基礎(chǔ)工程no2地基承載力

1、第八章 2015年4月地 基 承 載 力經(jīng)典土力學內(nèi)容物理性質(zhì) 力學性質(zhì)和力學問題 變形 透水性 強度三大應用 土壓力 斜面穩(wěn)定 地基承載力彈性理想剛塑性剛性8.1 概述 8.2 地基的變形和破壞過程8.3 臨塑荷載和臨界荷載8.4 地基極限承載力的計算8.5 按規(guī)范確定地基承載力本章目錄8.1 概述建筑物地基設(shè)計的基本要求：穩(wěn)定要求：荷載小于承載力（抗力）變形要求：變形小于設(shè)計允許值 SS與土的強度，基礎(chǔ)寬度、埋深有關(guān)與土的壓縮性，荷載有關(guān)地基承載力沉降計算(分層總和法)高層：20cm8.1 概述加拿大特朗斯康谷倉 事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822噸谷物時，1小時豎向沉

2、降達30.5cm24小時傾斜2653西端下沉7.32m 東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損概況：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，結(jié)構(gòu)自重2萬噸8.1 概述 在粘土地基上的某谷倉地基破壞情況上海閔行區(qū)蓮花河畔景苑13層 2009年6月27日5時30分8.1 概述 1940年在軟粘土地基上的某水泥倉的傾覆8.1 概述水泥倉地基的整體破壞8.1 概述承載力的概念：地基承受荷載的能力。數(shù)值上用地基單位面積上所能承受的荷載來表示極限承載力地基承受荷載的極限能力。數(shù)值上等于地基單位面積所能承受的最大荷載

3、容許承載力 保留足夠安全儲備，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 承載力設(shè)計值(=特征值+經(jīng)修正)現(xiàn)場試驗確定地基承載力載荷試驗8.1 概述8.1 概述載荷板千斤頂百分表123SP0比例界限極限荷載PcrPu階段1：彈性段階段2：局部塑性區(qū)階段3：完全破壞段PS曲線8.1 概述臨塑荷載1 分級加載，分級不少于8級，每級沉降穩(wěn)定后再進行下一級加載；說明：當出現(xiàn)下列情況之一時，可終止加載：8.1 概述終止加載標準：建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)：1 承壓板周圍的土明顯側(cè)向擠出2 沉降急驟增大，荷載沉降(ps)曲線出現(xiàn)陡降段2 Pu取值：滿足終

4、止加載標準的某級荷載的上一級荷載作為極限荷載3 在某一荷載下，24小時內(nèi)沉降速率不能達到穩(wěn)定4 沉降量與承壓板寬度或直徑之比0.06建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 GB 50007-2011 2012-8-1 實施8.1 概述最大剪應力線淺基礎(chǔ)模型試驗(鋁棒)鋁棒地基開挖模型試驗地基承載力模型試驗8.2 地基的變形和破壞過程3 沖剪破壞1 整體破壞土質(zhì)堅實，基礎(chǔ)埋深淺；滑裂面貫通至地面；曲線開始近直線，隨后沉降陡增，兩側(cè)土體隆起。2 局部剪切破壞松軟地基,埋深較大；滑裂面從基礎(chǔ)邊緣開始,不貫通至地面；p-s曲線開始就是非線性，沒有明顯的驟降段松軟地基，埋深較大；荷載板幾乎是垂直下切，兩側(cè)無土體隆起。12

5、3PS壓力 沉降關(guān)系曲線地基的變形和破壞過程1321 整體剪切破壞General shear failure2 局部剪切破壞Local shear failure3 沖剪破壞 Punching shear failure局部剪切破壞局部剪切破壞局部剪切破壞沖剪破壞8.3 臨塑荷載與臨界荷載臨塑荷載：2.局部塑性區(qū)1. 彈性階段地基處于彈性階段與局部塑性階段界限狀態(tài)時對應的荷載。此時地基中任一點都未達到塑性狀態(tài)，但即將達到塑性區(qū) 當物體承受較小的外力時，卸除外力后，物體可以完全恢復原有的形狀這種可恢復的變形稱為彈性變形 而當外力超過一定限度時，即使卸除全部外力，物體的變形也不能完全恢復這種不可恢

