工程巖土的評價與圖標編制-地基承載力計算

地基承載力2.4.2地基承載力1地基承載力概述2剪切破壞的形式3確定地基承載力的方法1）

現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力2）

理論公式確定地基容許承載力3）

按規(guī)范法確定地基容許承載力1、地基承載力概述地基承受建筑物荷載的作用后，內(nèi)部應力發(fā)生變化。一方面，附加應力引起地基土變形造成建筑物沉降。另一方面，附加應力引起地基內(nèi)土體的剪應力增加，當某一點的剪應力達到土的抗剪強度時，這一點的土就處于極限平衡狀態(tài)。若土體中某一區(qū)域內(nèi)各點都達到極限平衡狀態(tài)，就形成極限平衡區(qū)，或稱為塑性區(qū)。如荷載繼續(xù)增大，地基內(nèi)極限平衡區(qū)的發(fā)展范圍隨之不斷擴大，局部的塑性區(qū)發(fā)展成為連續(xù)貫穿到地表的整體滑動面。這時，基礎下一部分土體將沿滑動面產(chǎn)生整體滑動，稱為地基失去穩(wěn)定。如果這種情況發(fā)生，建筑物將發(fā)生嚴重的塌陷、傾倒等災害性的破壞。1、地基承載力概述地基的承載力是指地基承受荷載的能力。通常分為兩種承載力：一種稱為地基極限承載力，它是指地基即將喪失穩(wěn)定性時的承載力；另一種稱為地基容許承載力，它是指地基穩(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)時的承載力。1、地基承載力概述影響地基極限承載力的因素很多，除地基土的性質(zhì)外，還與基礎的埋置深度、寬度、形狀有關。容許承載力則還與建筑物的結構特性等因素有關。因此，地基承載力與通常所說的材料的“容許強度”或構件的“承載力”的概念有很大的區(qū)別。1、地基承載力概述在基礎設計中，要求地基壓應力的計算值不超過地基容許承載力。地基容許承載力的確定，一般可通過如下三種途徑：①利用現(xiàn)場荷載試驗成果；②利用理論公式；③按公路橋涵設計規(guī)范方法。1、地基承載力概述2剪切破壞的形式oPSPcrfuab臨塑荷載極限荷載壓縮變形塑性變形剪切破壞1整體剪切破壞2剪切破壞的形式2局部剪切破壞2局部剪切破壞靜荷載曲線沒有明顯的直線段，地基破壞的曲線也不呈現(xiàn)整體剪切破壞那樣的明顯的陡降。當基底壓力達到一定數(shù)值即相應的極限荷載時，基礎兩側(cè)微微隆起，然而剪切破壞區(qū)僅僅被限制在地基內(nèi)部的某一區(qū)域，未形成延伸至底面的連續(xù)滑動面。2剪切破壞的形式2局部剪切破壞隨著荷載的增加，基礎出現(xiàn)持續(xù)下沉，主要因為地基土的較大壓縮以至于基礎呈現(xiàn)連續(xù)刺入。地基不出現(xiàn)連續(xù)滑動面，基礎側(cè)面地面不出現(xiàn)隆起，因而基礎邊緣下的地基垂直剪切破壞2剪切破壞的形式3沖剪破壞地基的破壞形式，主要與地基土的性質(zhì)尤其是與壓縮性質(zhì)有關。較堅硬或密實的土，具有較低的壓縮性，通常呈現(xiàn)整體剪切破壞軟弱粘土或松砂土地基，具有中高壓縮性，常常呈現(xiàn)局部剪切破壞或者沖剪破壞。2剪切破壞的形式3確定地基承載力的方法1）

現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力2）

理論公式確定地基容許承載力3）

按規(guī)范法確定地基容許承載力地基從開始發(fā)生變形到失去穩(wěn)定(即破壞)的發(fā)展過程，可利用現(xiàn)場荷載試驗來說明。下圖表示由載荷試驗測得P-S的曲線。典型的P-S曲線(即整體剪切破壞)可以分成壓密階段(Oa)、局部剪切變形階段(ak)和整體剪切破壞階段(k以后)。3確定地基承載力的方法

