第09章地基承载力.ppt

,第九章 地基承载力,主要内容：,§9.1 概述 §9.2 地基的临塑荷载和临界荷载 §9.3 地基极限承载力的计算 §9.4 规范确定地基承载力方法,§9.1 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。,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,一、地基承载力定义,二、 地基破坏的模式,试验研究表明，有三种破坏形式： 1.整体破坏 （密实砂土，坚硬粘土） 2.局部剪切破坏 （土质较软） 3.冲剪破坏 （软粘土，深埋）,§9.1 概述,1).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。,§9.1 概述,1).整体破坏三个阶段,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,1.弹性压密阶段,1).整体破坏三个阶段,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，随荷载增大，塑性区逐渐扩大,§9.1 概述,2.塑性变形阶段,1).整体破坏三个阶段,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,§9.1 概述,3.破坏阶段,2).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,3).冲剪破坏,特征：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，破坏时地基中基础好象“刺人”土层，不出现明显的破坏区和滑动面，基础没有明显的倾斜,§9.1 概述,§9.1 概述,三、确定地基承载力的方法,载荷试验确定,§9.1 概述,三、确定地基承载力的方法,载荷试验确定 理论公式计算 设计规范确定,临塑荷载和临界荷载的确定,极限承载力的确定,一、荷载沉降曲线,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,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:,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:,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：,M点的自重应力： c=m d + z cx=k0 ( md + z),均布条形荷载,合力： 1， 3 设k0 =1.0,§9.2 地基的临塑荷载和临界荷载,弹性区的附加应力：,弹性区的合力,极限平衡条件：,§9.2 地基的临塑荷载和临界荷载,塑性区的计算,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,塑性区的最大深度Zmax,§9.2 地基的临塑荷载和临界荷载,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,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,§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（，保 证竖向是主应力方向 地基土为无重介质的假设：=0； 忽略基底以上部分土本身的阻力,简化为上部均布荷载q= mD,二.普朗特尔-雷斯诺承载力公式 1.基本条件,§9.3 地基极限承载力的计算,二.普朗特尔-雷斯诺承载力公式 2. 滑裂面形状,§9.3 地基极限承载力的计算,（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）、I 区,垂直应力pu为大主应力， 与水平方向夹角452,（2）、 III 区,水平方向为大主应力， 与水平方向夹角45- 2,3= md,1 pp,q =md,（3）、 II区： 过度区：,极限平衡 第二区： r=r0e tg,作用在隔离体上的力： pu 、 md 、 pa 、 pp 、 c、R 所有力对A点力矩平衡,pu,R,隔离体,r0,r,A,pp,pa,md,c,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力pu,Nq, Nc: 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 基底土的重量0 （2）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,简化为上部均布荷载 q= mD,2、假设的滑裂面形状,被动区,过渡区,刚性核,Ep=Ep1+Ep2+Ep3,3、考虑刚性核的平衡,荷载： p u 自重：W 粘聚力：C 被动土压力Ep,Ep1：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 比普朗特-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： （1）取 、 （2）根据 、 查得 、 、 ，再按下式计算极限承载力：,太沙基公式的其他应用,方形基础（宽度为B） 整体剪切破坏 局部剪切破坏 对圆形基础（半径为B） 整体剪切破坏 局部剪切破坏 对宽度 B，长度 L的矩形基础，可按 BL值在条形基础（BL0）和方形基础（BLl）的计算极限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（Vesi'c）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：,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,极限承载力pu的组成, BN /2,cNc,极限承载力的三部分,滑动土体自重产生的抗力,滑裂面上的粘聚力产生的抗力,侧荷载D产生的抗力,§9.4 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 设计承载力 -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pu 地基达到完全剪切破坏时的荷载 容许承载力f 同时满足强度和变形要求的荷载,§9.4 按规范方法确定地基承载力,§9.4 按规范方法确定地基承载力,二 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fa0,将承载力基本值fa0修正得承载力容许值fk,1. 现场试验法：载荷试验、标准贯入试验、静力触探等。,比例界限pcr 当pu2 pcr时，取极限承载力一半 渐变型曲线 s/b = 0.010.015低压缩性土 s/b = 0.02高压缩性土,§9.4 按规范方法确定地基承载力,二 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，从表中查得承载力基本容许值fa0,将承载力基本值fa0修正得承载力容许值fk,2. 根据经验确定承载力特征值,§9.4 按规范方法确定地基承载力,二 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,§9.4 按规范方法确定地基承载力,二 建筑地基与基础设计规范,1. 现场试验法：载荷试验、标准贯入试验、静力触探等。要进行修正。,§9.4 按规范方法确定地基承载力,二 建筑地基与基础设计规范,2. 按理论公式进行计算, 要求较高：,f = Pcr, 一般情况下：,f = P1/4 或 P1/3,或者：, 用极限荷载计算：,f = Pu / Fs,Fs -安全系数,§9.4 按规范方法确定地基承载力,二 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,一般自室外地面算起。 在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。,此填土在上部结构施工前完成时,此填土在上部结构施工后完成时,基础埋深d,对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；如果采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。,韩愈进学解,谢谢！,考核及成绩,期末考试：75 试验：15（预习操作报告） 课堂表现及作业：10,考试有关问题,考试类型 填空（15分） 选择（15分） 名词解释或简答（10分） 计算题（60分）,考试时间 15周星期一早上8时 N333 N335,