第六章土力學(xué)

1、基本概念基本概念：地基在變形允許和穩(wěn)定條件下單位面積承受荷載的能力。：主要是指地基的豎向變形即地基沉降，以及由此產(chǎn)生的地基橫向變形。：荷載作用下，建筑物地基由于承載力不足引起的強(qiáng)度破壞（剪切破壞）?，F(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)的荷載現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)的荷載-變形關(guān)系變形關(guān)系p-s 曲線可以分為三個(gè)變形階段：1. 直線變形階段（2. 局部剪裂階段；3. 完全破壞階段（ ） 埋深較埋深較淺的砂土淺的砂土和密實(shí)粘和密實(shí)粘性土地基性土地基基礎(chǔ)埋基礎(chǔ)埋深較大的深較大的軟土地基軟土地基opcrpu三個(gè)階段的變形特征三個(gè)階段的變形特征：彈性變形階段，主要是土的壓密階段；：荷載與變形呈曲線關(guān)系，地基中出現(xiàn)局部剪切區(qū)（塑性變形區(qū)），

2、產(chǎn)生較顯著的側(cè)向變形。荷載增大，曲線斜率逐漸增大達(dá)極限荷載；：地基土的塑性變形區(qū)已擴(kuò)大聯(lián)成連續(xù)的滑動(dòng)面，發(fā)生剪切破壞，在地基四周形成隆起的土堆，完全破壞失穩(wěn)。地基的三種破壞形式地基的三種破壞形式 當(dāng)基礎(chǔ)時(shí)，基底壓力p與沉降s近似成；隨著，在基礎(chǔ)邊緣處的土開始發(fā)生剪切破壞，荷載繼續(xù)增加，剪切破壞區(qū)逐漸擴(kuò)大，壓力p與沉降s之間成，屬?gòu)椝苄宰冃坞A段。若基礎(chǔ)上的，剪切破壞區(qū)不斷擴(kuò)大，最終在地基中形成一，地基發(fā)生，兩側(cè)地面隆起。較密實(shí)砂土、較密實(shí)砂土、中等以上堅(jiān)硬粘土中等以上堅(jiān)硬粘土 介于整體剪切破壞和沖剪破壞之間的一種破壞型式。剪切破壞也從基礎(chǔ)邊緣開始，但、，基礎(chǔ)兩側(cè)隆起不明顯，壓力和沉降關(guān)系曲線屬I

3、I類曲線。壓縮性較大的松砂壓縮性較大的松砂一般粘性土一般粘性土 由于基礎(chǔ)下軟弱土的壓縮變形使基礎(chǔ)連續(xù)下沉，如荷載繼續(xù)增加到某一數(shù)值時(shí)，基礎(chǔ)側(cè)面附近的土體因。沖剪破壞時(shí)，地基中，基礎(chǔ)四周的地面不隆起，基礎(chǔ)沒有很大的傾斜，壓力沉降關(guān)系曲線屬II類曲線。飽和軟粘土、松散的粉飽和軟粘土、松散的粉土、細(xì)砂、新填土、濕土、細(xì)砂、新填土、濕陷性黃土浸水陷性黃土浸水基本概念基本概念：a 點(diǎn)對(duì)應(yīng)荷載，也稱比例極限。：從 a 點(diǎn)開始土體進(jìn)入塑性區(qū)。如果允許地基中一定范圍內(nèi)進(jìn)入彈塑性階段，即地基中有可以控制的塑性區(qū)發(fā)展，與此塑性區(qū)深度對(duì)應(yīng)的荷載。 地基臨塑荷載的確定地基臨塑荷載的確定 條形基礎(chǔ)均布荷載下，地基中M點(diǎn)

4、，采用密歇爾的彈性力學(xué)解答，可以表示為： 假設(shè)自重應(yīng)力場(chǎng)與靜水應(yīng)力場(chǎng)相同，側(cè)壓力系數(shù)為1，則M點(diǎn)為：均布荷載條形荷載下地基中的均布荷載條形荷載下地基中的附加應(yīng)力附加應(yīng)力)sin()sin(00030001ppzdpzdp0000300001)sin()sin( 當(dāng)M點(diǎn)應(yīng)力達(dá)到即臨塑狀態(tài)，應(yīng)滿足極限平衡條件： 得地基中為： 由 可得 ， 代入上式有：00ddz20sincot23131cdcdpz0000tan)sinsin(dcdpz00maxtan)2(cot地基中塑性區(qū)的最大深度時(shí)為，對(duì)應(yīng)的荷載為：若允許地基進(jìn)入一定深度塑性區(qū)（ , b為基底寬度），則：dcdpcr002cot)cot(d