地基變形三階段圖a）曲線；b）壓縮階段；c）局部剪切階段；d）破壞階段1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力(1)壓密階段：相應于P-S曲線上的oa段，近于直線關系。此階段地基中各點的剪應力均小于地基土的抗剪強度，地基土處于彈性平衡狀態(tài)，如圖b)所示?；A沉降的主要原因是土顆?；ハ鄶D密、空隙減小，地基土產(chǎn)生壓縮變形。3確定地基承載力的方法1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力(2)局部剪切階段：相應于P-S曲線上的ak段。在此階段，變形的增加率隨荷載的增加而增大，P-S曲線向下彎曲。其原因是在地基土中的局部區(qū)域內(nèi)，發(fā)生剪切變形：如圖c)所示。這些區(qū)域稱為塑性變形區(qū)。隨著荷載的增加，地基土中塑性變形區(qū)的范圍逐漸增大。3確定地基承載力的方法1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力(3)破壞階段：相應于P-S曲線上的kc段。當荷載增加到某一極限時，地基變形突然增大，說明地基土中的塑性變形區(qū)已形成了與地面貫通的連續(xù)滑動面，如圖d)所示，地基土向基礎一側(cè)或兩側(cè)擠出，地面隆起，地基整體失穩(wěn)，基礎急劇下沉。3確定地基承載力的方法1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力P-S曲線中的a和k點是變形由一個階段過渡到另一個階段的兩個特征分界點。a點對應的荷載Pa，即Pcr是地基中即將出現(xiàn)塑性變形區(qū)的荷載，稱為臨塑荷載；k點對應的荷載Pk是地基將要發(fā)生整體剪切破壞的荷載，稱為極限荷載。3確定地基承載力的方法1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力顯然以Pk作為地基的容許承載力是極不安全的，而將臨塑荷載作為地基的容許承載力，有時又偏于保守，因為荷載P大于Pa時，只要保證塑性區(qū)最大深度不超過某一界限，地基就不會形成連通的滑動面，就不會發(fā)生整體剪切破壞。3確定地基承載力的方法1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力實踐表明，地基土中塑性變形區(qū)的最大深度Zmax達到1／4～1／3的基礎寬度時，地基仍是安全的。與塑性區(qū)最大深度Zmax相對應的荷載強度，稱為臨界荷載。3確定地基承載力的方法1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力(1)對于密實砂土、一般硬粘土等低壓縮性土，其P-S曲線通常有較明顯的直線段，如圖a)中曲線Ⅰ，一般可用直線段末端a點所對應的臨塑荷載Pa作為地基的容許承載力。利用荷載試驗所得的P-S曲線來確定地基的容許承載力應注意如下幾個方面：3確定地基承載力的方法1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力(2)對于稍松的砂土、新填土、可塑性粘土等中高壓縮性土，其P-S曲線沒有明顯的直線段和轉(zhuǎn)折點，如圖a)中曲線Ⅱ，這種地基上的建筑物，沉降量很大，故用相對沉降量進行控制。一般采用壓縮變形量為0.02b所對應的荷載P0.02b作為地基的容許承載力。利用荷載試驗所得的P-S曲線來確定地基的容許承載力應注意如下幾個方面：3確定地基承載力的方法1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力(3)對于少數(shù)硬粘土，臨塑荷載Pa接近極限荷載Pk

，如圖a)中曲線Ⅲ，可取Pb/K(K為安全系數(shù)，取K=2)作為地基的容許承載力。利用荷載試驗所得的P-S曲線來確定地基的容許承載力應注意如下幾個方面：3確定地基承載力的方法1）現(xiàn)場荷載試驗確定地基容許承載力但應指出，地基承載力還與基礎的形狀、底面尺寸、埋置深度等有關，由于荷載試驗是承壓板尺寸遠小于實際地基的底面尺寸，因此，用上述方法確定的地基容許承載力是偏于保守的。利用荷載試驗所得的P-S曲線來確定地基的容許承載力應注意如下幾個方面：3確定地基承載力的方法1.臨塑荷載臨塑荷載是指在外荷載作用下，地基中剛開始產(chǎn)生塑性變形時，基礎底面單位上承受的荷載。地基的臨塑荷載Pcr，計算公式如下：2）理論公式確定地基容許承載力（2-4-8）（2-4-9）（2-4-10）3確定地基承載力的方法1.臨塑荷載式中

