土力學(xué)第6章地基承載力.ppt

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地基變形指豎向變形（地基沉降）以及由此產(chǎn)生的地基橫向變形。,第一節(jié)地基的變形與穩(wěn)定,地基穩(wěn)定是指在環(huán)境條件及力場(chǎng)條件變化的情況下，能夠保持原來(lái)的存在狀態(tài)，否則就稱(chēng)為失穩(wěn)。巖土界把地基的強(qiáng)度（抗剪強(qiáng)度）破壞稱(chēng)為失穩(wěn)。,地基失穩(wěn)的基本形式：,,整體剪切破壞局部剪切破壞沖切破壞,整體剪切破壞,a.p-s曲線(xiàn)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，如s-p曲線(xiàn)中的Ⅰ線(xiàn),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,對(duì)于壓縮性比較小的地基土如比較密實(shí)的砂類(lèi)土和堅(jiān)硬程度中等以上的粘土中，一般會(huì)出現(xiàn)整體剪切破壞。,局部剪切破壞,a.p-s曲線(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，沒(méi)有明顯的直線(xiàn)段，如前圖中的s-p曲線(xiàn)中的Ⅱ線(xiàn),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,沖切破壞,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(xiàn)沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，如前圖中的s-p曲線(xiàn)中的Ⅱ線(xiàn),壓縮性較大的松砂、一般粘性土等，易出現(xiàn)局部剪切破壞。,飽和軟粘土、松的粉砂、細(xì)砂、濕限性黃土和新填土等，常出現(xiàn)沖切破壞,影響地基破壞形式的因素,基礎(chǔ)的形狀，地基的壓縮性特征，基礎(chǔ)埋深，荷載大小、性質(zhì)，加荷方式、速度，應(yīng)力水平，應(yīng)力路徑等。,右圖中，pcr稱(chēng)為臨塑荷載，即直線(xiàn)段(彈性)的結(jié)束，曲線(xiàn)段（彈塑性）的開(kāi)始；pu稱(chēng)為極限荷載，即曲線(xiàn)段的結(jié)束，陡降段的開(kāi)始。,第二節(jié)地基的臨塑荷載和有限塑性區(qū)深度承載力,右圖為壓縮性小的地基上荷載試驗(yàn)得到的e-p曲線(xiàn)。曲線(xiàn)上第一階段Oa段基本呈直線(xiàn)-彈性階段；第二階段ab段呈典型的曲線(xiàn)，土處于彈塑性階段；第三階段即b點(diǎn)以下呈陡降段，變形急劇增加，表明已破壞。,A點(diǎn)為第一階段末尾，稱(chēng)為比例極限，對(duì)應(yīng)于臨塑荷載pcr；,如果允許一定范圍的彈塑性區(qū)，則將與此相對(duì)應(yīng)的荷載稱(chēng)為有限塑性區(qū)深度荷載；,如果荷載繼續(xù)增加，到一定規(guī)模時(shí)必然導(dǎo)致整體剪切破壞，故，b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載稱(chēng)為極限荷載。,第二節(jié)地基的臨塑荷載和有限塑性區(qū)深度承載力,臨塑荷載也稱(chēng)為比例極限荷載或容許承載力,臨塑荷載的求解—推導(dǎo),右圖所示為條形基礎(chǔ)、均布荷載基底下任一點(diǎn)處的附加應(yīng)力狀態(tài)。對(duì)M點(diǎn)有,,見(jiàn)公式（3.6.9）,M點(diǎn)總應(yīng)力是附加應(yīng)力和自重應(yīng)力之和，若側(cè)壓力系數(shù)為1，則上式可寫(xiě)成,,在極限平衡或臨塑狀態(tài)時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足庫(kù)侖—莫爾極限平衡條件—臨塑條件,見(jiàn)式（5.3.8）,上面兩式結(jié)合起來(lái)，并考慮到p0=p-γd可得到,式中，z為塑性區(qū)域的深度,為獲得z的最大值，取z對(duì)β0的導(dǎo)數(shù)，,若令上式等于0，,,,,zmax代表地基中處于彈塑性狀態(tài)或進(jìn)入塑性區(qū)的最大深度,當(dāng)zmax=0時(shí)稱(chēng)為臨塑狀態(tài)，如圖中的a點(diǎn)，據(jù)此可以求出其中的p即為臨塑荷載，可以用pcr表示。,有效塑性區(qū)深度荷載：,工程上允許地基從頂不向下在一定深度內(nèi)進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，可以提高地基承載力。那么在中心荷載下可以允許對(duì)于小偏心荷載作用下可以允許的p值對(duì)應(yīng)于,有限塑性區(qū)深度荷載在設(shè)計(jì)中采用的形式：,,式中，Mγ，Md，Mc為關(guān)于摩擦角的函數(shù)。,臨塑荷載使用中需注意的問(wèn)題,1.公式推導(dǎo)是來(lái)自條形基礎(chǔ)，若用于方形、圓形等基礎(chǔ)時(shí)，偏于安全。,2.公式推導(dǎo)是基于中心垂直均布荷載推導(dǎo)的，因此不適合偏心的和傾斜荷載。