6、復變形稱為塑性變形(plastic deformation)產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域叫塑性區(qū)理想彈塑性模型認為材料中應力達到屈服極限以前，應力應變服從線彈性關(guān)系；應力一旦達到屈服極限，則應力保持為常數(shù)對于低碳鋼一類材料，應力應變曲線有一較長的水平屈服階段，當所研究問題應變不太大時，可以不必考慮后面的強化階段，而采用理想彈塑性模型比較合適 理想剛塑性模型該模型略去理想彈塑性模型的線彈性部分，在應力達到屈服極限前材料為剛性的，而應力達到 后材料為理想塑性 在彈性應變比塑性應變小很多以至可以忽略，如在進行結(jié)構(gòu)塑性極限分析時，則采用理想剛塑性模型 8.3 臨塑荷載與臨界荷載臨塑荷載與臨界荷載計算 (條形基礎(chǔ)

7、)q = 0dp2zM自重應力 s1=0d+ z s3=k0(0d+ z) 設(shè)k0 =1.0合力附加應力B8.3 臨塑荷載與臨界荷載極限平衡條件： 將1， 3的解代入極限平衡條件，得到：q = 0dp2zMBc稱為塑性區(qū)邊界方程d8.3 臨塑荷載與臨界荷載 由z與的單值關(guān)系可求出z的極值Zmax=0 pcr = 0d Nq+c Nc臨塑荷載其中 dzzmax8.3 臨塑荷載與臨界荷載Zmax= B/4 或 B/3：p1/4 = B N1/4+0d Nq+c Nc臨界荷載p1/3= B N1/3+0d Nq+c Nc其中 dzzmaxp8.3 臨塑荷載與臨界荷載各種臨界荷載的承載力系數(shù)NNqNc

8、pcr01+ /ctg - /2+)(Nq-1)ctgp1/4(Nq-1)/2p1/32(Nq-1)/38.3 臨塑荷載與臨界荷載特例： 將1， 3的解代入上式極限平衡條件，得到：q = 0dp2zMB0 時極限平衡條件：即時地基不會出現(xiàn)塑性區(qū)8.3 臨塑荷載與臨界荷載q = 0dp2zMB 2= /2 時右端為最小pcr = 0 d+cp1/4 = p1/3 = pcr = 0 d+c 臨塑荷載 此時其軌跡為以基底為直徑的一個圓弧臨界荷載0 時特例8.3 臨塑荷載與臨界荷載討論 3 公式來源于條形基礎(chǔ)，但用于矩形基礎(chǔ)時是偏于安全的 1 公式推導中假定k0 =1.0與實際不符，但使問題得以簡化

9、 2 計算臨界荷載p1/4 , p1/3時土中已出現(xiàn)塑性區(qū)，此時仍按彈性理論計算土中應力，在理論上是矛盾的8.3 臨塑荷載與臨界荷載討論(續(xù))B、d 增大p1/4 、p1/3增大、c、 增大外因內(nèi)因臨界荷載： pcr = 0 dNq+cNc臨塑荷載：B的變化對pcr沒有影響特例：0時B的變化對p1/4 、p1/3沒有影響p1/4 = p1/3 = pcr = 0 d+c 8.4 極限承載力計算8.4.1 普朗德爾-瑞斯納(Prandtl-Reissner,1920-1924)公式8.4.2 太沙基(Terzaghi,1943)公式8.4.3 斯凱普頓(Skempton,1951)公式8.4.4

10、 漢森(Hansen, 1970)公式8.4.5 極限承載力的影響因素主要內(nèi)容：極限承載力也可稱作極限荷載8.4 極限承載力計算假定：8.4.1 普朗德爾-瑞斯納公式概述：普朗德爾(Prandtl, 1920)利用塑性力學針對無埋深條形基礎(chǔ)得到極限承載力的理論解，瑞斯納(Reissner, 1924)將其推廣到有埋深的情況。 1 基底以下土 0Bd 2 基底完全光滑 3 埋深dB（底寬）8.4 極限承載力計算 利用塑性力學的滑移線場理論 q=0d dpu8.4 極限承載力計算1 朗肯主動區(qū)： pu為大主應力，AC與水平向夾角45 2 2 過渡區(qū)：r=r0e tg3 朗肯被動區(qū)：水平方向為大主應

