地基承载力讲义（103内容丰富）

地基承承载力力第一节节地地基基勘探探Siteinvestigation一、勘勘探要要求：：了解地地基的的工程程地质质和水水文条条件，，为确确定地地基承承载力力和进进行基基础设设计提提供依依据1资料：平面面图和和地形形图建筑物物的形形式和和荷载载管线，，地下下室第一节节地地基基勘探探Siteinvestigation一、勘勘探要要求：：1资料内容土层分分布，，水平平位置置和深深度每层土土物理理力学学性质质e,cEs地下水水位置置及性性质Groundwater其他地地质问问题：：古滑滑坡，，古墓墓，洞穴，，老河河道古古井杂填泥炭粉质粘粘土粘土砂砾石石布点一般性性勘察察：针针对持持力层层，平平面(1~1.5)b(3~4)b20~50m控制性性勘察察：压压缩层层，比比一般般性勘勘察深深

泥炭粉质粘土粘土砂砾石杂填地基勘勘探二、勘勘探方方法物探－－地球球物理理勘探探坑探－－明挖挖钻探－－钻孔孔触探现场测测试－－原位位试验验地基勘勘探1物探GeophysicalExploration地球物物理勘勘探方法:重力场场,磁电场场,声,弹性波波,放射性性勘探探,地震勘勘探(规范,剪切波波速)优点:简单迅迅速缺点:间接判判断,较大范范围.地基勘勘探2坑探trialpits优点:直观,取原状状样，，兰旗旗营9m坑缺点:一般3~4m,地下水水以下下危险险,地基勘勘探最常用用的办办法,可达100m以下划分地地层确定地地下水水取样可以进进行触触探及及原位位试验验钻探ExplorationDrilling地基勘勘探回转式式钻机机4触探动力触触探和和静力力触探探DynamicPenetration,StaticConePenetration(1)动力触触探DynamicPenetration管状探头头标准贯入入试验SPT,63.5kg,76cm距,贯入深度度30cm的击数,N63.5锥状探头头轻型10kg,50cm落距,贯入深度度30cm中型28kg重型63.5kg碎石,砾石地层层特重型120kg地基勘探探SPTStandardPenetrationTest地基勘探探穿心锤锤垫触探杆贯入器头出水孔贯入器身贯入器靴标准贯入入试验地基勘探探4触探动力触探探和静力力触探(1)动力触探探管状探头头标标准贯入入试验SPT,63.5kg,76cm落距，贯贯入深度度30cm的击数,N63.5SPT用测得的的标准贯贯入垂击击数N，判定砂砂土的密密实度或或粘性土土的密度度，确定定地基和和单桩的的承载力力；还可可评定砂砂土的震震动液化化势。标准贯入入试验适适用于砂砂性土与与粘性土土。地基勘探探4触探动力触探探和静力力触探(1)动力触探探管状探头头标准贯入入试验SPT,63.5kg,76cm距,贯入深度度30cm的击数,N63.5锥状探头头轻型10kg,50cm落距,贯入深度度30cm中型28kg重型63.5kg碎石,砾石地层层特重型120kg地基勘探探地基勘探探轻型动力力触探10kg中型动力力触探28kg重型动力力触探63.5kg穿心锤锤垫触探杆尖锤头锥状探头(2)静力触探探StaticConePenetration单桥探头头端端部Ps=Q/A比贯入阻阻力双桥探头头端端部和和侧壁土的密实实度压缩性强度桩和地基基的承载载力地基勘探探电缆传感器传感器传感器单桥探头双桥探头静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化划分土层,承载力、压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等静力触探适用于粘性土和砂类土示意图地基勘探探5现场试验验Insitutesting十字板VaneShear－饱和软软粘土载荷板试试验LoadingPlate－深浅均均可旁压仪Pressuremeter－较深地地基地基勘探探十字板HDFFMmax=F×D地基勘探探现场载荷荷试验地基勘探探现场载荷荷试验地基勘探探千斤顶荷载板平板载荷荷试验要要点0.50.5m,0.710.71m,1.01.0m不少于3点8-10级每级稳定定的标准准承载力的的特征值值地基勘探探地基破坏坏的判定定(1)明显侧向向挤出或或发生裂裂纹(2)荷载增量量很小,沉降急剧剧增加,(3)某级荷载载增量下下,24小时内沉沉降不能能稳定(4)s/b>0.06的荷载作作为破坏坏荷载载荷试验验pcrpuS荷载沉降曲线地基勘探探现场载荷荷试验地基勘探探承载力的的特征值值fak比例界限限pcr当pu<1.5pcr时，取极极限承载载力一半半渐变型曲曲线s/b=0.01—0.015低压缩性性土s/b=0.02高压缩性性土地基勘探探深度宽度度修正的的特征值值I0形状影响响系数,圆：079；方：088地基勘探探旁压试验验水箱量测钻孔内进进行横向向载荷试试验,用以测定定较深处处土层的的变形模模量和承承载力V0

