土力学第九章承载力地基2012

第九章地基承载力9.1概述9.2临塑荷载和临界荷载9.3极限承载力计算9.4地基承载力的确定方法本章目录9.1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）6.1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31822Ｔ谷物时，•1小时竖向沉降达30.5cm•24小时倾斜26°53ˊ•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。6.1概述在粘土地基上的某谷仓地基破坏情况6.1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6.1概述6.1概述载荷板千斤顶百分表123SP0比例界限极限荷载PcrPu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6.1概述临塑荷载地基的典型破坏形态1.整体剪切破坏pSapkpap临塑荷载kp极限荷载6.1概述土质坚实，基础埋深浅2.局部剪切破坏pSapkp中密砂土或一般粘性土或基础埋深较大时6.1概述3.冲剪破坏pS松砂通常不能直接作为地基6.1概述6.2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6.2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=0dpψzM)sin(03,1dp•自重应力s1=0d+zs3=k0(0d+z)设k0=1.0•合力=•附加应力zddp003,1)sin(B6.2临塑荷载与临界荷载•极限平衡条件：sin23131ctgc00cot)sinsin(dcdpz将1，3的解代入极限平衡条件，得到：q=0dpψzMB6.2临塑荷载与临界荷载00maxcot)2(cotdcdpz由z与的单值关系可求出z的极值•Zmax=0pcr=0dNq+cNc临塑荷载其中2cot1qN2cotcotcN6.2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2cot44/1N2cot33/1N6.2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6.2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cqcNqNBNp216.3极限承载力计算6.3.1普朗德尔-瑞斯纳公式6.3.2太沙基公式6.3.3斯凯普顿公式6.3.4汉森公式6.3.5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6.3极限承载力计算假定：6.3.1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＝02基底完全光滑3无埋深土力学（一）普朗特尔极限承载力公式（1920年）根据塑性理论研究了刚性体压入介质中，介质达到破坏时，滑动面的形状及极限压应力的公式。推导时，假设：介质是无质量的(=0)；荷载为无限长的条形荷载；荷载板底面是光滑的。土力学普郎特尔导出极限承载力的理论解:cucNP1245exp2octgtgctgN土力学（二）瑞斯诺极限承载力公式•若考虑基础有埋深d，则将基底平面以上的覆土以压应力q代替，瑞斯诺(Reissuer,1924)得出极限承载力的表达式为：qcuqNcNP245exp2oqtgtgNdqo6.3极限承载力计算基本条件：6.3.2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=0d6.3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6.3极限承载力计算pu9045-/2基底完全粗糙:=q=0d6.3极限承载力计算刚性核分析：puEpWEptan4tan22BcBEBppu基底完全粗糙时B6.3极限承载力计算q=0dEpEp=Ep1+Ep2+Ep3Ep1：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：土力学太沙基极限承载力公式•Nr、Nc、Nq为无量纲的承载力系数，都是的函数，可通过查表图的方法求得。bNqNcNpqcu21prKtgN221tgKtgNpccpqqKtgN6.3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cNcqNqNB21极限承载力pu的组成：土力学6.3极限承载力计算Terzaghi极限承载力公式：cquNcNqNBp21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6.3极限承载力计算cquNcNqNDp2.13.0圆形基础：cquNcNqNBp2.14.0方形基础：cctgtg3232局部剪切：圆形基础的直径6.3极限承载力计算对于饱和软粘土地基＝0：6.3.3斯凯普顿（Skempton）公式条形基础下：dcpu0)2(普朗德尔-瑞斯纳公式的特例矩形基础下：dbdlbcpu0)51)(51(5斯凯普顿公式6.3极限承载力计算在原有极限承载力公式上修正：6.3.4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ccccccqqqqqqubgidsNcbgidsNqbgidsNBp216.3极限承载力计算6.3.5极限承载力的影响因素一般公式：cquNcNqNBp21B、d增大Pu增大、c、增大外因内因地基土的指标土的内摩擦角土的粘聚力c土的重度γcqucNdNbNp02/1地基土的φ，c和重度γ越大，则极限荷载相应也越大由极限承载力公式：6.3极限承载力计算⑶基础尺寸基础宽度基础埋深cqucNdNbNp02/16.3极限承载力计算6.4地基承载力的确定方法极限承载力承载力承载力特征值：容许承载力通常所说的承载力指承载力特征值已学习内容（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6.4地基承载力的确定方法问题：如何确定承载力特征值？6.4地基承载力的确定方法承载力fa的确定办法：•1通过公式计算①要求较高：fa=Pcr②一般情况下：fa=P1/4或P1/3在中国取P1/4或者：③用极限荷载计算：fa=Pu/KK---安全系数太沙基：K3.0斯凯普顿：K=1.1~1.5汉森公式：K2.0K=6.4地基承载力的确定方法我国规范中取：fa=Mbb+Mdmd+Mcck1《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）2《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）fa：承载力特征值以临界荷载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6.4地基承载力的确定方法•2通过载荷试验确定①有明显直线段：fak=Pcr②加载到破坏且Pu/2Pcr：③不能满足上述要求时：123SP0比例界限极限荷载PcrPuP~S曲线临塑荷载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6.4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fa：深宽修正后的承载力特征值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)，d＞0.5m建筑地基基础设计规范dbm地基承载力特征值宽度修正系数深度修正系数3m6mb0.5mdaakbdm(3)(0.5)ffbd修正后的承载力特征值6.4地基承载力的确定方法铁路桥涵地基基础设计规范01122[]23kbkH（）（）Hb21地基容许承载力基本承载力宽度修正系数深度修正系数原河床面一般冲刷线局部冲刷线2m10mb3mH局部冲刷线6.4地基承载力的确定方法6.4地基承载力的确定方法•3通过经验确定GB50007-2011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结束