土力学第六章 天然地基承载力

第六章 天然地基承载力第六章 天然地基承载力引言结合第四章的铁道校区的主教学楼案例，启发学生引出地基承载力的计算问题，进一步引出一下概念：天然地基、人工地基、地基承载力、极限承载力、容许承载力。 6.1 地基的破坏形态一、地基破坏的三种形态1整体剪切破坏(general shear failure)基底剪切破坏面与地面贯通，形成一弧形滑动面。密实砂土，基础埋深很浅；或饱和粘土，荷载急速增加的情况下，极易造成整体剪切破坏。2局部剪切破坏(local shear failure)地基中剪切面延伸到一定位置，未扩展到地面。一般性粘土或中密砂土，基础埋深较浅；或基础埋深较大时，无论是砂性土或粘性土地基，最常见的破坏形态是局部剪切破坏。 图6.1 整体剪切破坏 图6.2 局部剪切破坏3冲切破坏(punching shear failure)松砂或其它松散结构的土，易造成冲切破坏。基础边形成的剪切破坏面垂直向下的发展。备 注采用设问法，引出本章要研究的内容。注意三种地基破坏形态的破坏面对比，PS曲线对比。图6.3 冲切破坏第一种在理论上研究较多；第三种在理论上研究得很少，因为作为建筑物地基，很少选择在松砂或其它松散结构的土层上，故无研究必要；第二种破坏形态在天然地基中经常遇到，其理论工作在前一阶段进展较慢，近年来研究已有了突破性进展。二、地基变形的三个阶段地基的变形可分为三个阶段：1. 当P Pa 时，为弹性变形阶段；2. 当Pa P Pk 时，为塑性变形阶段。三、确定地基容许承载力的方法1. 按控制地基中塑性区开展深度的方法。只要地基中塑性区的开展深度小于某一界限值，地基就具有足够的安全储备。2. 按理论公式推求地基的极限荷载Pk再除以安全系数的方法。3. 按规范提供的经验公式确定地基的容许承载力。4. 按原位测试的方法确定地基的容许承载力。备 注介绍冲切破坏研究的进展情况。结合整体剪切破坏的PS曲线对比，介绍后面几节的内容是围绕这四种方法讲解。 6.2 地基临塑压力一、地基临塑压力当地基土中仅个别12个点的应力达到极限平衡时，基底压力称为临塑压力(critical edge pressure)。二、理论公式推导过程1. 计算图式图6.4临塑压力计算图式2. 推导过程 条形基础下任一点N的是由引起的大小主应力和 （6-1） 土体自重在N点产生的应力s1、s3s1 = g (H+Z)s3 = K0 s1 = K0 (H+Z) 为简化计算，假设K0=1，相当于静水压力的受力状态。 备 注采用设问法，师生互动，推导时围绕土中一点的极限平衡方程。 假定N点达到了极限平衡，将s1、s3代入极限平衡方程得： 由上式求得N点的深度： Z = 塑性区的最大深度Zmax 由，得到= =0 y=p/2 -j Zmax = 临塑压力pa。当Zmax=0时，求得pa=0得： 当j=0时，pa=cp+gH所以pa当j=0，H=0时（即地基在表面荷载作用下）： Pa=cp备 注讨论：临塑压力与那些因素有关？为什么与基础宽度无关？ 6.3 浅基础地基极限承载力的近似解一、普朗德尔的极限承载力理论1.计算图式图6.5 破坏图式2基本假设（1）基底光滑，剪应力为零；（2）地基土自重为零，即g=0，c0、q00，算出地基极限压力；3. 计算（1）极限平衡区sa=ob=on-bn=on-nn1=s1-(pi+s1)sinf=pk-(pi+pk)sinf=pk(1-sinf)-pisinf 式中pi=c.ctgf，sa与深度无关，它在BC上的分布为常数。（2）极限平衡区sp=ob=om+mb=om+mm1=s3+(pi+s3)sinf= =q0(1+sinf)+pisinf sp与深度无关，它在BE上的分布为常数。（3）过渡区对数螺旋线的表达式为：备 注首先介绍本节的公式推导思路，分三步走，循循善诱，娓娓道来。详细讲解计算图式。围绕摩尔应力园讲解。法向应力sa对B的力矩为；法向应力sb对B的力矩为；对数螺旋线上的粘聚力对B点的力矩为由于扇形土楔体无自重，由MB=0得 式中 ， 式中： 二、 魏西克的极限承载力理论魏西克在Prandtl的基础上作了修正和发展。假定地基无粘聚力，又无过载，即c=0、q0=0、g0，算出另一极限压力。三、浅基础地基极限承载力对于一般地基，g0、0、q00，极限压力为： 当基础形状改变、荷载出现偏心或倾斜时，按下式计算备 注围绕扇形土楔体的静力平衡讲解。讨论：当地基土的c=0，H=0时，地基的极限承载力为零，这是否合理？分析产生的原因？ 6.4 按规范确定地基承载力一、桥规规定的地基容许承载力容许承载力：系指在保证地基稳定（不破坏）的条件下，建筑物的沉降量不超过容许值的地基承载力，以s表示，它相当于s=pk /K （K 1）。地基基本容许承载力：基础宽度b2米，埋置深度H3米时地基的容许承载力。1 求基本容许承载力 从有关表中直接查到地基基本容许承载力。（1） 粘性土 Q4冲（洪）积粘性土的s0主要由IL和e查表； Q3或以前的冲（洪）积粘性土或半干硬状态粘性土，由ES查表；残积粘性土的s0也由ES查表。（2）砂性土砂性土由砂土名称、密实度及湿度查表。（3）碎石类土由碎石类土的名称及密实度查表。（4）岩石地基由岩石名称、节理发育程度和节理宽度查表。2 考虑基础深度、宽度影响而提高地基承载力式中H基础埋深（m），不受水流冲刷者，由天然地面算起；受水流冲刷者，由一般冲刷线算起；位于挖方内，由开挖后地面算起；b基础宽度（m），当b大于10米时，按10米计算；k1、k2宽度、深度修正系数，按基底以下持力层土的类型决定；g1基底以下持力层土的天然容重；g2基底以上土的天然容重。注 意：（1） 若基础（或部分）在水面以下，且基底以下持力层为透水者，则基底以上浸没在水中的土层不论是否透水，g2取浮容重。（2） 若持力层为不透水者，故不论基底以上土是否透水，g2取饱和容重。（3） 对于稍松砂土和松散的碎石类土地基，k1、k2值可取中密值的50%。