破壞形式1.整體剪切破壞

（1）整體破壞PS藍(lán)粘土石頭和粘土地基土可能的滑動方向巖石辦公樓外墻黃粘土二、地基的破壞形式水泥倉地基整體破壞地基變形無明顯三階段,P-S曲線一開始就呈現(xiàn)非線性關(guān)系,塑性區(qū)滑動面不發(fā)展到地面,基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起,曲線也有一個轉(zhuǎn)折點,但不明顯.局部剪切破壞常發(fā)生于中等密實砂土地基。二、地基的破壞形式2.局部剪切破壞

（2）局部剪切SP隨P↑,基礎(chǔ)下土層發(fā)生壓縮變形,基礎(chǔ)下沉,P繼續(xù)↑,基礎(chǔ)周圍土體發(fā)生豎向剪切破壞,使基礎(chǔ)刺入土中,地面不隆起,P-S曲線無明顯轉(zhuǎn)折點。常發(fā)生于軟土地基。二、地基的破壞形式3.刺入剪切破壞(沖剪破壞)（3）沖剪破壞PS深土層表面土在軟粘土上的密砂地基的沖剪破壞二、地基的破壞形式無基礎(chǔ)埋深時有基礎(chǔ)埋深d時三、地基臨塑、臨界荷載確定（一）地基塑性區(qū)邊界方程當(dāng)M點處于極限平衡狀態(tài)時，該點的大、小主應(yīng)力應(yīng)滿足極限平衡條件式：將上式代入，整理可得塑性區(qū)的邊界方程為：三、地基臨塑、臨界荷載確定臨塑荷載是指地基土中將要而尚未出現(xiàn)塑性變形區(qū)時的基底壓力。塑性區(qū)發(fā)展的最大深度zmax。由的條件求得，即：解得時三、地基臨塑、臨界荷載確定（二）地基臨塑荷載和臨界荷載將β0代入式(5．35)得塑性區(qū)發(fā)展最大深度zmax的表達(dá)式為：在上式中令zmax＝0，可得臨塑荷載的表達(dá)式為：三、地基臨塑、臨界荷載確定（二）地基臨塑荷載和臨界荷載大量工程實踐表明，用pcr作為地基承載力設(shè)計值是比較保守和不經(jīng)濟的。工程中允許塑性區(qū)發(fā)展到一定范圍，一般中心受壓基礎(chǔ)可取zmax=B/4，偏心受壓基礎(chǔ)可取zmax=B/3，與此相應(yīng)的地基承載力用p1/4、p1/3表示，稱為臨界荷載。對應(yīng)Zmax=0—臨塑荷載；對應(yīng)Zmax=b/4，b/3—塑性（臨界）荷載。Pcr,p1/4,p1/3=Nbb+Nd

0d+Ncc（對于三個荷載，三個系數(shù)不同,它只與土的內(nèi)摩擦角有關(guān)。）注意！γ—基底以下土層的重度γ0—基底以上土層的加權(quán)平均重度地下水位以下的容重一律采用浮容重。臨界荷載地基承載力的確定四、地基極限承載力的確定原位試驗0102規(guī)范法理論計算0403經(jīng)驗法太沙基公式適用范圍：適用于基礎(chǔ)底面粗糙的條形基礎(chǔ)（l/lb

≥5，d≤b）。理論假定：（1）條形基礎(chǔ)，均布荷載作用；（2）地基發(fā)生滑動時，滑動面的形狀兩端為直線，中間為曲線，左右對稱。（3）滑動面分為三區(qū)：但Ⅰ區(qū)內(nèi)土體不是處于朗肯主動狀態(tài)，而是處于彈性壓密狀態(tài)，它與基礎(chǔ)底面一起移動，并假定滑動面與水平面成j角。Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)與普朗特爾解相似，分別是輻射線和對數(shù)螺旋曲線組成過渡區(qū)與朗肯被動狀態(tài)區(qū)。被動區(qū)過渡區(qū)剛性核四、地基極限承載力的確定1、按理論公式計算地基極限承載力根據(jù)φ，查承載力系數(shù)曲線圖得Nc,Nr,Nc四、地基極限承載力的確定太沙基地基極限承載力基本公式地基的極限承載力與建筑物的安全和經(jīng)濟密切相關(guān)，尤其對重大工程或承受傾斜荷載的建筑物更為重要。各類建筑物采用不同的基礎(chǔ)型式、尺寸、埋深，置于不同地基土質(zhì)情況下，極限承載力的大小可能懸殊很大。影響地基的極限承載力的因素很多，可歸結(jié)為以下幾個方面：四、地基極限承載力的確定影響極限承載力的因素1.地基的破壞形式2.地基土的指標(biāo)3.基礎(chǔ)設(shè)計尺寸4.荷載作用方向5.荷載作用時間按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定確定地基承載力按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》確定地基承載力

fk－地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；KPa；

ηb、ηd－基礎(chǔ)寬度，埋深修正系數(shù)；

γ－基底以下土的天然重度，地下水位以下取γˊ；

b－基底寬（m）b<3m取b>6m按6m計算；

γo－基底以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取γˊd－基礎(chǔ)埋深（m）四、地基極限承載力的確定2、按規(guī)范方法確定地基承載力

(1)載荷試驗確定地基土承載力特征值fak四、地基極限承載力的確定3、按原位試驗確定地基承載力

根據(jù)P-S曲線確定加載分級不應(yīng)少于8級。最大加載量不應(yīng)小于設(shè)計要求的兩倍。每級加載后，按間隔10、10、10、15、15min，以后為每隔半小時測讀一次沉降量，當(dāng)在連續(xù)兩小時內(nèi)，每小時的沉降量小于0.1mm時，則認(rèn)為已趨穩(wěn)定，可加下一級荷載。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載：1）承載板周圍的土明顯地側(cè)向擠出；2）沉降s急聚增大，荷載-沉降(p-s)曲線出現(xiàn)陡降段；3）在某一級荷載下，24小時內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定；4）沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06。當(dāng)滿足前三種情況之一時，其對應(yīng)的前一級荷載定為極限荷載。(1)載荷試驗確定地基土承載力特征值fak四、地基極限承載力的確定3、按原位試驗確定地基承載力現(xiàn)場載荷試驗

四、地基極限承載力的確定標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(SPT)是動力觸探的一種，它利用一定的錘擊動能（錘重63.5kg，落距76cm）,將一定規(guī)格的對開管式的貫入器打入鉆孔孔底的士中，根據(jù)打入土中的貫阻抗，判別土層的工程性質(zhì)。貫入阻抗用貫入器貫入土中30cm的錘擊數(shù)N63.5表示,N63.5也稱為標(biāo)貫擊數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果的應(yīng)用

確定土的物理性質(zhì);

確定土的力學(xué)參數(shù);

確定地基土的允許承載力；判定地震液化。(2)其他原位測試確定地基承載力特征值四、地基極限承載力的確定3、按原位試驗確定地基承