地基承載力地基承載力地基承載力地基承載力

地基承載力地基承載力地基承載力地基承載力第一頁，共37頁。9.1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(jì)。一般認(rèn)為地基承載力可分為容許承載力和極限承載力。

容許承載力是指地基土穩(wěn)定有足夠的安全度并且變形控制在建筑物容許范圍內(nèi)時(shí)的承載力。

極限承載力是地基土不致失穩(wěn)時(shí)地基土單位面積上所能承受的最大荷載。在工程設(shè)計(jì)中為了保證地基土不發(fā)生剪切破壞而失去穩(wěn)定，同時(shí)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(jì)值。第二頁，共37頁。9.1.1現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)

可以通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)或室內(nèi)模型試驗(yàn)來研究地基承載力，如圖9.1所示。通過試驗(yàn)可以得到載荷板在各級(jí)壓力的作用下，其相應(yīng)的穩(wěn)定沉降量，繪得p~s曲線，如圖9.2所示。典型的p~s曲線由三個(gè)階段組成，即壓密階段、剪切階段和破壞階段。第三頁，共37頁。9.1.2地基變形破壞形式整體剪切破壞、局部剪切破壞、刺入剪切破壞是地基失穩(wěn)的三種破壞形式，地基土發(fā)生哪種形式的破壞，主要和地基土的性質(zhì)和基礎(chǔ)的埋置深度有關(guān)，加荷速度等因素也有所影響。如在密砂地基中，一般常發(fā)生整體剪切破壞，但當(dāng)基礎(chǔ)埋置深時(shí)，在很大荷載作用下密砂就會(huì)產(chǎn)生壓縮變形，而產(chǎn)生刺入剪切破壞；在軟粘土中，當(dāng)加荷速度較慢時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓縮變形而產(chǎn)生刺入剪切破壞，但當(dāng)加荷很快時(shí)，由于土體不能產(chǎn)生壓縮變形，就可能發(fā)生整體剪切破壞。第四頁，共37頁。9.2臨塑荷載及臨界荷載計(jì)算臨塑荷載是指在外部荷載作用下，地基中剛開始出現(xiàn)塑性變形區(qū)時(shí)，相應(yīng)的基底底面單位面積上所承受的荷載。9.2.1塑性區(qū)邊界方程的推導(dǎo)塑性區(qū)的邊界方程表示塑性區(qū)邊界上任一點(diǎn)的z與β0的關(guān)系。第五頁，共37頁。當(dāng)基礎(chǔ)埋深d，荷載p和土的γ、c、φ已知，就可得出塑性區(qū)的邊界線，如圖9.5所示。第六頁，共37頁。9.2.2臨塑荷載及臨界荷載的計(jì)算為了計(jì)算塑性變形區(qū)最大深度zmax，令得出：

基底均布荷載的表達(dá)式

：

如果zmax=0，則表示地基土中即將產(chǎn)生塑性區(qū)，其相應(yīng)的荷載就是臨塑荷載pcr：第七頁，共37頁。大量工程實(shí)踐表明，用pcr作為地基承載力設(shè)計(jì)值是比較保守和不經(jīng)濟(jì)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。第八頁，共37頁。9.3極限承載力計(jì)算極限承載力通過載荷試驗(yàn)的P~S曲線確定通過半經(jīng)驗(yàn)半理論的公式進(jìn)行計(jì)算載荷試驗(yàn)靜力觸探試驗(yàn)動(dòng)力觸探試驗(yàn)普朗特爾地基極限承載力公式太沙基極限承載力公式漢森極限承載力公式確定極限承載力的計(jì)算公式假定滑動(dòng)面法理論解第九頁，共37頁。9.3.1普朗特爾地基極限承載力公式普朗特爾1920年根據(jù)塑性理論研究了剛性體壓入介質(zhì)中，介質(zhì)達(dá)到破壞時(shí)，滑動(dòng)面的形狀及極限壓應(yīng)力的公式。假設(shè)滑動(dòng)面包圍區(qū)域的分區(qū)介質(zhì)是無質(zhì)量的

無限長(zhǎng)的條形荷載

荷載板底面是光滑的

Ⅰ-郎肯主動(dòng)區(qū)

Ⅱ-過渡區(qū)Ⅲ-郎肯被動(dòng)區(qū)