Pcr——地基的臨塑荷載；

g——地基埋深范圍內(nèi)土的重度；

d——基礎埋深；

c——基礎底面下土的粘聚力；j——基礎底面下土的內(nèi)摩擦角（°）；Nd、Nc——承載力系數(shù)，可根據(jù)j值按公式（2-4-9）、式（2-4-10）計算。2）理論公式確定地基容許承載力3確定地基承載力的方法2.臨界荷載在荷載作用下，當?shù)鼗兴苄宰冃螀^(qū)最大開展深度為Zmax=b/4，或在偏心荷載作用下，當?shù)鼗兴苄宰冃螀^(qū)最大開展深度為Zmax=b/3時，與此相對應的基礎底面的壓力，稱為臨界荷載或塑性荷載，中心荷載作用時用表示，偏心荷載作用時表示。計算公式入下：2）理論公式確定地基容許承載力（2-4-11）3確定地基承載力的方法2.臨界荷載在荷載作用下，當?shù)鼗兴苄宰冃螀^(qū)最大開展深度為Zmax=b/4，或在偏心荷載作用下，當?shù)鼗兴苄宰冃螀^(qū)最大開展深度為Zmax=b/3時，與此相對應的基礎底面的壓力，稱為臨界荷載或塑性荷載，中心荷載作用時用表示，偏心荷載作用時表示。計算公式入下：2）理論公式確定地基容許承載力（2-4-12）偏心荷載作用時：3確定地基承載力的方法2.臨界荷載在荷載作用下，當?shù)鼗兴苄宰冃螀^(qū)最大開展深度為Zmax=b/4，或在偏心荷載作用下，當?shù)鼗兴苄宰冃螀^(qū)最大開展深度為Zmax=b/3時，與此相對應的基礎底面的壓力，稱為臨界荷載或塑性荷載，中心荷載作用時用表示，偏心荷載作用時表示。計算公式入下：2）理論公式確定地基容許承載力（2-4-13）偏心荷載作用時：（2-4-14）3確定地基承載力的方法2.臨界荷載式中

b——基礎寬度（m），矩形基礎短邊，圓形基礎采用,A為圓形基礎底面積；

——承載力系數(shù)，可根據(jù)j值按公式（2-4-13）、式（2-4-14）計算。2）理論公式確定地基容許承載力3確定地基承載力的方法3.極限荷載極限荷載為地基將要失去穩(wěn)定，土體將被從基底擠出時，作用于地基上的外荷載。2）理論公式確定地基容許承載力世界各國計算極限荷載的公式很多，但目前尚無公認的完美公式，大多限于條形荷載和均質(zhì)地基。其主要區(qū)別是對地基破壞時的滑裂面形式作了不同的假定，使得計算結果很不一致，不能完全符合地基的實際狀況。所以應用每種計算公式時，一定要注意它的適用范圍。3確定地基承載力的方法3.極限荷載2）理論公式確定地基容許承載力一般最常用的極限荷載計算公式有下述幾種：太沙基公式(適用于條形基礎、方形基礎和圓形基礎)；斯凱普頓公式(適用于飽和軟土地基，內(nèi)摩擦角的j=0淺基礎)；漢森公式(適用于傾斜荷載的情況)。3確定地基承載力的方法3.極限荷載2）理論公式確定地基容許承載力理論公式法中所求得的臨塑荷載Pcr