,3.公式推導(dǎo)中假定任意深處各方向上的應(yīng)力相等，不符合實(shí)際。,普朗特的基本假設(shè)：（1）地基土是均勻，各向同性的。（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。,第三節(jié)普朗特地基極限承載力,普朗特極限承載力理論,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＋?/2,Ⅱ區(qū)：普朗特區(qū)，邊界是對(duì)數(shù)螺線(xiàn),Ⅲ區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)，?1水平向，破裂面與水平面成45o－?/2,,不考慮土的自重和基礎(chǔ)埋深時(shí)，得到,式中，為地基極限承載力因數(shù)；c為土的內(nèi)聚力。,賴(lài)斯納改進(jìn)了普朗特假設(shè)后得到淺基礎(chǔ)地基極限承載力,式中，為地基極限承載力因數(shù)；c為土的內(nèi)聚力。,若考慮滑動(dòng)范圍內(nèi)土自重的影響，可采用,式中γ為地基土的重度，b為基底寬度，Nγ為考慮土自重時(shí)的地基極限承載力系數(shù)。,對(duì)Nγ的求解，普朗特給出了表達(dá)式,其他學(xué)者也相繼給出計(jì)算公式，但尤以魏希克（Vesic）提出的公式更有代表性：,式中,關(guān)于基礎(chǔ)形狀的修正,第四節(jié)對(duì)普朗特理論的修正補(bǔ)充,對(duì)不同形狀基礎(chǔ)，采用修正系數(shù),矩形基礎(chǔ),條形基礎(chǔ),,,偏心荷載時(shí)地基極限承載力降低。,魏西克建議的傾斜因數(shù)為,修正原理：把偏心變?yōu)橹行暮奢d，如條形基礎(chǔ)寬為b，偏心距為e，則修改后的基底寬度變?yōu)?荷載偏心和傾斜作用的修正因數(shù),如矩形基礎(chǔ)長(zhǎng)、寬為l、b，可能存在雙偏心，通過(guò)在l，b上處理，得到修改的基底長(zhǎng)，寬為,,式中p，T為傾斜荷載的垂直和水平分量，m為b,l的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系,漢森極限承載力公式,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),基礎(chǔ)埋置深度的修正因數(shù),普朗特假設(shè)忽略了基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)土的抗剪強(qiáng)度的作用。前式只適合淺埋基礎(chǔ)，而不適合深埋基礎(chǔ)。,增加埋深同樣可以提高地基的承載力。由于埋深增加，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)提高軟粘土地基的穩(wěn)定性和減少沉降均有明顯效果，常被采用，但基礎(chǔ)埋深太深，基礎(chǔ)開(kāi)挖也愈困難。,漢森和魏西克建議的修正系數(shù),,,修正后的計(jì)算公式,,飽和軟粘土地基的極限承載力,飽和軟粘土內(nèi)摩擦角趨近于0，故經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，得到,上式適合于飽和軟粘土地基條形基礎(chǔ)，而對(duì)于矩形基礎(chǔ),上式也適合于飽和軟粘土地基圓形和方形基礎(chǔ),,,,地基滑動(dòng)的影響深度和寬度,按照?qǐng)D6.3.1模型來(lái)計(jì)算地基滑動(dòng)的影響寬度和最大影響深度,地基滑動(dòng)在基礎(chǔ)一側(cè)的影響寬度,地基滑動(dòng)的最大影響深度,,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)。,第五節(jié)太沙基地基極限承載力,基本假設(shè)：均質(zhì)，條形地基、淺埋基礎(chǔ)，受中心垂直荷載作用,與普朗特模型的區(qū)別：,因?yàn)棰駞^(qū)達(dá)不到極限平衡狀態(tài)，故圖中取。,Ⅰ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(xiàn),Ⅲ區(qū)：被動(dòng)朗肯區(qū)，?1水平向，破裂面與水平面成45o－?/2,第五節(jié)太沙基地基極限承載力,太沙基理論的極限承載力公式—整體剪切破壞,其中，Nr、Nq、Nc為承載力系數(shù)，均為?的函數(shù)，可以根據(jù)下面表達(dá)式得到,上式適用于條形基礎(chǔ)整體剪切破壞情況。,Nγ由試湊法來(lái)獲得，見(jiàn)圖。,承載力因數(shù)值,地基承載力因數(shù)也可由表查得,其中，Nr?、Nq?、Nc?為局部剪切破壞或沖切破壞時(shí)承載力系數(shù)，也可以根據(jù)相關(guān)曲線(xiàn)得到,太沙基理論的極限承載力公式—局部剪切破壞或沖切破壞,或者仍可采用（6.5.1式），但需將將c和tan?均降低1/3，變?yōu)?方形基礎(chǔ),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),對(duì)于矩形基礎(chǔ)，可在方形基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)之間進(jìn)行插入。