第十頁，共37頁。普朗特爾極限承載力的理論解為：

賴斯納對(duì)普朗特爾公式的補(bǔ)充：

淺基礎(chǔ)地基極限承載力公式其他學(xué)者對(duì)普朗特爾公式的補(bǔ)充：

考慮土體的重力時(shí)第十一頁，共37頁。Nr為考慮地基土自重的地基極限承載力系數(shù)，表達(dá)式比較多：

卡柯和凱利賽爾1953

梅耶霍夫1955

漢森1961-1970泰勒1948

第十二頁，共37頁。9.3.2太沙基(K.Terzaghi)極限承載力公式太沙基1943年利用塑性理論推導(dǎo)了條形淺基礎(chǔ)地基極限荷載的理論公式。太沙基認(rèn)為當(dāng)基礎(chǔ)的長(zhǎng)寬比L/B≥5，基礎(chǔ)的埋置深度D≤B時(shí)，可以認(rèn)為是條形淺基礎(chǔ)?；滓陨贤馏w看作是作用在基礎(chǔ)兩側(cè)的均布荷載，如圖9.7所示。第十三頁，共37頁。假定：(1)基底面粗糙，Ⅰ區(qū)在基底面下的三角形彈性楔體，處于彈性壓密狀態(tài)，它在地基破壞時(shí)隨基礎(chǔ)一同下沉。楔體與基底面的夾角太沙基假定為φ。(2)Ⅱ區(qū)的假定與普朗特爾相同，認(rèn)為下部近似為對(duì)數(shù)螺旋曲線。Ⅲ區(qū)下部為一斜直線，其與水平面夾角為α

，塑性區(qū)(Ⅱ與Ⅲ)的地基，同時(shí)達(dá)到極限平衡。

(3)太沙基忽略了土的重度對(duì)滑動(dòng)面形狀的影響。Ⅲ區(qū)的重量抵消了上舉作用力，并通過Ⅱ、Ⅰ區(qū)阻止基礎(chǔ)的下沉。第十四頁，共37頁。根據(jù)對(duì)彈性楔體(基底下的三角形土楔體)的靜力平衡條件分析,如圖所示，彈性楔體上作用下面的作用力：(1)彈性楔體自重(2)基底面上的極限荷載Pu

(3)彈性楔體兩個(gè)斜面上總的黏聚力C(4)作用在彈性楔體兩斜面上的反力Pp第十五頁，共37頁。反力Pp的求解

：(1)當(dāng)γ和C均為零時(shí)，求出僅由超載q引起的反力Ppq，即:

(2)當(dāng)γ和q均為零時(shí)，求出僅由黏聚力C引起的反力Ppc，即:

(3)當(dāng)C和q均為零時(shí)，求出僅由土的重度γ引起的反力Ppγ

，即:

(4)利用疊加原理求得反力Pp:第十六頁，共37頁。將反力Pp帶入豎直方向的平衡方程中:得到太沙基極限承載力公式:適合條形基礎(chǔ)圓形或者方形基礎(chǔ)，太沙基提出了半經(jīng)驗(yàn)的極限承載力公式：

適合條形基礎(chǔ)適合條形基礎(chǔ)第十七頁，共37頁。9.3.3漢森極限承載力公式漢森在極限承載力上的主要貢獻(xiàn)就是對(duì)承載力進(jìn)行數(shù)項(xiàng)修正。包括：①非條形荷載的基礎(chǔ)形狀修正，②埋深范圍內(nèi)考慮土抗剪強(qiáng)度的深度修正，③基底有水平荷載時(shí)的荷載傾斜修正，④地面有傾角β時(shí)的地面修正，⑤底有傾角時(shí)的基底修正。每種修正均需在承載力系數(shù)Nγ

、Nq、Nc上乘以相應(yīng)的修正系數(shù)。加修正后漢森的極限承載力公式為：第十八頁，共37頁。9.4按原位試驗(yàn)確定地基承載力9.4.1載荷試驗(yàn)載荷試驗(yàn)淺層平板載荷試驗(yàn)深層平板載荷試驗(yàn)淺層平板載荷試驗(yàn)可適用于確定淺部地基土層的承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力。承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2，對(duì)于軟土不應(yīng)小于0.5m2。試驗(yàn)基坑寬度不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的三倍。應(yīng)保持試驗(yàn)土層的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度。宜在擬試壓表面用粗砂或中砂層找平，其厚度不超過20mm。淺層平板載荷試驗(yàn)第十九頁，共37頁。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(jí)荷載下，24小時(shí)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(shí)，其對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載定為極限荷載。加載分級(jí)不應(yīng)少于8級(jí)。最大加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的兩倍。每級(jí)加載后，按間隔10、10、10、15、15min，以后為每隔半小時(shí)測(cè)讀一次沉降量，當(dāng)在連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)的沉降量小于0.1mm時(shí)，則認(rèn)為已趨穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載：第二十頁，共37頁。承載力特征值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：1）當(dāng)p-s曲線上有比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值；2）當(dāng)極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時(shí)，取極限荷載值的一半；3）當(dāng)不能按上述二款要求確定時(shí)，當(dāng)壓板面積為0.25-0.50m2，可取s/b=0.01~0.015所對(duì)應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于三點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不超過其平均值的30%時(shí)，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。