3 软土地基容许承载力 s = 5.14cu 对于小桥和涵洞基础，亦可采用 s =备 注简述按规范确定地基承载力的由来。详细阐述公式各参数的取值及其代表的意义。基底以上为多层土时，g2如何取值？修建在水中的基础，持力层又是不透水土，水深每高1米，s可增加10kPa，为什么？式中 m安全系数，视软土灵敏度及建筑物对变形要求选用（1.52.5）；cu不排水剪切强度（kPa）；g2基底以上土的容重；H基础埋深；二、按建规确定地基承载力按照数理统计方法处理，按照土的性能指标平均值查得承载力基本值，乘上修正系数，得到承载力标准值。 式中 回归修正系数 式中 n测试样本数； d变异系数，当承载力表具有两个指标，则采用综合变异系数其中 d1第一指标变异系数；d2第二指标变异系数；x第二指标折减系数。1. 由土的物理力学指标确定承载力基本值2. 由标准贯入试验和轻便动力触探试验确定承载力标准值3. 承载力设计值f的计算式中 、基础宽度、深度修正系数，按基底下土的类型查表6-22；h基础埋深（m），一般自室外地面算起；b基础宽度（m），b6m，取6m； g基底以下土的天然容重； g0基底以上土的加权平均容重； 备 注与桥规承载力公式对比 6.5 原位测试确定地基承载力一、荷载试验(plate loading test)：直接测试方法，相当于在原位进行地基和基础的模拟是试验。地基破坏的判定 （1） 明显侧向挤出或发生裂纹；（2） 荷载增量很小，沉降急剧增加；（3） 某级荷载增量下，24小时内沉降不能稳定； （4） s/b0.06二、静力触探试验(cone penetration test，CPT)；三、动力触探试验(dynamic penetration test)；轻型10 kg，50cm落距，贯入深度30cm的锤击数N10。重型63.5 kg，76cm落距，贯入深度10cm的锤击数N63.5。超重型120 kg，100cm落距，贯入深度10cm的锤击数N120。四、标准贯入试验(standard penetration test)；五、旁压试验(pressure meter test，PMT)；六、十字板试验(vane shear test)。备 注结合自己的现场试验讲解。administrative leadership of the criticism, resulting in serious consequences, the pursuit of leadership, along with 500-1000 punishment. (5) significant near miss should be attempted as the case of responsible for the accident and construction team injuries accident penalty provisions, mutatis mutandis. Eight, should perform in the construction standards and specifications, serial number a 1 GB3323-2005 steel fusion welded butt joints, welding engineering-Ray lighting and quality rating of 2 GB11345-89 steel welds manual methods of ultrasonic inspection and testing results for grade 3 GB50236-2002 industrial pipe welding engineering code for construction and acceptance of field equipment 4 HGJ222-92 technical specification for welding of aluminium and its alloys 5 low temperature steel welding procedure 6 SH3525-2004 petrochemical JB/ T4708-2000 of welding procedure qualification for steel pressure vessels 7 JB/4709-2000 8 JB4730-2005 pressure vessel welding procedures of steel pressure vessel NDT 9 JB/T4744-2000 steel pressure vessel products mechanical properties test of welded plate II, mechanical equipment installation engineering 1 GB150-98 2 GB50128-2005 vertical cylindrical steel pressure vessel steel welded tank code for construction and acceptance of 3 JB/ T4735-1997 steel welded atmospheric pressure vessel 4 GB50231-2009 mechanical equipment installation engineering construction and acceptance specification for 5 GB50275-98 compressor, fan and pump installation engineering construction and acceptance specification for lifting 69