土力学与地基基础地基承载力PPT学习教案

1、会计学1 土力学与地基基础地基承载力土力学与地基基础地基承载力 2 第1页/共65页 3 第2页/共65页 4 第3页/共65页 5 地基：受建筑物影地基：受建筑物影 响的那部分地层称响的那部分地层称 为地基。为地基。 基础：与地基接触基础：与地基接触 的建筑物下部的扩的建筑物下部的扩 大部分称为基础。大部分称为基础。 持力层、下卧层持力层、下卧层 地基承载力：地基承载力：地基地基 所能承受荷载的能所能承受荷载的能 力力 第4页/共65页 6 地基中有哪些问题需要考虑呢？ 建筑物建筑物荷载荷载基础基础 地基地基 地基中产地基中产 生附加应力生附加应力 地基变形地基变形 第5页/共65页 7 地

2、基必须满足哪些条件呢？ 建筑物的基底压力应该在地基所允许的承 载能力之内（稳定要求）。 特殊的建筑物如堤坝、水闸等地基还应满 足抗渗、防冲等特殊要求。 第6页/共65页 8 地基中剪切破坏的型式有 第7页/共65页 9 千斤顶 荷载板荷载板 第8页/共65页 10 线性变形阶段：线性变形阶段：主要产生压缩主要产生压缩 变形，荷载与沉降关系接近于变形，荷载与沉降关系接近于 直线直线, ,地基处于弹性平衡状态地基处于弹性平衡状态 O O s p a b c 弹塑性变形阶段弹塑性变形阶段: :荷载与沉降荷载与沉降 关系呈曲线，地基中局部产生关系呈曲线，地基中局部产生 剪切破坏，出现塑性变形区。剪切破

3、坏，出现塑性变形区。 破坏阶段：破坏阶段：塑性区扩大，发展塑性区扩大，发展 成连续滑动面，荷载增加，沉成连续滑动面，荷载增加，沉 降急剧变化。降急剧变化。 第9页/共65页 11 临塑荷载临塑荷载p pcr cr: :地基开始出现剪 地基开始出现剪 切破坏切破坏( (即弹性变形阶段转变即弹性变形阶段转变 为弹塑性变形阶段为弹塑性变形阶段) )时，地基时，地基 所承受的基底压力。所承受的基底压力。 pcr pu O O s p a b c 极限荷载极限荷载Pu ：地基濒临破坏地基濒临破坏( (即弹即弹 塑性变形阶段转变为破坏阶段塑性变形阶段转变为破坏阶段) ) 时，地基所承受的基底压力。时，地基

4、所承受的基底压力。 第10页/共65页 12 (2)(2)随着荷载增加，压密区随着荷载增加，压密区I I向两侧挤压，土中产生塑性区，塑向两侧挤压，土中产生塑性区，塑 性区先在基础边缘产生，然后逐步扩大形成性区先在基础边缘产生，然后逐步扩大形成IIII、IIIIII塑性区。基塑性区。基 础的沉降增长率较前一阶段增大，故础的沉降增长率较前一阶段增大，故 p ps s曲线呈曲线状。曲线呈曲线状。 (1)(1)当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区I I， 随同基础压入土中，随同基础压入土中，p ps s曲线呈直线关系。曲线呈直线关系。 整体剪切破

5、坏整体剪切破坏p-sp-s曲线曲线 上有两个明显的转折点，区上有两个明显的转折点，区 分地基变形三个阶段：分地基变形三个阶段： (3)(3)当荷载达到最大值后，土中形成连续滑动面，并延伸到地面当荷载达到最大值后，土中形成连续滑动面，并延伸到地面 ，土从基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，整个地基失，土从基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，整个地基失 稳破坏。稳破坏。 第11页/共65页 13 某谷仓的地基整体剪切破坏 第12页/共65页 14 第13页/共65页 15 随着荷载的增加，基础下随着荷载的增加，基础下 也产生压密区也产生压密区I I及塑性区及塑性区IIII，但，但 塑性区仅仅发

6、展到地基某一范塑性区仅仅发展到地基某一范 围内，土中滑动面并不延伸到围内，土中滑动面并不延伸到 地面，基础两侧地面微微隆起地面，基础两侧地面微微隆起 ，没有出现明显的裂缝。，没有出现明显的裂缝。 局部剪切破坏局部剪切破坏p-sp-s曲线没有明显曲线没有明显 的直线段，地基破坏时曲线也没有的直线段，地基破坏时曲线也没有 明显的陡降。明显的陡降。 O O s p p ps s曲线上坡度发生显著曲线上坡度发生显著 变化（即变化率最大的点）所变化（即变化率最大的点）所 对应的基底压力对应的基底压力p p作为地基的极作为地基的极 限承载力限承载力PuPu 。 第14页/共65页 16 随着荷载的增加，基

