《地基承载力》PPT课件.ppt

,第九章：地基承载力理论,本章的主要内容：地基破坏形式与地基承载力概念；临塑荷载与临界荷载的概念与计算；地基极限承载力的计算方法；,9.1概述,地基承载力-是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力。,建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求：变形要求建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物所允许的范围内。稳定要求建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内。,地基承载力不足,9.2地基破坏模式,地基变形的三个阶段,a.线性变形阶段,oa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中f,地基处于弹性平衡状态；,b.弹塑性变形阶段,ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区；,c.破坏阶段,bc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化。,地基破坏模式,整体剪切破坏:常发生在浅埋基础下的密砂或硬粘土等坚实地基中。,ps曲线,地基破坏模式,整体剪切破坏的特征,地基破坏模式,局部剪切破坏:常发生于中等密实砂土中。,局部剪切破坏的特征,地基破坏模式,冲剪破坏：发生在松砂及软土中,冲剪破坏的特征,地基破坏模式的影响因素与判别,地基土的条件：土的类别、密度、含水量、压缩性、抗剪强度等；基础条件：基础型式、埋深、尺寸等。,其中土的压缩性是影响破坏模式的主要因素。如果土的压缩性低，土体相对比较密实，一般容易发生整体剪切破坏。反之，如果土比较疏松，压缩性高，则会发生冲切剪切破坏。,地基承载力的确定方法,原位试验法原位试验法是一种通过现场直接试验确定承载力的方法，现场直接试验包括（静）载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等，其中以载荷试验法为最直接、最可靠的方法。理论公式法理论公式法是根据土的抗剪强度指标以理论公式计算确定承载力的方法。规范表格法当地经验法,9.3地基的临塑荷载与临界荷载,临塑荷载与临界荷载的概念,临塑荷载pcr：地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力。,临界荷载p：地基部分区域已发生剪切破坏（即地基处于弹塑性变形阶段），但地基内塑性区限制在一定范围时地基所承受的基地压力。,临塑荷载,临界荷载,基本原理与假定条件,基本原理依据弹性理论求出地基任意点自重应力和附加应力的表达式，再应用极限平衡条件推求塑性区边界方程，从而通过限定塑性开展区的最大深度获得地基承载力公式。假定条件地基为均质半无限体，将地基中的剪切破坏区即塑性开展区限制在一定范围内。允许塑性区有一定的开展范围又保证地基最大限度的安全承担结构荷载时的基地压力确定地基的设计承载力,塑性区边界与临塑荷载的确定,塑性变形区范围,根据弹性理论，地基中任意点由条形均布压力所引起的附加大、小主应力：,假定在极限平衡区土的静止侧压力系数K0=1，M点土的自重应力所引起的大小主应力均为(dz),M点达到极限平衡状态，大、小主应力满足极限平衡条件：,塑性区边界与临塑荷载的确定,塑性变形区范围,塑性区边界方程,满足极限平衡条件的地基塑性区边界方程，给出了塑性区边界上任意一点的坐标z与0的关系。如果荷载、基础两侧超载q及土的、c、为已知，据此可绘出塑性区的边界线。,塑性区边界与临塑荷载的确定,塑性变形区范围,界定塑性区的范围，不必描绘整个塑性区得边界，只需知道塑性展开区相对该基底压力p的最大深度zmax。,塑性区边界与临塑荷载的确定,临塑荷载与临界荷载,临塑荷载：基础边缘地基中刚要出现塑性区时基底单位面积上所承担的荷载，相当于地基从压缩阶段过渡到剪切阶段的界限荷载，根据塑性区边界方程,令Zmax=0即可导得地基临塑荷载的计算式。,承载力系数：,临塑荷载由两部分组成，第一部分为地基土粘聚力C的作用，第二部分为基础两侧超载q或基础埋深d的影响，这两部分都是内摩擦角的函数，随c、d的增大而增大。,塑性区边界与临塑荷载的确定,临塑荷载与临界荷载,临界荷载：指允许地基产生一定范围塑性区所对应的荷载。