第09章地基承载力课件

第九章地基承载力主要内容：主要内容：9 9.1.1 概述概述9 9.2.2 地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载9 9.3.3 地基极限承载力的计算地基极限承载力的计算9 9.4.4 规范确定地基承载力方法规范确定地基承载力方法9.1 概述概述 地基在不产生过大沉降的前提下能够承受的最大荷载。pu 地基承载力取决于地基土的抗剪强度，地地基承载力取决于地基土的抗剪强度，地基承载力是地基土抗剪强度的一种宏观表现基承载力是地基土抗剪强度的一种宏观表现一、地基承载力定义一、地基承载力定义二、二、地基破坏的模式地基破坏的模式 试验研究表明，有三种破坏形式：试验研究表明，有三种破坏形式：1.1.整体破坏整体破坏 （密实砂土，坚硬粘土）2.2.局部剪切破坏局部剪切破坏 （土质较软）3.3.冲剪破坏冲剪破坏 （软粘土，深埋）9.1 概述概述1).整体破坏整体破坏特征：滑动面贯通整个基底，并发展到地面，基底两侧土体隆起，基础下沉或倾斜而破坏。pS9.1 概述概述1).整体破坏整体破坏三个阶段三个阶段荷载较小时，基础下形成一三角形压密区，随同基础压入土中，这时的ps曲线呈直线关系.9.1 概述概述1.弹性压密阶段podsopapcr1).整体破坏整体破坏三个阶段三个阶段 随荷载增加，压密区挤向两侧，基随荷载增加，压密区挤向两侧，基础边缘土中首先产生塑性区，随荷载增础边缘土中首先产生塑性区，随荷载增大，塑性区逐渐扩大大，塑性区逐渐扩大9.1 概述概述2.塑性变形阶段podbpusopapcr1).整体破坏整体破坏三个阶段三个阶段当荷载超过极限荷载后，塑性区急剧扩大、形成连续的滑动面，即使不增加荷载，沉降也不能稳定，地基失稳破坏地基失稳破坏9.1 概述概述3.破坏阶段sopabpcrpu2).局部破坏局部破坏特征：基础两侧土体有部分隆起，但剪切破坏区没有发展到地面，基础没有明显的倾斜和倒塌。9.1 概述概述pS3).冲剪破坏冲剪破坏特征：在荷载作用下基础产生较大沉降，在荷载作用下基础产生较大沉降，基础周围的部分土体也产生下陷，破坏时基础周围的部分土体也产生下陷，破坏时地基中基础好象地基中基础好象“刺人刺人”土层，不出现明土层，不出现明显的破坏区和滑动面，基础没有明显的倾显的破坏区和滑动面，基础没有明显的倾斜斜9.1 概述概述pS深深土土层层表表面面土土9.1 概述概述三、确定地基承载力的方法三、确定地基承载力的方法 载荷试验确载荷试验确定定 千千斤斤顶顶荷载板荷载板pS9.1 概述概述三、确定地基承载力的方法三、确定地基承载力的方法 载荷试验确定载荷试验确定理论公式计算理论公式计算设计规范确定设计规范确定临塑荷载和临界荷载的确定临塑荷载和临界荷载的确定极限承载力的确定极限承载力的确定一、荷载沉降曲线一、荷载沉降曲线pcrpupcr pu临塑荷载连续滑动面和极限荷载塑性区发展和临界荷载9.2 地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载pcr pu地地基基土土开开始始出出现现剪剪切切破破坏坏s连连续续滑滑动动面面临界荷载临界荷载地基中将要出现而尚未出现塑性区时的基底压力称为浅基础地基的临塑荷载，记为pcr。控制塑性区最大深度为某一定值时的基底压力。如取塑性区的最大深度Zmax=b/4，则相对应的临界荷载记为p1/4。临塑荷载临塑荷载:地基土中某一点应力状态：，极限平衡应力状态（塑性区）基本方法基本方法:考察地基中塑性区的发展考察地基中塑性区的发展二、塑性区边界方程地基土中M应力状态：dMM点的自重应力：点的自重应力：c=m d+z cx=k0(md+z)均布条形荷载合力：合力：1，3 设设k0=1.09.2 地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载弹性区的附加应力：弹性区的附加应力：弹性区的合力弹性区的合力极限平衡条件：极限平衡条件：mdzM2 半空间表面9.2 地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载塑性区的计算塑性区的计算mdzM2 半空间表面将 1,3代入极限平衡条件，表示该点既满足弹性区；也满足塑性区是弹塑像区的边界。在荷载p作用下，得到方程塑性区边界方程9.2 地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载塑性区的最大深度塑性区的最大深度ZmaxmdzM2 半空间表面9.2 地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载令Zmax=0p=pcr令Zmax=b/4p=p1/4计算时必须取弧度，即将其乘以/180。