、臨界荷載或和極限荷載Pu均可作為地基容許承載力。但是，臨塑荷載Pcr作為地基容許承載力偏于保守；極限荷載Pu則應有足夠的安全儲備，即取值，其中K值為安全系數(shù)，K=1.5~2.0；比較Pu和或兩種結果，應取兩者較小值作為地基容許承載力。但必須注意，這里只考慮了地基土的承載力，所以必要時還應驗算基礎沉降。3確定地基承載力的方法3）規(guī)范方法確定地基承載力規(guī)范承載力表是在總結科研成果和工程實踐經(jīng)驗的基礎上制定的，利用現(xiàn)場勘查資料或室內(nèi)試驗資料直接查表得到承載力的標準值或承載力的基本值。3確定地基承載力的方法規(guī)范法確定地基承載力容許值1、由載荷試驗或其他原位測試取得，其值不應大于地基極限承載力的1/2。一、地基承載力基本容許值2、當受現(xiàn)場條件限制，當載荷試驗和原位測試確有困難時，也可以采用規(guī)范有關規(guī)定的值。一、地基承載力基本容許值如一般巖石地基可根據(jù)強度等級、節(jié)理按表確定承載力基本容許值[]，見下表4-1。其它地基可查書中表4-2～表4-7。一、地基承載力基本容許值一、地基承載力基本容許值節(jié)理發(fā)程度堅硬程度節(jié)理不發(fā)育節(jié)理發(fā)育節(jié)理很發(fā)育堅硬巖、較硬巖＞30003000～20002000～1500較軟巖3000～15001500～10001000～800軟巖1200～10001000～800800～500極軟巖500～400400～300300～200巖石地基承載力基本容許值[]表4-1修正后的地基承載力容許值按（4-17）確定，當基礎位于水中不透水地層上時，按平均常水位至一般沖刷線的水深每米再增大10。二、修正后的地基承載力容許值(4-17)式中：——修正后的地基承載力容許值(kPa)；——地基承載力基本容許值(kPa)；二、修正后的地基承載力容許值式中：應首先考慮由載荷試驗或其他原位測試取得，其值不應大于地基極限承載力的1/2；對中小橋、涵洞，當受現(xiàn)場條件限制，或載荷試驗和原位測試確有困難時，也可根據(jù)巖土類別、狀態(tài)及其物理力學特性指標按表4-1～表4-7選用；二、修正后的地基承載力容許值式中：地基承載力基本容許值尚應根據(jù)基礎寬度（b＞2m）、基底埋深（h＞3m）及地基土的類別按照上式(4-17)進行修正。二、修正后的地基承載力容許值b——基礎底面的最小邊寬(m)；當b<2m時，取b=2m；當b>l0m時，取b=l0m；h——基底埋置深度（m），自天然地面起算，有水流沖刷時自一般沖刷線起算；當h＜3m時，取h=3m；當h＞4時，取h=4b；二、修正后的地基承載力容許值k1、k2——基底寬度、深度修正系數(shù)，根據(jù)基底持力層土的類別按表4-8確定；二、修正后的地基承載力容許值r1——基底持力層土的天然重度(kN／m3)；若持力層在水面以下且為透水者，應取浮重度：二、修正后的地基承載力容許值r2——基底以上土層的加權平均重度(kN／m3)；換算時若持力層在水面以下，且不透水時，不論基底以上土的透水性質(zhì)如何，一律取飽和重度；當透水時，水中部分土層則應取浮重度。二、修正后的地基承載力容許值二、修正后的地基承載力容許值表4-8地基承載力寬度、深度修正系數(shù)k1、k2土類黏性土粉土砂土碎石土老黏性土一般黏性土新近—粉砂細砂中砂砂礫、粗砂碎石、圓礫卵石沉積角礫IL≥0.5IL＜0.5黏性土—中密密實中密密實中密密實中密密實中密密實中密密實k10000011.21.5223343434k22.51.52.511.522.53445.556566101、軟土地基承載力基本容許值[fa0]應由載荷試驗或其他原位測試取得，然后按照式（4-17）計算修正后的地基承載力容許值。三、軟土修正后的地基承載力容許值2、當荷載試驗和原位測試確有困難時，對于中小橋、涵洞基底未經(jīng)處理的軟土地基，修正后的地基承載力容許值[fa]可采用以下兩種方法確定：三、軟土修正后的地基承載力容許值（1）根據(jù)原狀土天然含水水率ω，按表4-9確定軟土地基承載力基本容許值[fa0]，然后按（4-18）計算修正后的地基承載力容許值[fa]：[fa]=[fa0]+r2h三、軟土修正后的地基承載力容許值(4-18)三、軟土修正后的地基承載力容許值天然含水量36404550556575100908070605040軟土地基承載力基本容許值[fa0]（2）根據(jù)原狀土強度指標確定軟土修正后的地基承載力容許值[fa]：三、軟土修正后的地基承載力容許值(4-19)(4-20)式中：m――抗力修正系數(shù)，可視為軟土靈敏及基礎長寬比等因素選用1.5～2.5；Cu――地基土不排水抗剪強度標準值，kpa;三、軟土修正后的地基承載力容許值式中：kp――系數(shù)；H――由作用（標準值）引起的水平力，KN;三、軟土修正后的地基承載力容許值式中：b――基礎寬度，m，有偏心作用時取b-2eb；l――垂直于b邊的基礎長度，m，有偏心作用時取l-2el;三、軟土修正后的地基承載力容許值式中：eb、el――偏心作用在寬度和長度方向的偏心距；r2、h――意義同式（4-17）三、軟土修正后