7、础下土层发随着荷载的增加，基础下土层发 生压缩变形，基础出现持续下沉，当生压缩变形，基础出现持续下沉，当 荷载继续增加，基础周围附近土体发荷载继续增加，基础周围附近土体发 生竖向剪切破坏，使基础刺入土中，生竖向剪切破坏，使基础刺入土中， 地基不出现连续的滑动面，基础两侧地基不出现连续的滑动面，基础两侧 地面不出现隆起。地面不出现隆起。 冲剪破坏冲剪破坏p-sp-s曲线没有明显的转曲线没有明显的转 折点。折点。 p ps s曲线上平均下沉梯度接近常曲线上平均下沉梯度接近常 数且出现不规则下沉时对应的基底压数且出现不规则下沉时对应的基底压 力力p p作为地基的极限承载力作为地基的极限承载力Pu 。

8、 O O s p 第15页/共65页 17 冲剪破坏 软粘土上的密砂 地基的冲剪破坏 第16页/共65页 18 较坚硬或密实的土 较低的压缩性 整体剪切破坏 地基的破坏方式主要与地基土的性质尤其是压地基的破坏方式主要与地基土的性质尤其是压 缩性有关。缩性有关。 软弱粘土或松砂土 中高压缩性 局部剪切破坏或 冲剪破坏 第17页/共65页 19 第18页/共65页 20 第19页/共65页 21 临塑荷载：临塑荷载： 2.局部塑性区局部塑性区 1. 弹性阶弹性阶 段段 地基处于弹性阶段与局部塑性阶段界限状态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时对应的荷载。

9、此时地基中任一点都未达到 塑性状态，但即将达到塑性状态，但即将达到 第20页/共65页 22 临塑荷载与临界荷载计算临塑荷载与临界荷载计算 ( (条形基础条形基础) ) q = 0d p 2 z M )2sin2( 0 3 , 1 dp 自重应力自重应力 1= 0d+ z 3=k0( 0d+ z) 设设k0 =1.0 合力合力= 附加应力附加应力 zd dp 0 0 3 , 1 )2sin2( B 第21页/共65页 23 极限平衡条件极限平衡条件： sin 2 31 31 ctgc 00 )2 sin 2sin (dctg cdp z 将将 1， ， 3的解代入极限平衡条件，得到： 的解代入

10、极限平衡条件，得到： 第22页/共65页 24 00 max ) 2 (dctg c ctg dp z 由由z与与 的单值关系可求出的单值关系可求出z的极值的极值 Zmax=0 pcr = 0 dNq+cNc临塑荷载临塑荷载 其中其中 2 2 q ctg N ctg 2 c ctg N ctg 第23页/共65页 25 Zmax= B/4 或或 B/3： p1/4 = B N1/4+ 0 d Nq+cNc 临界临界 荷载荷载 p1/3= B N1/3+ 0 d Nq+cNc 其中其中 2 4 4/1 ctg N 2 3 3/1 ctg N 中心荷载 偏心荷载 第24页/共65页 26 第25页

11、/共65页 27 第26页/共65页 28 一、普朗特尔极限承载力理论一、普朗特尔极限承载力理论 宽度为B的条形基础，置于地基表面，在中心荷 载P作用下的极限荷载Pu值 普朗特尔的基本假设及结果，归纳为如下几点 ： （1）地基土是均匀、各向同性的无重量介质均匀、各向同性的无重量介质，即认为土 的r=0，而只具有C，的材料。 （2）基础底面光滑基础底面光滑，即基础底面与土之间无摩擦力存在 ，所以基底的压应力垂直于地面。 （3）当地基处于极限平衡状态时，将出现连续的滑动面 ，其滑动区域将由朗肯主动区I，径向剪切区II或过渡区 和朗肯被动区III所组成。 第27页/共65页 29 普朗特尔极限承载力

12、理论普朗特尔极限承载力理论 P b cc dd 4545o o / 2 4545o o / 2 将无限长，将无限长，底面光滑底面光滑的荷载板至于的荷载板至于无质量的土无质量的土( ( 0)0)的表面上，荷载板下土体处于塑性平衡状态的表面上，荷载板下土体处于塑性平衡状态 时，塑性区分成五个区时，塑性区分成五个区 区：区：主动朗肯区，主动朗肯区， 1 1竖直向，破裂面与水竖直向，破裂面与水 平面成平面成4545o o / 2/ 2 区：区：普朗特尔区，边普朗特尔区，边 界是对数螺线界是对数螺线 区：区：被动朗肯区，被动朗肯区， 1 1水平向，破裂面与水水平向，破裂面与水 平面成平面成4545o o

13、 / 2/ 2 第28页/共65页 30 普朗特尔理论的极限承载力理论解普朗特尔理论的极限承载力理论解 cu cNp 1)2/45(tan)tanexp(ctg 02 c N 式中：式中： 承载力系数承载力系数 当基础有埋深当基础有埋深d d 时时 qcu dNcNp 0 )2/45(tan)tanexp( 02 q N式中式中： 第29页/共65页 31 二、太沙基极限承载力理论二、太沙基极限承载力理论 第30页/共65页 32 pu A B C E F D G 第31页/共65页 33 二、太沙基极限承载力理论二、太沙基极限承载力理论 底面粗糙，底面粗糙，基底与土之间有较大基底与土之间有较

