土力学1-第8章地基承载力.ppt

第八章 江苏大学土木工程系 地基承载力 苗永红国家注册土木工程师 8 1概述8 2临塑荷载和临界荷载8 3极限承载力计算8 4地基承载力的确定方法 本章目录 8 1概述 建筑物地基设计的基本要求 稳定要求 荷载小于承载力 抗力 变形要求 变形小于设计允许值S S 与土的强度有关 与土的压缩性有关 地基承载力 沉降计算 分层总和法 8 1概述 加拿大特朗斯康谷仓 事故 1913年9月装谷物 10月17日装了31822 谷物时 1小时竖向沉降达30 5cm24小时倾斜26 53 西端下沉7 32m东端上抬1 52m上部钢混筒仓完好无损 概况 长59 4m 宽23 5m 高31 0m 共65个圆筒仓 钢混筏板基础 厚61cm 埋深3 66m 1911年动工 1913年完工 自重20000T 8 1概述 在粘土地基上的某谷仓地基破坏情况 8 1概述 1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆 8 1概述 水泥仓地基的整体破坏 8 1概述 承载力的概念 地基承受荷载的能力 数值上用地基单位面积上所能承受的荷载来表示 极限承载力 地基承受荷载的极限能力 数值上等于地基所能承受的最大荷载 容许承载力 保留足够安全储备 且满足一定变形要求的承载力 也即能够保证建筑物正常使用所要求的地基承载力 承载力设计值 特征值 现场试验确定地基承载力 载荷试验 旁压试验 8 1概述 8 1概述 载荷板 千斤顶 百分表 8 1概述 1 2 3 比例界限 极限荷载 Pcr Pu 阶段1 弹性段 阶段2 局部塑性区 阶段3 完全破坏段 P S曲线 8 1概述 临塑荷载 1分级加载 分级不少于8级 每级沉降稳定后再进行下一级加载 说明 当出现下列情况之一时 可终止加载 8 1概述 终止加载标准 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 1承压板周围的土明显侧向挤出 2沉降s急骤增大 荷载 沉降 p s 曲线出现陡降段 2Pu取值 满足终止加载标准 破坏标准 的某级荷载的上一级荷载作为极限荷载 3在某一荷载下 24小时内沉降速率不能达到稳定 4沉降量与承压板宽度或直径之比 0 06 8 1概述 3冲剪破坏 1整体破坏 土质坚实 基础埋深浅 曲线开始近直线 随后沉降陡增 两侧土体隆起 2局部剪切破坏 松软地基 埋深较大 曲线开始就是非线性 没有明显的骤降段 松软地基 埋深较大 荷载板几乎是垂直下切 两侧无土体隆起 1 2 3 8 1概述 1 3 2 1整体剪切破坏 2局部剪切破坏 3冲剪破坏 8 1概述 软粘土上的密砂地基的冲剪破坏 8 2临塑荷载与临界荷载 临塑荷载 2 局部塑性区 1 弹性阶段 地基处于弹性阶段与局部塑性阶段界限状态时对应的荷载 此时地基中任一点都未达到塑性状态 但即将达到 土力学 第298页 8 2临塑荷载与临界荷载 临塑荷载与临界荷载计算 条形基础 q 0d p 2 z M 自重应力 s1 0d z s3 k0 0d z 设k0 1 0 合力 附加应力 B 8 2临塑荷载与临界荷载 极限平衡条件 将 1 3的解代入极限平衡条件 得到 8 2临塑荷载与临界荷载 由z与 的单值关系可求出z的极值 Zmax 0 pcr 0dNq cNc 临塑荷载 其中 8 2临塑荷载与临界荷载 Zmax B 4或B 3 p1 4 BN1 4 0dNq cNc 临界荷载 p1 3 BN1 3 0dNq cNc 其中 8 2临塑荷载与临界荷载 各种临界荷载的承载力系数 8 2临塑荷载与临界荷载 特例 将 1 3的解代入极限平衡条件 得到 0时 极限平衡条件 即 时地基不会出现塑性区 8 2临塑荷载与临界荷载 2 2时右端为最小 pcr 0d c p1 4 p1 3 pcr 0d c 临塑荷载 此时其轨迹为以基底为直径的一个圆弧 临界荷载 0时特例 8 2临塑荷载与临界荷载 讨论 3公式来源于条形基础 但用于矩形基础时是偏于安全的 1公式推导中假定k0 1 0与实际不符 但使问题得以简化 2计算临界荷载p1 4 p1 3时土中已出现塑性区 此时仍按弹性理论计算土中应力 在理论上是矛盾的 8 2临塑荷载与临界荷载 讨论 续 B d增大 p1 4 p1 3增大 c 增大 外因 内因 临界荷载 pcr 0dNq cNc 临塑荷载 B的变化对pcr没有影响 特例 0时B的变化对p1 4 p1 3没有影响 8 3极限承载力计算 8 3 1普朗德尔 瑞斯纳公式8 3 2太沙基公式8 3 3斯凯普顿公式8 3 4汉森公式8 3 5极限承载力的影响因素 主要内容 极限承载力也可称作极限荷载 8 3极限承载力计算 假定 8 3 1普朗德尔 瑞斯纳公式 概述 普朗德尔 Prandtl 1920 利用塑性力学针对无埋深条形基础得到极限承载力的理论解 雷斯诺 Reissner 1924 将其推广到有埋深的情况 1基底以下土 0 2基底完全光滑 3埋深d B 底宽 8 3极限承载力计算 利用塑性力学的滑移线场理论 d pu 