,太沙基模型計(jì)算時(shí)在基礎(chǔ)一側(cè)的影響寬度,太沙基模型計(jì)算時(shí)在基礎(chǔ)一側(cè)的最大影響深度,例題6—1,第六節(jié)按建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范確定地基承載力,我國(guó)《地基基礎(chǔ)規(guī)范》給出了各種常見(jiàn)土的地基承載力。,確立地基容許承載力的三個(gè)層次（階段）,,地基基本承載力f0,地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值fk,地基承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算值f,根據(jù)土的指標(biāo)查出,從大量資料，數(shù)據(jù)中進(jìn)行概率分析，找出可靠的,結(jié)合實(shí)際情況求得,第一層次,第一層次,第一層次,地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值fk的確定,Ψf為回歸修正系數(shù)，可按下式求得,或,δ為變差系數(shù)或變異系數(shù),,利用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)，同樣也有可靠性校正的問(wèn)題。,利用原位測(cè)試的指標(biāo)時(shí)，可以直接作為可靠性指標(biāo)。,地基承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算值f的確定,第七節(jié)按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的地基承載力,—現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn),目的：確定地基承載力和變形模量。,適用對(duì)象：天然地基、人工地基、樁基。,試驗(yàn)過(guò)程中注意事項(xiàng)：,,加荷時(shí)要注意分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和觀(guān)測(cè)時(shí)間,實(shí)驗(yàn)終止的判定：,過(guò)程中發(fā)現(xiàn)承壓板周?chē)孛媛∑?，出現(xiàn)裂縫；沉降突然急劇增大；24小時(shí)內(nèi)荷載不變而沉降等速增加；s/b≥0.8；試驗(yàn)加荷壓力大于設(shè)計(jì)荷載的兩倍。,按荷載試驗(yàn)成果確定地基承載力,（a）低壓縮性土（b）高壓縮性土,p—s曲線(xiàn)的特征,低壓縮性土：前有明顯直線(xiàn)段，后邊明顯陡降；適用于中等強(qiáng)度以上的地基土；P1稱(chēng)為地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值，或臨塑荷載。,高壓縮性土：前期沒(méi)有明顯直線(xiàn)段，后邊緩慢下降；適用于松砂和軟土地基；實(shí)際經(jīng)常取s/b=0.02或s/b=0.015對(duì)應(yīng)的荷載為地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值。,實(shí)際中，若承壓板下和實(shí)際基底處的附加應(yīng)力相同且地基是均勻的，則它們的沉降量與各自寬度的比值s/b大致相等。,利用荷載試驗(yàn)資料求地基變形模量,式中，b為荷載板的寬度或直徑，ω為荷載板的形狀系數(shù)。,計(jì)算地基沉降時(shí)可以采用多個(gè)模量，而各種指標(biāo)的選擇及和實(shí)測(cè)曲線(xiàn)的吻合情況，不盡相同（見(jiàn)圖）。,在資料整理和分析時(shí)對(duì)不同類(lèi)型p-s曲線(xiàn)均涉及回歸校正的問(wèn)題。,荷載試驗(yàn)p-s曲線(xiàn)和三種模量計(jì)算結(jié)果的比較,第八節(jié)水平荷載作用下地基的承載力,—地震作用力,—強(qiáng)風(fēng)力,—擋水結(jié)構(gòu)上的水壓力,—河流沖刷力,—海浪沖擊力,—車(chē)輛產(chǎn)生的水平荷載,—其它水平荷載,地基受水平荷載作用的情況,地基、基礎(chǔ)在水平荷載作用下的驗(yàn)算,海上采油平臺(tái)地基水平穩(wěn)定性驗(yàn)算,帶抗滑樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性驗(yàn)算,地基的穩(wěn)定性驗(yàn)算,驗(yàn)算方式：針對(duì)力或力矩的平衡關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)算，并給出適當(dāng)?shù)陌踩取?,pHf為地基破壞時(shí)的水平荷載，A為基底面積，F(xiàn)v為作用在地基上的豎向荷載。,見(jiàn)下頁(yè)圖,式中pp為被動(dòng)土壓力，pv為基礎(chǔ)上豎直壓力，p1為樁的抗滑力。,加抗滑樁的基礎(chǔ),安全系數(shù)：,假定為圓弧滑動(dòng)，阻滑力為滑動(dòng)面上的摩阻力和地基粘聚力，滑動(dòng)力為水平荷載。因此，地基抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)為,式中，Mr和Ms分別為阻滑力矩和滑動(dòng)力矩。,