14、大 的摩擦力，能阻止基底土发生剪的摩擦力，能阻止基底土发生剪 切位移，基底以下土不会发生破切位移，基底以下土不会发生破 坏，处于弹性平衡状态坏，处于弹性平衡状态 区：区：弹性压密区弹性压密区( 弹性核弹性核) 区：区：普朗特尔区，边普朗特尔区，边 界是对数螺线界是对数螺线 区：区：被动朗肯区，被动朗肯区， 1水水 平向，破裂面与水平面成平向，破裂面与水平面成 45o / 2 P P a aa a b b c cc c d dd d 4545o o / 2 4545o o / 2 第32页/共65页 34 太沙基理论的极限承载力理论解太沙基理论的极限承载力理论解 1/ 2 uqc pbNqNcN

15、 Nr、Nq、Nc均为承载力系数，均与均为承载力系数，均与 有关，太沙基给出关系曲线，可有关，太沙基给出关系曲线，可 以根据相关曲线得到以根据相关曲线得到 上式适用于条形基础整体剪切破坏情况，对于局部剪切破坏，将上式适用于条形基础整体剪切破坏情况，对于局部剪切破坏，将c c 和和tantan 均降低均降低1/31/3 方形基础方形基础 局部剪切破坏时地基极限承载力局部剪切破坏时地基极限承载力 1 / 22 / 3 uqc pbNqNcN N Nr r 、N Nq q 、N Nc c 为局部剪切破坏时承载力系数，也为局部剪切破坏时承载力系数，也可以根据相关可以根据相关 曲线得到曲线得到 对于方形

16、和圆形基础，太沙基提出采用经验系数修正后的公式对于方形和圆形基础，太沙基提出采用经验系数修正后的公式 cqu cNdNbNp2 . 14 . 0 0 圆形基础圆形基础 cqu cNdNbNp2 . 16 . 0 0 第33页/共65页 35 第34页/共65页 36 汉森极限承载力理论汉森极限承载力理论 对于对于均质地基均质地基、基础底面完全光滑基础底面完全光滑，受，受中心倾斜荷载中心倾斜荷载作用作用 式中式中： 0 1 2 uqqq qccc c pbN S d idN S d icN S d i 汉森公式汉森公式 Sr、Sq、Sc 基础的形状系数基础的形状系数 ir、iq、ic 荷载倾斜系

17、数荷载倾斜系数 dr、dq、dc 深度修正系数深度修正系数 Nr、Nq、Nc 承载力系数承载力系数 说明：说明：相关系数均可以有相关公式进行计算相关系数均可以有相关公式进行计算 第35页/共65页 37 第36页/共65页 38 0 0 p u p p K u p 第37页/共65页 39 第38页/共65页 40 第39页/共65页 41 第40页/共65页 42 p pu up p 0 0 s s 千斤顶千斤顶 荷载板荷载板 平衡架平衡架 拉锚拉锚 由拐点得地基极限承由拐点得地基极限承 载力载力pu，除以安全系，除以安全系 数数K K得容许承载力得容许承载力 p-sp-s曲线确定地基承载力

18、曲线确定地基承载力 特征值特征值: : 1. p-s1. p-s曲线有明确的比例曲线有明确的比例 界限时，取比例界限所对界限时，取比例界限所对 应的荷载值应的荷载值 2.2.极限荷载能确定，且值极限荷载能确定，且值 小于对应比例界限的荷载小于对应比例界限的荷载 值的值的2 2倍时，取极限荷载倍时，取极限荷载 值的一半值的一半 3.3.不能按上述两点确定时不能按上述两点确定时 ，取，取s/b=0.01s/b=0.010.0150.015对对 应荷载值；但值不应大于应荷载值；但值不应大于 最大加载量的一半最大加载量的一半 第41页/共65页 43 第42页/共65页 44 第43页/共65页 45

19、 第44页/共65页 46 确定地基承载力特征值修正确定地基承载力特征值修正 规范规范规定：规定：当当b3m3m或或d0.5m0.5m，地基承载力特征值应地基承载力特征值应 该进行修正该进行修正- -式式9-249-24 fa 修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值 fak 地基承载力特征值，根据强度指标确定地基承载力特征值，根据强度指标确定 b、 d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（可查表基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（可查表 ） )5.0()3(dbff mbbaka 说明：说明：规范规范规定地基承载力特征值还可以由载荷试验规定地基承载力特征值还可以由载荷试验 或其它原位测试、并结合工程经验等方法综合确定或其它原位测试、并结合工程经验等方法综合确定 第45页/共65页 47 第46页/共65页 48 ( (二）按理论公式确定地基承载力特征值二）按理论公式确定地基承载力特征值