实践表明，采用不允许地基产生塑性区的临塑荷载作为地基容许承载力的话，就不能充分发挥地基的承载能力，取值偏于保守；工程实践经验表明，在中心荷载作用下，控制塑性区最大开展深度zmax=1/4b，在偏心荷载下控制zmax=1/3b，对一般建筑物是允许的；p1/4、p1/3：分别是允许地基产生范围塑性区所对应的两个临界荷载。此时，地基变形会有所增加，须验算地基的变形值不超过允许值。,塑性区边界与临塑荷载的确定,临塑荷载与临界荷载,zmax=1/4b,zmax=1/4b,中心荷载,偏心荷载,塑性区边界与临塑荷载的确定,临塑荷载与临界荷载,两个临界荷载由三部分组成，第一、二部分分别反映了地基土粘聚力和基础埋深对承载力的影响，这两部分组成了临塑荷载；第三部分表现为基础宽度和地基土重度的影响，实际上受塑性区开展深度的影响；它们都随内摩擦角的增大而增大，其值可从公式计算得到。分析临界荷载的组成，可以看到它受地基土的性质、基础埋深、基础尺寸等因素的影响。,9.4地基极限承载力,地基极限承载力：地基在外荷载的作用下产生的应力达到极限平衡时的荷载。这也是地基承载力理论计算的一类方法。极限荷载的计算，极限承载力的求解方法有两大类：按极限平衡理论求解，假定地基土是刚塑性体，当应力小于土体屈服应力时，土体不产生变形，如同刚体一样；当达到屈服应力时，塑性变形将不断增加，直至土样发生破坏。（普朗德尔和赖斯纳极限承载力）按照假定滑动面求解，通过基础模型试验，研究地基整体剪切破坏模式的滑动面形状，并简化为假定滑动面，根据滑动土体的静力平衡条件求解极限承载力（太沙基、汉森公式）,普朗特尔极限承载力理论,基本假定：条形基础具有足够大的刚度，底面光滑；地基材料具有刚塑性性质且地基土重度为零；基础置于地基表面；当作用在基础上的荷载足够大时，基础陷入地基中，地基产生如图所示的整体剪切破坏。,？,区：主动朗肯区，1竖直向，破裂面与水平面成45o/2,普朗特尔极限承载力理论,区：普朗特尔区，边界是对数螺线,区：被动朗肯区，1水平向，破裂面与水平面成45o/2,考虑基础埋深d时：,条形基础的普朗特尔极限承载力理论解，滑动面较符合实际，但因不考虑基础底面以下土的自重，故而是不合理的。,太沙基极限承载力理论,基本假定：均质地基、条形基础、中心荷载、地基破坏形式为整体剪切破坏；基础底面粗糙，即基础底面与土之间有摩擦力存在；当基础埋置深度为d时，基底面以上两侧土体用相当的均布置荷载代替。,适用范围：适用于基础底面粗糙的条形基础；并推广应用于方形基础与圆形基础。,太沙基极限承载力理论,区：弹性压密区(弹性核),区：普朗特尔区，边界是对数螺线,区：被动朗肯区，1水平向，破裂面与水平面成45o/2,太沙基理论的极限承载力理论解：,承载力系数Nr、Nq、Nc：,太沙基极限承载力理论,与有关的承载力系数Nr、Nq、Nc，太沙基给出关系曲线，可以根据相关曲线得到。,太沙基极限承载力理论,条形基础（松软地基）对于地基发生局部剪切破坏的情况，太沙基建议对土的抗剪强度指标进行折减，即取：,圆形或方形基础太沙基建议按下列半经验公式计算地基极限承载力。方形基础（宽度为b）整体剪切破坏pu=1.2cNc+qNq+0.4bN局部剪切破坏pu=0.8cNc+qNq+0.4bN圆形基础（半径为b）整体剪切破坏pu=1.2cNc+qNq+0.6bN局部剪切破坏pu=0.8cNc+qNq+0.6bN,太沙基极限承载力理论,太沙基极限承载力理论,根据太沙基理论求得的是地基极限承载力，在此一般取它的(1/21/3)作为地基容许承载力，它的取值大小与结构类型、建筑物重要性、荷载的性质等有关，即对太沙基理论的安全系数一般取K=23。,地基承载力设计值f=pu/FsFs：地基极限荷载安全系数，Fs=23,汉森和魏锡克极限承载力,适用条件倾斜荷载作用基础形状基础埋深的影响,汉森和魏锡克极限承载力,极限承载力公式：,Sr、Sq、Sc基础的形状系数ir、iq、ic荷载倾斜系数dr、dq、dc深度修正系数gr、gq、gc地面倾斜系数br、bq、bc基底倾斜系数Nr、Nq、Nc承载力系数,9.5地基容许承载力和承载力特征值,地基容许承载力：地基稳定有足够安全度的承载能力，它相当于地基极限承载力除以一个安全系数，此即定值法确定的地基承载力；同时必须验算地基变形不超过允许变形值。地基承载力特征值：地基稳定有保证可靠度的承载能力，它作为随机变量是以概率理论为基础的，分项系数表达的极限状态设计法确定的地基承载力；同时也要验算地基变形不超过允许变形值。,本章要点,地基承载力的概念地基破坏形式及特征地基承载力确定方法及载荷试验临塑荷载及临界荷载的概念及计算地基极限承载力理论及应用,例题1：某条形基础底宽3m，基础埋深1.5m。地基土=19kN/m3，sat=20kN/m3，c=10kPa，=10。试确定：（1）地基的临界荷载p1/4、p1/3；（2）如地下水位上升至基础底面，其值如何变化