土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)安徽理工大學(xué)資源與環(huán)境工程系教學(xué)課件

土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)安徽理工大學(xué)資源與環(huán)境工程系課件服從真理，就能征服一切事物土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)安徽理工大學(xué)資源與環(huán)境工程系課件土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)安徽理工大學(xué)資源與環(huán)境工程系課件服從真理，就能征服一切事物《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》安徽理工大學(xué)資源與環(huán)境工程系第十章地基承載力▲概述▲地基的變形和失穩(wěn)▲原位試驗(yàn)確定地基承載力▲按塑性區(qū)開(kāi)展深度確定地基的容許承載力▲確定地基極限承載力的理論公式▲按規(guī)范確定地基的容許承載力▲影響地基承載力的因素概述確定地基承載力應(yīng)考慮的因素

1．基礎(chǔ)形狀的影響：在用極限荷載理論公式計(jì)算地基承載力時(shí)是按條形基礎(chǔ)考慮的，對(duì)于非條形基礎(chǔ)應(yīng)考慮形狀不同地基承載的影響。2．荷載傾斜與偏心的影響：在用理論公式計(jì)算地基承載力時(shí)，均是按中心受荷考慮的，但荷載的傾斜荷偏心對(duì)地基承載力是有影響的。3．覆蓋層抗剪強(qiáng)度的影響：基底以上覆蓋層抗剪強(qiáng)度越高，地基承載力顯然越高，因而基坑開(kāi)挖的大小和施工回填質(zhì)量的好壞對(duì)地基承載力有影響。4．地下水的影響：地下水水位上升會(huì)降低土的承載力。5．下臥層的影響：確定地基持力層的承載力設(shè)計(jì)值，應(yīng)對(duì)下臥層的影響作具體的分析和驗(yàn)算。6．此外還有基底傾斜和地面傾斜的影響：地基土壓縮性和試驗(yàn)底板與實(shí)際基礎(chǔ)尺寸比例的影響。相鄰基礎(chǔ)的影響，加荷速率的影響和地基與上部結(jié)構(gòu)共同作用的影響等。

地基的變形和失穩(wěn)地基變形的三個(gè)階段

0sppcrpuabcp＜pcrpcr＜p＜pup≥pua.線性變形階段塑性變形區(qū)連續(xù)滑動(dòng)面oa段，荷載小，主要產(chǎn)生壓縮變形，荷載與沉降關(guān)系接近于直線，土中τ＜τf,地基處于彈性平衡狀態(tài)b.彈塑性變形階段ab段，荷載增加，荷載與沉降關(guān)系呈曲線，地基中局部產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)塑性變形區(qū)c.破壞階段bc段，塑性區(qū)擴(kuò)大，發(fā)展成連續(xù)滑動(dòng)面，荷載增加，沉降急劇變化

地基的變形和失穩(wěn)地基的破壞形式

地基開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞（即彈性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃坞A段）時(shí)，地基所承受的基地壓力稱為臨塑荷載pcr

地基瀕臨破壞（即彈塑性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐碾A段）時(shí)，地基所承受的基地壓力稱為極限荷載pu1.整體剪切破壞a.p-s曲線上有兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可區(qū)分地基變形的三個(gè)階段b.地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連續(xù)的滑動(dòng)面c.荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起

地基的變形和失穩(wěn)2.局部剪切破壞a.p-s曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，沒(méi)有明顯的直線段b.塑性變形區(qū)不延伸到地面，限制在地基內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi)c.荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起3.沖剪破壞b.地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動(dòng)面

c.荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面不隆起，而是下陷a.p-s曲線沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)地基的破壞形式

地基的變形和失穩(wěn)某谷倉(cāng)的地基整體破壞

地基的變形和失穩(wěn)1940年在軟粘土地基上的某水泥倉(cāng)的傾覆

地基的變形和失穩(wěn)在軟粘土上的密砂地基的沖剪破壞

地基的變形和失穩(wěn)1964年日本新瀉（Niigata）地震地基的大面積液化

1964年日本新瀉（Niigata）地震地基的大面積液化

地基的變形和失穩(wěn)地基液化引起的建筑物破壞

地基的變形和失穩(wěn)某宮殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降達(dá)2.2米，存在明顯的沉降差。墨西哥的沉降問(wèn)題是世界著名的

地基的變形和失穩(wěn)比薩斜塔-不均勻沉降的典型始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。傾斜5.5，頂部偏心2.1米

地基的變形和失穩(wěn)大阪Nishinomiya橋的橋墩破壞.6個(gè)橋墩中至少2個(gè)嚴(yán)重破壞，其可能的原因是岸邊橋墩的大變形導(dǎo)致第一組橋墩過(guò)載。日本1995年1月17日阪神大地震原位試驗(yàn)確定地基承載力一、載荷試驗(yàn)法pup0s千斤頂荷載板平衡架拉錨由拐點(diǎn)得地基極限承載力pu，除以安全系數(shù)Fs得容許承載力[p]p-s曲線確定地基承載力特征值:1.p-s曲線有明確的比例界限時(shí)，取比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值