11、力，EF與水平向夾角45- 2 q=0d dpu8.4 極限承載力計算pu=pu paI 區(qū)8.4 極限承載力計算III 區(qū)0d3= 0d 1 pp8.4 極限承載力計算r0rpupppa0dcR隔離體分析A r=r0e tg對A點取力矩，應有8.4 極限承載力計算普朗德爾-瑞斯納(Prandtl-Reissner)極限承載力：特例：0時 pu = 0 d+ (+2)c普朗德爾-瑞斯納極限承載力缺點無重介質(zhì)基礎(chǔ)地面完全光滑8.4 極限承載力計算基本條件：8.4.2 太沙基 (Terzaghi,1943) 公式 1 考慮基底以下土的自重 2 基底完全粗糙 3 忽略基底以上土體本身的阻力，簡化為上

12、覆均布荷載 q= 0d q=0d dpu8.4 極限承載力計算被動區(qū)過渡區(qū)剛性核太沙基（Terzaghi）極限承載力示意圖BrCA8.4 極限承載力計算pu90 45- /2 基底完全粗糙:= (太沙基假定)q = 0dAC是滑線，對數(shù)螺線在C點的切線必須是豎直，在C點兩滑線(AC與BC)交角8.4 極限承載力計算剛性核分析：puEpWEp 基底完全粗糙時Bc8.4 極限承載力計算q = 0dEpEp=Ep1+Ep2+Ep3Ep1：土體自重產(chǎn)生的抗力Ep2：滑裂面上粘聚力產(chǎn)生的抗力Ep3 ：側(cè)荷載q = 0d產(chǎn)生的抗力被動土壓力Ep：8.4 極限承載力計算Terzaghi極限承載力公式：說明：

13、可近似推廣到圓形、方形基礎(chǔ)，及局部剪切破壞情況N 、 Nq 、 Nc承載力系數(shù)，只取決于8.4 極限承載力計算圓形基礎(chǔ)：方形基礎(chǔ)：矩形基礎(chǔ)：方形(B/l=1)和條形(B/l)內(nèi)插圓形基礎(chǔ)的直徑密實或堅硬土地基：整體剪切破壞局部剪切破壞時淺基礎(chǔ)的地基承載力pu 極限荷載pu 極限荷載太沙基建議降低抗剪強度指標取軟粘土和松砂8.4 極限承載力計算滑動土體自重產(chǎn)生的抗力側(cè)荷載 0d 產(chǎn)生的抗力滑裂面上的粘聚力產(chǎn)生的抗力極限承載力pu的組成：8.4 極限承載力計算對于飽和軟粘土地基 0：8.4.3 斯凱普頓（Skempton,1951）公式 條形基礎(chǔ)(strip footing)下：普朗德爾-瑞斯納公

14、式的特例 矩形基礎(chǔ)(rectangular footings)下：斯凱普頓公式l, b長,寬8.4 極限承載力計算在原有極限承載力公式上修正：8.4.4 漢森（Hansen）公式基礎(chǔ)形狀修正深度修正荷載傾斜修正地面傾斜修正基底傾斜修正1471478.4 極限承載力計算8.4.5 極限承載力的影響因素一般公式：B、d 增大Pu增大、c、 增大外因內(nèi)因8.4 極限承載力計算飽和軟粘土地基 0： 條形基礎(chǔ)下：特例：B的變化對pu沒有影響記??！8.5 地基承載力的確定方法極限承載力承載力容許承載力：承載力特征值 (設(shè)計值)通常所說的承載力指容許承載力已學習內(nèi)容（關(guān)于淺基礎(chǔ)）臨界荷載 P1/4、P1/3