三、临塑荷载临界荷载计算公式9.2 地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载此写法难以记忆，将其变化成下式：令Nr、Nd、Nc称为承载力系数，是土内摩擦角的函数，可由内摩擦角查表求得。则：9.2 地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载和临界荷载9.3地基极限承载力的计算一、求解极限承载力公式的两种途径1.按照极限平衡理论求解根据极限平衡理论和已知边界条件，计算土中各点达到极限平衡时的应力及滑动面方向，由此解得基底极限荷载。它属于纯理论解；由于数学原因，只有在简单的边界条件下，才有解析解。2.按照假定滑动面方法求解先假定在极限荷载作用下时土中滑动面的形状，然后根据滑动土体的静力平衡条件求解极限荷载。它属于半理论、半经验解，这类解在实际中应用较多，其极限荷载公式也有很多个，但公认完美的公式目前还没有。基础底面是绝对光滑的（基础底面是绝对光滑的（，保，保 证竖向是主应力方向证竖向是主应力方向地基土为地基土为无重介质的假设：无重介质的假设：=0=0；忽略基底以上部分土本身的阻力忽略基底以上部分土本身的阻力,简化简化为上部均布荷载为上部均布荷载q=q=m mD D二二.普朗特尔普朗特尔-雷斯诺承载力公式雷斯诺承载力公式 1.基本条件基本条件9.3地基极限承载力的计算二二.普朗特尔普朗特尔-雷斯诺承载力公式雷斯诺承载力公式 2.滑裂面形状滑裂面形状9.3地基极限承载力的计算BEFBp实际地面实际地面DCIIIIIIr0r（1）朗肯主动区：pu为大主应 力，与水平方向夹角452（2）过度区：r=r0e tg（3）朗肯被动区：水平方向为大主应力，与水平方向夹角45-2（1 1）、）、I I 区区垂直应力垂直应力p pu u为大主应力，为大主应力，与水平方向夹角与水平方向夹角45452 2 =pu paPu（2 2）、）、III 区水平方向为大主应力，水平方向为大主应力，与水平方向夹角与水平方向夹角45-23=md 1 ppq=md（3 3）、）、II区：区：过度区过度区：极限平衡第二区：r=r0e tgr0r 作用在隔离作用在隔离体上的力：体上的力：pu、md、pa、pp、c、R所有力对所有力对A点点力矩平衡力矩平衡puR隔离体隔离体r0rApppamdc刚体极限平衡求极限承载力刚体极限平衡求极限承载力9.3地基极限承载力的计算刚性体平衡得到极限承载刚性体平衡得到极限承载力力pu Nq,Nc:承载力系数承载力系数9.3地基极限承载力的计算三、太沙基承载力公式1、基本条件2、假设的滑裂面形状3、极限承载力公式9.3地基极限承载力的计算1、基本条件（1）考虑地基土的自重）考虑地基土的自重 基底土的重量基底土的重量0（2）基底可以是粗糙的）基底可以是粗糙的 0=0（3）忽略基底以上部分土本身的阻力）忽略基底以上部分土本身的阻力,简化为上部均简化为上部均布荷载布荷载 q=mDD mD2、假设的滑裂面形状被动区过渡区刚性核Ep=Ep1+Ep2+Ep3 Wp uB3、考虑刚性核的平衡 荷载：荷载：p p u u 自重：自重：W W 粘聚力：粘聚力：C C 被动土压力被动土压力E Ep pEp1：土体自重Ep2：滑裂面上粘聚力Ep3：侧向荷载太沙基公式中的承载力因数 N、Nq、Nc查表9-5，以为变量比比普朗特普朗特-瑞斯纳承载力公式偏大瑞斯纳承载力公式偏大，因为考虑了基底摩擦和土体自重局部剪切破坏的情况下的简化法：局部剪切破坏的情况下的简化法：（1）取）取 、（2）根根据据 、查查得得 、，再再按按下下式式计计算极限承载力：算极限承载力：太沙基公式的其他应用方形基础（宽度为方形基础（宽度为B）整体剪切破坏整体剪切破坏 局部剪切破坏局部剪切破坏 对圆形基础（半径为对圆形基础（半径为B）整体剪切破坏整体剪切破坏 局部剪切破坏局部剪切破坏 对对宽宽度度 B，长长度度 L的的矩矩形形基基础础，可可按按 BL值值在在条条形形基基础础（BL0）和和方方形形基基础础（BLl）的的计计算算极极限限承载力之间用插入法求得。承载力之间用插入法求得。太沙基公式的其他应用四、魏西克（Vesic）解其中：魏西克承载力系数。考虑基础形状、埋深和荷载倾斜的影响：、基础形状影响因数、基础埋深影响因数、荷载倾斜因数五、汉森（Hanson）解其中：汉森承载力系数。