5、bcdp00412cot)4/cot(dbcdp00312cot)3/cot(適用條件以上公式基于條形基礎(chǔ)推導(dǎo)，屬?gòu)椥粤W(xué)平面問題，若將其解答用于時(shí)則偏于安全。上述公式基于中心垂直荷載或均布荷載推導(dǎo)，不能用于，應(yīng)將公式進(jìn)行修正。用于飽和軟粘土?xí)r誤差不大，但對(duì)大多數(shù)土都相差較大，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)于的情況，用羅比達(dá)法則處理后再求解得到，pcr=p1/4=p1/3。說明土質(zhì)越軟，臨塑荷載越小，一旦出現(xiàn)塑性區(qū)就立即破壞。普朗特地基滑動(dòng)模型普朗特地基滑動(dòng)模型被動(dòng)變形區(qū)被動(dòng)變形區(qū) ( 1 3)：(Prandtl, 1920)根據(jù)塑性理論，假設(shè)均質(zhì)土地基、不計(jì)土體自重、條形無埋深基礎(chǔ)、中心荷載及基底光滑，

6、地基發(fā)生整體剪切破壞。tan0e未考慮基礎(chǔ)埋深及地基滑動(dòng)范圍內(nèi)土體自重，因此地基極限承載力為： Nc：(Reissner, 1924)，考慮基礎(chǔ)埋深并把埋深范圍內(nèi)土體換算成基底平面上的垂直等效荷載 得：cuNcp1)245(tancot2taneNcqcuNqNcp) 1(cot)245(tan2tanqcqNNeN)(0dqbNqNcNpqcu21進(jìn)一步考慮滑動(dòng)范圍內(nèi)土體自重影響，許多學(xué)者采用下述表達(dá)式： N考慮地基土自重的。許多學(xué)者提出了解析公式和經(jīng)驗(yàn)近似公式。基礎(chǔ)底面地基土重度基礎(chǔ)底面地基土重度(Vesic, 1973)，地基極限承載力公式： Nc、Nq、N地基極限承載力因數(shù)，都是內(nèi)摩擦

7、角的函數(shù)，有表可以查得。bNqNcNpqcu21tan) 1(2) 1(cot)245(tan2tanqqcqNNNNeN有一條形基礎(chǔ)，寬度b=2.5m，埋深d=1.6m，地基土重度 =19kN/m3，c=17kPa，=20o，按求該基礎(chǔ)下。解： 由=20o ，查表6.3.1可得地基極限承載力因數(shù)： 由式（6.3.6）計(jì)算可得：39. 5 ,40. 6 ,83.14NNNqckPabNqNcNpqcu68.574 39. 55 . 2195 . 04 . 66 . 11983.1417 21 6.4.1 關(guān)于基礎(chǔ)形狀的修正系數(shù)關(guān)于基礎(chǔ)形狀的修正系數(shù) 原式是按求解的，對(duì)其它形狀基礎(chǔ)可以分別求出各

8、分項(xiàng)的，用Sc 、Sq 、S表示。（長(zhǎng)為l，寬為b）（b/l=1）（b/l0）cqcNNlbS 1 tan1 lbSqlbS4 . 01 cqcNNS 1 tan1 qS6 . 0 S1 SSSqc 6.4.2 荷載偏心和傾斜作用的修正系數(shù)荷載偏心和傾斜作用的修正系數(shù) 作用下，地基極限承載力有所降低?？赏ㄟ^修改基底尺寸把偏心荷載變?yōu)橹行暮奢d。，設(shè)偏心距為eb，為： ，同理有有效長(zhǎng)度和有效寬度： 并可確定基底有效面積。bbebebb2)2/(2 blebbell2 ,2 作用下，魏西克建議作用下，魏西克建議為為： p，T 分別為傾斜荷載的垂直和水平分量。矩形基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)，m=2 時(shí)）時(shí)）時(shí)）時(shí)

9、）0(tan10(1 cqqccNiicNblmTimqcblpTi)cot1( 1)cot1( mcblpTi 斜斜）荷荷載載沿沿矩矩形形基基礎(chǔ)礎(chǔ)長(zhǎng)長(zhǎng)邊邊傾傾斜斜）荷荷載載沿沿矩矩形形基基礎(chǔ)礎(chǔ)短短邊邊傾傾(/1/2(/1/2blbllblbmdiSbNdiSqNdiScNpqqqqccccu21 6.4.3 基礎(chǔ)埋置深度的修正系數(shù)基礎(chǔ)埋置深度的修正系數(shù) 對(duì)于，和建議使用基礎(chǔ)埋置深度修正系數(shù)dc 、dq 、d 。 當(dāng)各類情況下的地基極限承載力的修正系數(shù)求出后，得到地基極限承載力計(jì)算公式： 6.4.4 飽和軟粘土地基的極限承載力飽和軟粘土地基的極限承載力 內(nèi)摩擦角0，當(dāng)=0時(shí)，Nc=5.14，N