2.極限荷載能確定，且值小于對(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.不能按上述兩點(diǎn)確定時(shí)，取s/b=0.01～0.015對(duì)應(yīng)荷載值；但值不應(yīng)大于最大加載量的一半原位試驗(yàn)確定地基承載力二、靜力觸探試驗(yàn)法探頭QfQcF鉆桿用靜壓力將裝有探頭的觸探器壓入土中，通過(guò)壓力傳感器及電阻應(yīng)變儀測(cè)出土層對(duì)探頭的貫入阻力。探頭貫入阻力的大小直接反映了土的強(qiáng)度的大小，把貫入阻力與荷載試驗(yàn)所得到的地基容許承載力建立相關(guān)關(guān)系，從而即可按照實(shí)測(cè)的貫入阻力確定地基的容許承載力值。還可以把土的貫入阻力與土的變形模量及壓縮模量建立相關(guān)關(guān)系，從而可以確定變形模量和壓縮模量方法介紹：探頭阻力Q可分為兩個(gè)部分1.錐頭阻力Qc

2.側(cè)壁摩阻力Qf

比貫入阻力：探頭單位截面積的阻力

原位試驗(yàn)確定地基承載力二、靜力觸探試驗(yàn)法梅耶霍夫公式：

國(guó)內(nèi)建議公式：式中Ps：貫入阻力（kPa）B：基礎(chǔ)寬度D：埋置深度KpaKpa式中：f——承載力設(shè)計(jì)值，fk——標(biāo)準(zhǔn)值，r1——天然容重，r0——為基底以上土的加權(quán)平均容重，地下水以下取浮容重；ηB，ηD——相應(yīng)于基礎(chǔ)寬度和埋置深度的承載力修正系數(shù)，查表。原位試驗(yàn)確定地基承載力三、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法試驗(yàn)時(shí)，先行鉆孔，再把上端接有鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)貫入器放至孔底，然后用質(zhì)量為63.5kg的錘，以76cm的高度自由下落將貫入器先擊入土中15cm，然后測(cè)繼續(xù)打30cm的所需要錘擊數(shù)，該擊數(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)方法介紹：建立標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與地基承載力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以得到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)下的地基承載力

原位試驗(yàn)確定地基承載力四、旁壓試驗(yàn)水箱量測(cè)鉆孔內(nèi)進(jìn)行橫向載荷試驗(yàn),用以測(cè)定較深處土層的變形模量和承載力V0

V0VPhpuh

pcr

poh按塑性區(qū)開(kāi)展深度確定地基的容許承載力一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍

zzbdq=dpβ0△σ1△σ3根據(jù)彈性理論，地基中任意點(diǎn)由條形均布?jí)毫λ鸬母郊哟蟆⑿≈鲬?yīng)力

假定在極限平衡區(qū)土的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0=1，M點(diǎn)土的自重應(yīng)力所引起的大小主應(yīng)力均為(d＋z)M點(diǎn)達(dá)到極限平衡狀態(tài)，大、小主應(yīng)力滿足極限平衡條件M按塑性區(qū)開(kāi)展深度確定地基的容許承載力塑性區(qū)邊界方程塑性區(qū)最大深度zmax一、塑性區(qū)的發(fā)展范圍

按塑性區(qū)開(kāi)展深度確定地基的容許承載力二、臨塑荷載pcr和界限荷載當(dāng)zmax＝0，地基所能承受的基底附加壓力為臨塑荷載塑性區(qū)開(kāi)展深度在某一范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的荷載為界限荷載中心荷載偏心荷載

確定地基極限承載力的理論公式一、普朗特爾極限承載力理論

普朗特爾公式是求解寬度為B的條形基礎(chǔ)，置于地基表面，在中心荷載P作用下的極限荷載Pu值。普朗特爾的基本假設(shè)及結(jié)果，歸納為如下幾點(diǎn)：（1）地基土是均勻，各向同性的無(wú)重量介質(zhì)，即認(rèn)為土的r=0，而只具有C，φ的材料。（2）基礎(chǔ)底面光滑，即基礎(chǔ)底面與土之間無(wú)摩擦力存在，所以基底的壓應(yīng)力垂直于地面。（3）當(dāng)?shù)鼗幱跇O限平衡狀態(tài)時(shí)，將出現(xiàn)連續(xù)的滑動(dòng)面，其滑動(dòng)區(qū)域?qū)⒂衫士现鲃?dòng)區(qū)I，徑向剪切區(qū)II或過(guò)渡區(qū)和朗肯被動(dòng)區(qū)III所組成。