考虑基础形状、埋深、荷载倾斜、地面倾斜、基地倾斜的影响：五、汉森（Hanson）解、基础形状影响因数、基础埋深影响因数、荷载倾斜因数、地面倾斜因数、基底倾斜因数极限承载力极限承载力p pu u的组成的组成 BN/2cNcDqNq极限承载力的三部分极限承载力的三部分滑动土体自重产生的抗力滑动土体自重产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力侧荷载侧荷载 D D产生的产生的抗力抗力9.4 9.4 按规范方法确定地基承载力按规范方法确定地基承载力地基容许承载力是指在建筑物荷载作用下，能够保证地基不发生失稳破坏、同时也不产生建筑物所不允许的变形时的最大基底压力。地基承载力仅与土的强度有关，随土体强度的增加而增加；而地基的允许承载力则不然，它的大小不仅与土体性质有关，而且还取决于建筑物或构筑物对变形的敏感程度及建筑物或构筑物的重要性；一一 设计承载力设计承载力 -地基承载力容许值地基承载力容许值极限承载力和容许承载力的区别极限承载力和容许承载力的区别极限承载力极限承载力pu 地基达到完全剪切破地基达到完全剪切破坏时的荷载坏时的荷载容许承载力容许承载力f f 同时满足强度和变同时满足强度和变形要求的荷载形要求的荷载9.4 9.4 按规范方法确定地基承载力按规范方法确定地基承载力9.4 9.4 按规范方法确定地基承载力按规范方法确定地基承载力二二 公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范根据试验结果确定承载力基本容许值根据试验结果确定承载力基本容许值f fa0a0将承载力基本值将承载力基本值f fa0a0修正得承载力容许值修正得承载力容许值f fk k1.现场试验法：载荷试验、标准贯入试验、静现场试验法：载荷试验、标准贯入试验、静力触探等。力触探等。比例界限比例界限p pcrcr当当p pu u2 2 p pcrcr时，取极限承载力一半时，取极限承载力一半渐变型曲线渐变型曲线s/b=0.010.015s/b=0.010.015低压缩性土低压缩性土s/b=0.02s/b=0.02高压缩性土高压缩性土9.4 9.4 按规范方法确定地基承载力按规范方法确定地基承载力二二 公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范根据地基土的分类名称和状态，从表中查根据地基土的分类名称和状态，从表中查得承载力基本容许值得承载力基本容许值f fa0a0将承载力基本值将承载力基本值f fa0a0修正得承载力容许值修正得承载力容许值f fk k2.根据经验确定承载力特征值根据经验确定承载力特征值9.4 9.4 按规范方法确定地基承载力按规范方法确定地基承载力二二 公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范容许承载力基本承载力宽度修正系数深度修正系数Db9.4 9.4 按规范方法确定地基承载力按规范方法确定地基承载力二二 建筑地基与基础设计规范建筑地基与基础设计规范1.现场试验法：载荷试验、标准贯入试现场试验法：载荷试验、标准贯入试验、静力触探等。要进行修正。验、静力触探等。要进行修正。9.4 9.4 按规范方法确定地基承载力按规范方法确定地基承载力二二 建筑地基与基础设计规范建筑地基与基础设计规范2.按理论公式进行计算按理论公式进行计算 要求较高：要求较高：f =Pcr 一般情况下：一般情况下：f =P1/4 或或 P1/3 或者：或者：用极限荷载计算：用极限荷载计算：f =Pu/Fs Fs-安全系安全系数数9.4 9.4 按规范方法确定地基承载力按规范方法确定地基承载力二二 建筑地基与基础设计规范建筑地基与基础设计规范3.规范公式计算法，不做宽度深度修正规范公式计算法，不做宽度深度修正一般自室外地面算起。一般自室外地面算起。在在填填方方整整平平地地区区，可可自自填填土土地地面面标标高高算算起起，但但填填土土在在上上部部结结构构施施工工后后完完成成时时，应应从从天天然然地地面面标高算起。标高算起。室内设计地面室内设计地面天然地面天然地面d室内设计地面室内设计地面天然地面天然地面d室外设计地面室外设计地面此填土在上部结构此填土在上部结构施工前完成时施工前完成时d此填土在上部结构此填土在上部结构施工后完成时施工后完成时基础埋深基础埋深d dd钢筋砼素砼或构造配筋砼地面d对对于于地地下下室室，如如采采用用箱箱形形基基础础或或筏筏基基时时，基基础础埋埋置置深深度度自自室室外外地地面面标标高高算算起起；如如果果采采用用独独立立基基础础或或条条形形基基础础时时，应应从从室室内地面标高算起。内地面标高算起。韩愈韩愈进学解进学解谢谢！谢谢！考核及成绩考核及成绩期末考试：期末考试：75试验：试验：15（预习操作报告）（预习操作报告）课堂表现及作业：课堂表现及作业：10 考试有关问题考试类型考试类型填空（填空（15分）分）选择（选择（15分）分）名词解释或简答（名词解释或简答（10分）分）计算题（计算题（60分）分）考试时间考试时间15周星期一早上周星期一早上8时时 N333 N335