chapter8土力学北京交通大学.ppt

第8章 地基承载力,1999年台湾大地震中台中县由于液化引起的楼房倒塌,8.1 概 述,地基破坏的两种情形：,地基承载力： 地基土单位面积上所能承受荷载的能力 极限承载力： 地基不致失稳时单位面积上所能承受的最大荷载。,建筑物荷载过大，超过地基承受能力 产生过大的沉降或沉降差，结构性丧失使用功能,容许承载力：考虑一定安全储备后的地基承载力,设计要求： 基底压力不得超过地基的容许承载力 进行地基变形验算,加拿大特朗斯康谷仓地基整体破坏,地基液化引起的建筑物破坏,某谷仓的地基整体破坏,1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆,墨西哥某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降达2.2米，存在明显的沉降差。,比萨斜塔-不均匀沉降的典型,始建于1173年，60米高。 1271年建成 平均沉降2米，最大沉降4米。 倾斜5.5，顶部偏心2.1米,相邻建筑物施工引起的原有建筑物的局部倾斜,膨胀土地基上建筑物的开裂（美国加拿大）,8.2 地基的变形和失稳破坏形式,8.2.1 地基破坏的型式,载荷试验,可通过现场载荷试验或室内模型试验研究,载荷板的尺寸较实际基础小; （一般约0.25-1.0m2） 逐级施加荷载; 测定各级荷载下载荷板 沉降量及周围土位移， 直到地基土破坏;,载荷试验:,整体剪切破坏,地基破坏形式,局部剪切破坏,冲切破坏,整体剪切破坏：,荷载较小，形成三角形压密区I。,荷载增加，形成、塑性区。,荷载继续增大，形成连续滑动面。,地基失稳破坏！,基础两侧地面隆起较大。,适用土性：密实的砂土、坚硬的粘性土，基础埋置较浅。,整体剪切破坏的p-s曲线,水泥仓地基的整体破坏,局部剪切破坏：,随荷载增加，也产生压密区I及塑性区,基础两侧地面微微隆起,局部剪切破坏的p-s曲线： 也有一个转折点，但不明显。,适用土性：一般砂性土和粘性土，基础有一定埋置深度。,刺入剪切破坏：,随荷载增加，使基础刺人土中。 基础两边的土体没有移动和隆起。,p-s曲线,适用土性：饱和软粘土、松砂，基础较深。,1,3,2,整体剪切破坏,局部剪切破坏,冲剪破坏,在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏,密砂上由于动力荷载引起的冲剪破坏,8.2.2 地基的破坏过程,苏联学者格尔谢万诺夫（主要针对整体剪切破坏）,压密阶段,地基破坏的几个阶段,剪切阶段,破坏阶段,（2）剪切阶段： ab段。沉降增长率随荷载增大而增加。 出现塑性区。,（1）压密阶段： oa段，曲线接近直线，土体处于弹性平衡状态。,临塑荷载pcr,极限荷载pu,（3）破坏阶段： bc段。沉降急剧下沉,8.3 临塑荷载和临界荷载,8.3.1临塑荷载,地基中将要出现但尚未出现塑性破坏，pcr。,物理意义： 在荷载p作用下，地基中将产生深度为zmax的塑性区。,当zmax=0时，对应的荷载为pcr,pcr,塑性区边界方程的推导：,模型：条形基础，埋置深度为d，基底压力为p,过程：计算任意点M由p引起的最大和最小主应力； 利用极限平衡条件； 给出边界方程。,方法：,（1）将作用在基底面上的压力分解为两部分：,（2）假定K0=1，土重力产生的应力为(d+z)。,各个方向相等,无限均布荷载d；基底范围内的均布荷载p0=pd。,基底面上荷载的分解,？！,（3）条形荷载p0引起的大、小主应力为：,由式(4-46),（4）两部分叠加得：,（5）M点位于塑性区边界，满足极限平衡条件：,为什么可以叠加？,视角0,（6）将大、小主应力代入：,结论：深度z是视角0的函数。 于是可绘出塑性区边界（见图）。,塑性区边界的确定：,塑性区最大深度计算：,对0求导数，令其为零：,于是：,反过来，基底压力为,临塑荷载的确定：,当zmax=0，则,其中,注意：Nq、Nc等均为承载力系数，与内摩擦角有关,8.3.2 地基的临界荷载,若取zmax=b/4，则,其中，Nq和Nc同前，N1/4为,N1/4也为承载力系数，与内摩擦角有关,当然， 也可以确定,由临塑荷载确定地基承载力往往过分保守！？