確定地基極限承載力的理論公式一、普朗特爾極限承載力理論

PbccddⅠⅡⅡ45o＋

/245o－

/2ⅢⅢ將無(wú)限長(zhǎng)，底面光滑的荷載板至于無(wú)質(zhì)量的土(＝0)的表面上，荷載板下土體處于塑性平衡狀態(tài)時(shí)，塑性區(qū)分成五個(gè)區(qū)Ⅰ區(qū)：主動(dòng)朗肯區(qū)，1豎直向，破裂面與水平面成45o＋

/2Ⅱ區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對(duì)數(shù)螺線

Ⅲ區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)，1水平向，破裂面與水平面成45o－

/2

確定地基極限承載力的理論公式普朗特爾理論的極限承載力理論解式中：承載力系數(shù)當(dāng)基礎(chǔ)有埋深d時(shí)式中：二、太沙基極限承載力理論

底面粗糙，基底與土之間有較大的摩擦力，能阻止基底土發(fā)生剪切位移，基底以下土不會(huì)發(fā)生破壞，處于彈性平衡狀態(tài)PaabccddⅠⅡⅡⅢ45o＋

/245o－

/2ⅢⅠ區(qū)：彈性壓密區(qū)(彈性核)Ⅱ區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對(duì)數(shù)螺線Ⅲ區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)，1水平向，破裂面與水平面成45o－

/2

確定地基極限承載力的理論公式太沙基理論的極限承載力理論解Nr、Nq、Nc均為承載力系數(shù)，均與有關(guān)，太沙基給出關(guān)系曲線，可以根據(jù)相關(guān)曲線得到上式適用于條形基礎(chǔ)整體剪切破壞情況，對(duì)于局部剪切破壞，將c和tan均降低1/3

方形基礎(chǔ)局部剪切破壞時(shí)地基極限承載力Nr

、Nq

、Nc為局部剪切破壞時(shí)承載力系數(shù)，也可以根據(jù)相關(guān)曲線得到對(duì)于方形和圓形基礎(chǔ)，太沙基提出采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修正后的公式

圓形基礎(chǔ)三、漢森極限承載力理論

對(duì)于均質(zhì)地基、基礎(chǔ)底面完全光滑，受中心傾斜荷載作用式中：漢森公式Sr、Sq、Sc

——基礎(chǔ)的形狀系數(shù)ir、iq、ic

——荷載傾斜系數(shù)dr、dq、dc

——深度修正系數(shù)gr、gq、gc

——地面傾斜系數(shù)br、bq、bc

——基底傾斜系數(shù)Nr、Nq、Nc

——承載力系數(shù)說(shuō)明：相關(guān)系數(shù)均可以有相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算

確定地基極限承載力的理論公式

確定地基極限承載力的理論公式地基的容許承載力將上述各公式算出的極限承載力Pu，除以安全系數(shù)Fs，即得到地基的容許承載力[P]＝Pu/FsFs:2-3在設(shè)計(jì)時(shí)，基底壓力P應(yīng)滿足P≤[P]的要求?！栋匆?guī)范確定地基的容許承載力》自學(xué)

影響地基承載力的因素一、土的容重和地下水位1、若地下水位在理論滑動(dòng)面以下，則土的容重一律采用濕容重。2、若地下水位從理論滑動(dòng)以下上升到地面或地面以上，則土的容重由原來(lái)的天然濕容重降為浮容重，此時(shí)地基的承載力也將相應(yīng)的降低。對(duì)于c＝0的無(wú)粘性土，這種降低更明顯，地基的承載力與土的容重成正比的減少。3、若地下水位上升至與基底齊平處，則要將公式中的第一項(xiàng)容重用浮容重計(jì)算即可，此時(shí)地基的承載力為：影響地基承載力的因素一、土的容重和地下水位4、若地下水位在滑動(dòng)面與基礎(chǔ)底面之間，一般可以近似假定滑動(dòng)面的最大深度等于基礎(chǔ)寬度B，此時(shí)，基底以下土的容重可采用平均值并按下式計(jì)算：

式中：d——地下水位至基底的距離——水位以上土的天然濕容重則承載力公式可表示為：

5、若地下水位在基底與地面之間，則按下式計(jì)算：

式中:d1為地下水位至地面的距離。影響地基承載力的因素二、基礎(chǔ)的寬度地基的承載力還與基礎(chǔ)的尺寸和形狀有關(guān)。由承載力的公式可知。基礎(chǔ)的寬度B越大，承載力越高。但當(dāng)基礎(chǔ)的寬度達(dá)到某一數(shù)值以后，承載力不再隨著寬度的增加而增加。規(guī)范中規(guī)定，當(dāng)B>6m時(shí)，采用B＝6m進(jìn)行寬度修正的限制也含有此意。另外，對(duì)二粘性地基，由于B增大，雖然基底壓力可減小，但應(yīng)力影響深度增加，有可能使基礎(chǔ)的沉降加大。影響地基承載力的因素三、基礎(chǔ)的埋置深度

增加D同樣可以提高地基的承載力。由于D增加，基底盡壓力將減小，相應(yīng)的可以減少基礎(chǔ)的沉降。因此，增加D對(duì)提