15、臨塑荷載 Pcr極限荷載 Pu（極限承載力）普朗德爾-瑞斯納公式太沙基公式斯凱普頓公式漢森公式8.5 地基承載力的確定方法問題：如何確定容許承載力？8.5 地基承載力的確定方法承載力 f 的確定辦法：1. 通過公式計算 要求較高：f = Pcr 一般情況下：f = P1/4 或 P1/3 在中國取P1/4或者： 用極限荷載計算：f = Pu / K K-安全系數(shù)太沙基：K3.0斯凱普頓：K=1.11.5漢森公式：K 2.0K=8.5 地基承載力的確定方法我國規(guī)范中?。篺a=Mbb+Md md+Mcck1 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GBJ7-89）2 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002）

16、 fa：承載力特征值（設(shè)計值）以臨界荷載P1/4為理論基礎(chǔ) Mb、Md、Mc：承載力系數(shù)，與內(nèi)摩擦角k 有關(guān) b：基底寬度，大于6m按6m取值，對于砂土小于3m按3m取值 ck：基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標準值d：基礎(chǔ)深度 k ：基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的內(nèi)摩擦角標準值m ：基底以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度8.5 地基承載力的確定方法2. 通過載荷試驗確定 特征值(標準值) fak 有明顯直線段：fak = Pcr 加載到破壞且 Pu / 2 Pcr ： 不能滿足上述要求時：123SP0比例界限極限荷載PcrPuPS曲線臨塑荷載fak = Pu / 2 取某一沉降量對應的荷

17、載，但其值不能大于最大加載量的一半8.5 地基承載力的確定方法fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)進行深度和寬度修正：fak ：承載力特征值(標準值)fa ：深寬修正后的承載力特征值 (設(shè)計值)b、d ：寬度和深度修正系數(shù) ：基底下土的重度，地下水位以下取浮重度m ：基底以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度 b：基底寬度(m)，大于6m按6m取值，小于3m按3m取值 d：基礎(chǔ)埋深(m)含水比：土的天然含水量與液限的比值8.5 地基承載力的確定方法3. 通過經(jīng)驗確定GBJ7-89 規(guī)范：推薦查表方法GB50007-2002 規(guī)范：從其他原位測試、經(jīng)驗值等方法確定注意：經(jīng)驗方法得到

18、的承載力特征值也要進行深度和寬度修正8.6 影響地基承載力的因素主要因素：（1）物理力學性質(zhì) 、c、（2）基礎(chǔ)寬度（3）基礎(chǔ)埋深一. 土的容重及地下水位地下水位在滑動面以下8.6 影響地基承載力的因素二. 土的容重及地下水位地下水位在地面或地面以上8.6 影響地基承載力的因素三. 土的容重及地下水位 地下水位基底齊平8.6 影響地基承載力的因素四. 土的容重及地下水位地下水位在滑動面與基底之間Bd28.6 影響地基承載力的因素五. 土的容重及地下水位地下水位在基底與地面之間Bd18.6 影響地基承載力的因素本章小結(jié)8.1 概述 8.2 地基的變形和破壞過程8.3 臨塑荷載和臨界荷載8.4 極限承載力計算8.5 地基承載力的確定方法本章所學習內(nèi)容：臨界荷載P1/4、P1/3臨塑荷載Pcr極限荷載Pu（極限承載力）普朗德爾-瑞斯納公式太沙基公式斯凱普頓公式漢森公式極限承載力承載力容許承載力：承載力特征值 (設(shè)計值)1 通過公式計算2 通過載荷試驗確定3 通過經(jīng)驗確定需要經(jīng)過深度和寬度修正原則：掌握公式理論基礎(chǔ)，結(jié)合實際問題認真分析，恰當應用改良深度(m)+50-5-10-15-20淺層混合改良深層混合改良注漿工法生石灰?guī)r樁工法化學處理工法預壓工法井點降水工法集水井排水工法電滲工法豎向排水砂井袋裝砂井塑料排水板PVD重力排水脫水工法強制排水擠密砂樁工法振沖工法動力固結(jié)法（強夯）水力