,8.3.3 讨 论,a、假定为条形基础(l/b10)，属平面应变问题。 b、如果为偏心或倾斜荷载，应进行修正。 c、假定自重应力为静水压力，与实际情况有差异。,问题： 按临塑荷载或临界荷载确定地基承载力是否考虑了安全系数？,8.4.1普朗特尔一雷斯诺公式,基本假定：,8.4 地基的极限承载力,（1）介质无重量。 （2）基础底面完全光滑。 （3）将基底平面当成地基表面，不考虑其剪切抗力。,理论推导,I 朗肯主动区： 滑动面与水平方向夹角45 2 II 过渡区：形成一组对数螺旋线和一组辐射线 III 朗肯被动区：滑动面与水平方向夹角45- /2,分析模型：,由力矩平衡条件，对点a取矩为零，得：,Nq、Nc地基极限承载力系数，是内摩擦角的函数：,分析：,极限承载力由基础侧面土重量和滑动面上粘聚力产生 不考虑基底以下土的重量，即滑动土体不产生抗力 不考虑两侧土体的剪切抗力,8.4.2 太沙基公式,基本假定：,计算公式：,基底以下土体是有重度的。 基础底面完全粗糙，与地基土之间存在摩擦力。 基底以上两侧土体仍假定为均布荷载。 地基滑动面形状为对数螺旋线。,N Nq、Nc内摩擦角的函数，但与前面不一样,见图8-8,适用于地基土较密实，发生整体剪切破坏的情况 对压缩性较大的软弱土，根据经验修正 对于方形基础或圆形基础，也需修正,图8-8 太沙基承载力系数表,8.4.3 梅耶霍夫公式,基底粗糙 考虑基底以上土的抗剪强度 对数螺旋线滑裂面,具体推导见教材！,8.4.4 汉森公式,埋深修正,8.4.5 关于地基极限承载力的讨论,（1）地基极限承载力由三部分抗力组成,（2）N、Nq和Nc随值的增大而增大。,（3）对于无粘性土，埋置深度对承载力有重要作用。,a、土体重度 产生的抗力； b、基础两侧均布荷载q产生的抗力； c、粘聚力c产生的抗力。,例题8-1 条形基础，宽度b=2m，埋深d=1.5m。地基为粘性土，地下水位在基础底面处。地基土GS=2.7，e=0.7，水位以上饱和度Sr=0.8，c=10kPa，=20。 计算: (a) 临塑荷载; (b) 临界荷载; (c)太沙基极限荷载; (d) 比较。,基底下土的有效重度：,（2）计算得 Nc=5.65；Nq=3.05；N1/4=0.51； N1/3=0.69,解 (1) 基底以上土重度：,（4）太沙基极限承载力： 由=20查图8-8中实线可得N=4.5；Nq=8；Nc=18,而q=0d，代入式(8-27)得,（5）比较可见： pcr p1/4 p1/3 pu,地基承载力安全系数为 K=pu/pcr=3.16,（3）临塑荷载、临界荷载： pcr=142.46kPa；p1/4 =152.46 kPa； p1/3 =155.98kPa,8.5 按规范确定地基承载力,不同地区、行业有不同规范！,确定原则：,（1）基底压力不能超过地基的承载能力 （2）建筑物基础产生的变形不能超过允许变形值,8.5.2铁路桥涵地基和基础设计规范,先确定地基基本承载力0，再根据尺寸修正为容许承载力。,基本承载力：基础宽度b2m，埋置深度h3m。,基本思想：,理论分析,确定原则,土性指标,原位测试,安全储备,结果见表8-2至表8-10,8.5.3建筑地基基础设计规范（自学）,地基容许承载力：当b2m，h3m，且h/b4时,=0+k11(b2)+k22(h3),修正后得,其中，k1和k2为宽度和深度修正系数，见表8-11,保证浅基础,例题8-3 地下水位在地表下2m处。水位以下w=32，GS=2.68，wL=40，wP=18；地下水位以上=18kN/m3。宽度4m的条形基础埋置于地表下5m处。 确定地基承载力（按照桥规法）？,解 基本承载力：,持力层为饱和土，Sr=1，得,液性指数 ：,根据表8-5，用内插法得0=201.7kPa,地基容许承载力：,由IL=0.636(0.5)，查表8-11得kl=0、k2=1.5,由于IP=2217,持力层不透水, 1采用饱和重度：,而2采用基底以上土的加权重度（2=18.4kN/m3）,于是可得： =293.7kPa,8.6 原位测试确定地基承载力,载荷试验 静力触探法：间接测定承载力，但结果比较可靠 动力触探法 标准贯入试验 旁压试验,静力触探试验,桩基础载荷试验,作业：,8-1 8-3 8-4 8-5,武汉大学风光,