10、q=1.00，N=0，可得地基極限承載力： 飽和軟粘土地基極限承載力，斯肯普頓給出了以下的經(jīng)驗(yàn)公式：c為粘聚力，l、b 、d分別為基礎(chǔ)的長(zhǎng)寬和埋置深度。dcpu014. 5dbdlbcpu0)2 . 01)(2 . 01 (0 . 5 6.4.5 地基滑動(dòng)的影響寬度和深度地基滑動(dòng)的影響寬度和深度按照地基計(jì)算模型，分析地基滑動(dòng)的及。影響寬度（圖中af 或 af）最大影響深度tan2)245tan(ebBtan)245(max)245sin(ebH太沙基地基滑動(dòng)模型太沙基地基滑動(dòng)模型彈性壓密核彈性壓密核被動(dòng)極限被動(dòng)極限平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) ( 16m,時(shí)，取b=6m；基礎(chǔ)埋深的計(jì)算按規(guī)范要求進(jìn)行，一般

11、自室外地坪算起。)5 . 0()0 . 3(0dbffdbaka地基寬度修正系數(shù)地基寬度修正系數(shù)基底面地基土重度基底面地基土重度基底以上土重度基底以上土重度埋深的修正系數(shù)埋深的修正系數(shù)巖石地基承載力特征值r 折減系數(shù)； frk 巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，兩者取值均可見現(xiàn)行地基規(guī)范。國(guó)家規(guī)范濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB50025-2004）給出地基承載力公式為符號(hào)意義同前。)5 . 1()0 . 3(0dbffdbakarkraff 基本概念也稱原位試驗(yàn)，包括： 荷載試驗(yàn)、靜力觸探、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、旁壓儀試驗(yàn)、大型剪切試驗(yàn)等?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)： 減少了取樣程序，減少了擾動(dòng)和誤差影響，提高

12、了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。 ：確定地基承載力和變形模量。： 試坑標(biāo)高應(yīng)與基底標(biāo)高一致，試坑的平面尺寸至少大于試驗(yàn)承壓板寬度（方形板）或直徑（圓形板）的三倍，以避免坑周土體對(duì)承壓板下地基變形的影響。： 在試坑中心部對(duì)地基施加垂直荷載，測(cè)出承壓板所受壓力即地基所受壓力與地基下沉量。根據(jù)計(jì)算公式得到地基的，可以預(yù)測(cè)地基沉降。根據(jù)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪成，可以確定。（a）堆重千斤頂式（b）地錨千斤頂式（c）基槽承載式： 第一級(jí)荷載取為包括試驗(yàn)設(shè)備自重在內(nèi)的壓力等于試坑底面處原來的自重應(yīng)力。以后每級(jí)加荷量的大小，對(duì)于松土、軟土一般為 1025 kPa；對(duì)于較堅(jiān)硬的土，一般為50kPa。 總荷載應(yīng)逼近地基的極限荷載或依

13、試驗(yàn)要求而定。 在每級(jí)荷載作用下，若連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)地基沉降的位移計(jì)讀數(shù)小于0.1mm/h，則可認(rèn)為在該級(jí)荷載下地基沉降已達(dá)到穩(wěn)定，可以加下一級(jí)荷載。：承壓板周圍的地面有擠出隆起、發(fā)生裂縫現(xiàn)象；當(dāng)荷載增量很小而沉降呈急劇增大；在荷載不變的情況下，沉降量在24小時(shí)內(nèi)幾乎等速增加；已達(dá)到s/b0.8(s是沉降量，b是承壓板寬度或直徑)；試驗(yàn)加荷的壓力已大于等于設(shè)計(jì)荷載的兩倍。(a) 低壓縮性土低壓縮性土(b) 高壓縮性土高壓縮性土：p-s曲線有明顯地直線段和陡降段， p1為臨塑荷載，也為承載力標(biāo)準(zhǔn)值；：無明顯直線段，后期變化緩慢，取粘性土s/b=0.02或砂類土s/b=0.015對(duì)應(yīng)的荷載為承載力標(biāo)準(zhǔn)

14、值 。 6.8.1 地基承受地基承受作用的情況作用的情況 1地震作用力 2強(qiáng)風(fēng)力 3擋水結(jié)構(gòu)及地基上作用的水壓力 4河流、冰塊對(duì)橋墩的沖刷、撞擊及對(duì)河岸的淘刷作用 5近海結(jié)構(gòu)上冰塊的撞擊 6海浪作用 7車輛荷載對(duì)路面產(chǎn)生的水平作用 8護(hù)坡樁、抗滑樁上所受的水平土壓力 9地下工程襯砌結(jié)構(gòu)所受的水平構(gòu)造作用力 10在工業(yè)廢渣堆填土中礦物水化、水解產(chǎn)生的膨脹力 11地基凍結(jié)產(chǎn)生的凍脹力 12地基中、邊坡中的孔隙水壓力 13洪水產(chǎn)生的水平?jīng)_擊力 14泥石流產(chǎn)生的水平?jīng)_擊力 6.8.2 地基、基礎(chǔ)在水平荷載作用下的驗(yàn)算地基、基礎(chǔ)在水平荷載作用下的驗(yàn)算海上采油平臺(tái)地基的水平穩(wěn)定性驗(yàn)算 pHf 地基破壞時(shí)的水平荷載 A 基底面積 pV 作用在地基上的水平荷載t