第二十一頁，共37頁。9.4.2靜力觸探試驗(yàn)靜力觸探試驗(yàn)簡(jiǎn)稱CPT，它是將一錐形金屬探頭，按一定的速率(一般為0.5-1.2m/min)勻速地靜力壓入土中。量測(cè)其貫入阻力，而進(jìn)行的一種原位測(cè)試方法。1）靜力觸探設(shè)備(1)靜力觸探儀

第二十二頁，共37頁。探頭由金屬制成，有錐尖和側(cè)壁兩個(gè)部分，錐尖為圓錐體，錐角一般為60°。探頭在土中貫入時(shí)，阻力分布如圖9.10所示，探頭總貫入阻力P為錐尖總阻力Qc和側(cè)壁總摩阻力Pf之和，即：

(2)探頭和探桿

探頭單用探頭或綜合型探頭

雙用探頭

只能量測(cè)總貫入阻力P

分別量測(cè)探頭錐尖總阻力Qc和側(cè)壁總摩阻力Pf

第二十三頁，共37頁。當(dāng)靜力觸探探頭在靜壓力作用下向土層中勻速貫入時(shí)，探頭附近土體受到壓縮和剪切破壞，形成剪切破壞區(qū)、壓密區(qū)和未變化區(qū)3個(gè)區(qū)域，圖9.11所示。同時(shí)對(duì)探頭產(chǎn)生貫入阻力，通過量測(cè)系統(tǒng)，可測(cè)出不同深度處的貫入阻力。貫入阻力的變化，反映了土層物理力學(xué)性質(zhì)的變化，同一種土層貫入阻力大，土的力學(xué)性質(zhì)好，承載能力就大；2）靜力觸探的基本原理相反，貫入阻力小，土層就相對(duì)軟弱，承載力就小。利用貫入阻力與現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)對(duì)比，或與樁基承載力及土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對(duì)比，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，建立各種相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，便可確定土層的承載力等設(shè)計(jì)參數(shù)。第二十四頁，共37頁。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，再按儀器和試驗(yàn)過程進(jìn)行必要的修正，如深度修正和儀器歸零的零票修正等，便可得每一探孔的靜力觸探曲線，包括Ps-H、qc-H、fs-H和摩阻比等曲線。圖9.12表示單橋探頭比貫入阻力隨深度的變化曲線。

3）利用靜力觸探試驗(yàn)確定地基土的承載力(1)靜力觸探的成果

(2)確定淺基礎(chǔ)的承載力

老黏土軟土、一般黏土及砂黏土砂黏土及飽和砂土第二十五頁，共37頁。9.4.3動(dòng)力觸探試驗(yàn)動(dòng)力觸探試驗(yàn)簡(jiǎn)稱DPT，是用一定質(zhì)量的落錘，提升到與型號(hào)相應(yīng)的高度，讓其自由下落，沖擊鉆桿上端的錘墊，使與鉆桿下端相連的探頭貫入土中，根據(jù)貫入的難易程度，即貫入規(guī)定深度所需的錘擊次數(shù)，來判定土的工程性質(zhì)，這種原位測(cè)試方法叫動(dòng)力觸探試驗(yàn)。第二十六頁，共37頁。采用動(dòng)力觸探可直接獲得N10、N63.5、N120沿土層深度的分布曲線，即動(dòng)力觸探曲線。動(dòng)力觸探試驗(yàn)的成果除用錘擊數(shù)表示外，還可用動(dòng)貫入阻力qd來表示。

第二十七頁，共37頁。在我國，大多采用表9-5來確定地基土的承載力。當(dāng)采用動(dòng)貫入阻力qd來評(píng)價(jià)地基土?xí)r，法國的San-glerat提出了淺基礎(chǔ)(深寬比d/b=1~4)地基容許承載力的計(jì)算公式：

砂土及黏土密實(shí)粗砂第二十八頁，共37頁。9.5按規(guī)范方法確定地基承載力9.5.1地基容許承載力和地基承載力特征值

地基容許承載力是指地基穩(wěn)定有足夠安全度的承載力，它相當(dāng)于地基極限承載力除以一個(gè)安全系數(shù)，此即定值法確定的地基承載力；同時(shí)必須驗(yàn)算地基變形不超過允許變形值。

地基承載力特征值是指地基穩(wěn)定有保證可靠度的承載力，它作為隨機(jī)變量是以概率理論為基礎(chǔ)的，分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法確定的地基承載力；同時(shí)也要驗(yàn)算地基變形不超過允許變形值。所謂修正后的地基容許承載力和承載力特征值均指所確定的地基承載力包含了基礎(chǔ)埋深和寬度兩個(gè)因素。第二十九頁，共37頁。9.5.2《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》確定地基容許承載力

1)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí)，從載荷試驗(yàn)或其它原位測(cè)試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式修正：

2)當(dāng)偏心距e小于或等于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度時(shí)，根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力特征值可按下式計(jì)算，并應(yīng)滿足變形要求：

第三十頁，共37頁。3)對(duì)于完整、較完整、較破碎的巖石地基承載力特征值可按《