8 3极限承载力计算 1朗肯主动区 pu为大主应力 AC与水平向夹角45 2 2过渡区 r r0e tg 3朗肯被动区 水平方向为大主应力 EF与水平向夹角45 2 8 3极限承载力计算 pu pu pa I区 8 3极限承载力计算 III区 0d 3 0d 1 pp 8 3极限承载力计算 r0 r pu pp pa 0d c R 隔离体分析 A 8 3极限承载力计算 普朗德尔 瑞斯纳 Prandtl Reissner 极限承载力 特例 0时pu 0d 2 c 8 3极限承载力计算 基本条件 8 3 2太沙基 Terzaghi 公式 1考虑基底以下土的自重 2基底完全粗糙 3忽略基底以上土体本身的阻力 简化为上覆均布荷载q 0d 8 3极限承载力计算 被动区 过渡区 刚性核 太沙基 Terzaghi 极限承载力示意 8 3极限承载力计算 pu 90 45 2 基底完全粗糙 q 0d 8 3极限承载力计算 刚性核分析 pu Ep W Ep 基底完全粗糙时 B 8 3极限承载力计算 Ep Ep1 Ep2 Ep3 Ep1 土体自重产生的抗力Ep2 滑裂面上粘聚力产生的抗力Ep3 侧荷载q 0d产生的抗力 被动土压力Ep 8 3极限承载力计算 Terzaghi极限承载力公式 说明 可近似推广到圆形 方形基础 及局部剪切破坏情况 N Nq Nc 承载力系数 只取决于 8 3极限承载力计算 圆形基础 方形基础 局部剪切 圆形基础的直径 8 3极限承载力计算 滑动土体自重产生的抗力 侧荷载 0d产生的抗力 滑裂面上的粘聚力产生的抗力 极限承载力pu的组成 8 3极限承载力计算 对于饱和软粘土地基 0 8 3 3斯凯普顿 Skempton 公式 条形基础下 普朗德尔 瑞斯纳公式的特例 矩形基础下 斯凯普顿公式 8 3极限承载力计算 在原有极限承载力公式上修正 8 3 4汉森 Hansen 公式 基础形状修正 深度修正 荷载倾斜修正 地面倾斜修正 基底倾斜修正 8 3极限承载力计算 其它公式 梅耶霍夫 Meyerhof 公式 基底粗糙 考虑基底以上的土的抗剪强度 对数螺旋线滑裂面 4 3极限承载力计算 8 3 5极限承载力的影响因素 一般公式 B d增大 Pu增大 c 增大 外因 内因 8 3极限承载力计算 饱和软粘土地基 0 条形基础下 特例 B的变化对Pu没有影响 8 4地基承载力的确定方法 极限承载力 承载力 容许承载力 承载力特征值 设计值 通常所说的承载力指容许承载力 已学习内容 关于浅基础 临界荷载P1 4 P1 3 临塑荷载Pcr 极限荷载Pu 极限承载力 普朗德尔 瑞斯纳公式 太沙基公式 斯凯普顿公式 汉森公式 8 4地基承载力的确定方法 问题 如何确定容许承载力 8 4地基承载力的确定方法 承载力f的确定办法 1通过公式计算 要求较高 f Pcr 一般情况下 f P1 4或P1 3 在中国取P1 4 或者 用极限荷载计算 f Pu K K 安全系数 太沙基 K 3 0 斯凯普顿 K 1 1 1 5 汉森公式 K 2 0 K 8 4地基承载力的确定方法 我国规范中取 fa Mb b Md md Mcck 1 建筑地基基础设计规范 GBJ7 89 2 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 fa 承载力特征值 设计值 以临界荷载P1 4为理论基础 Mb Md Mc 承载力系数 与内摩擦角 k有关 b 基底宽度 大于6m按6m取值 对于砂土小于3m按3m取值 ck 基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值 k 基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值 8 4地基承载力的确定方法 2通过载荷试验确定 有明显直线段 fak Pcr 加载到破坏且Pu 2 Pcr 不能满足上述要求时 fak Pu 2 取某一沉降量对应的荷载 但其值不能大于最大加载量的一半 8 4地基承载力的确定方法 fa fak b b 3 d m d 0 5 进行深度和宽度修正 fak 承载力特征值 标准值 fa 深宽修正后的承载力特征值 设计值 b d 宽度和深度修正系数 基底下土的重度 地下水位以下取浮重度 m 基底以上土的加权平均重度 地下水位以下取浮重度 b 基底宽度 m 大于6m按6m取值 小于3m按3m取值 d 基础埋深 m 8 4地基承载力的确定方法 3通过经验确定 GB50007 2002规范 从其他原位测试 经验值等方法确定 注意 经验方法得到的承载力特征值也要进行深度和宽度修正 本章所学习内容 临界荷载P1 4 P1 3 临塑荷载Pcr 极限荷载Pu 极限承载力 普朗德尔 瑞斯纳公式 太沙基公式 斯凯普顿公式 汉森公式 极限承载力 承载力 容许承载力 承载力特征值 设计值 1通过公式计算 2通过载荷试验确定 3通过经验确定 需要经过深度和宽度修正 原则 掌握公式理论基础 结合实际问题认真分析 恰当应用 建筑在斜坡上时 稳定验算 水平荷载比较大时