V0VPhpuh

pcr

poh地基勘探探地基勘探探6室内试验验物理性质质力学特性性直剪试验验,三轴,压缩(渗透)地基勘探探三勘探探报告1一般情况况2结果地形和平平面钻孔孔布置图图土层剖面面土性地下水和和不良地地质问题题3意见和建建议评评价,设计施工工建议,地基处理理意见地基勘探探思考题在建筑物物场地上上勘探,一般要做做哪些项项目的勘勘探?对于重要建建筑物一般般要采用什什么试验方方法确定承承载力？如何确定砂砂土地基的的密实度？？地基勘探第2节地基1建筑物地基基设计的基基本要求2地基在外荷荷载作用下下的破坏形形式3极限平衡理理论求地基基极限承载载力4其他求极限限承载力的的方法5地基的临塑塑荷载、临临界荷载与与容许承载载力一、地基承承载力定义义极限承载力力Ultimatebearingcapacity承载地基在在发生剪切切破坏时的的荷载强度度Theintensityofbearingpressureatwhichthesupportinggroundisexpectedtofailinshear1建筑物地基基设计的基基本要求1）稳定要求求：荷载小小于承载力力（抗力））ppu/Fs=f2）变形要求求：变形小于于设计允许许值S[S]（1）沉降量（（2）沉降差（3）倾斜（（4）局部倾斜斜2地基破坏的的形式1)竖直荷载下下地基破整体破坏

密实砂土，坚硬粘土，浅埋局部剪切破坏

土质较软冲剪破坏

软粘土，深埋液化饱和松砂2)竖直和水平荷载下地基破坏形式表面滑动水平力大深层滑动竖直荷载大2.局部剪切松软地基，，埋深较大大；曲线开始就就是非线性性，没有明显的的骤降段。3.冲剪破坏松软地基，，埋深较大大；荷载板几乎乎垂直下切切，两侧无土体体隆起。1.整体破坏土质坚实,基础埋深浅浅；曲线开始近近直线，随随后沉降陡陡增，两侧侧土体隆起起。GeneralshearfailureLocalshearfailurePunchingshearfailure1.整体破坏PS2.局部剪切PS3.冲剪破坏PS深土层表面土某谷仓的地地基整体破破坏1940年在软粘土土地基上的的某水泥仓仓的倾覆水泥仓地基基

整体破破坏蓝粘土石头和粘土土地基土可能能的滑动方方向岩石办公楼外墙墙黄粘土在软粘土上上的密砂地地基的冲剪剪破坏2地基破坏的的形式1)竖直荷载下下地基破坏坏的形式整体破坏密实砂土，局部剪切破坏

土质较软冲剪破坏

软粘土，深埋液化饱和松砂1964年日本新泻泻（Niigata）地震地基基的大面积积液化地基液化引引起的建筑筑物破坏3竖直荷载和和水平荷载载下建筑物物地基破坏坏的形式深层滑动PhPv表层滑动PhPv4地基的变形形1建筑物地基基设计的基基本要求1）稳定要求求：荷载小小于承载力力（抗力））ppu/Fs=f2)变形要求：：变形小于于设计允许许值S[S](1)沉降量(2)沉降差相邻柱基(3)倾斜砌体承重结结构(4)局部倾斜某宫殿，左左部分建于于1709年；右部分分建于1622年。沉降达达2.2米，存在明明显的沉降降差。墨西哥的沉沉降问题是是世界著名名的比萨斜塔-不均匀沉降降的典型始建于1173年，60米高。1271年建成大Nishinom日本1995年1月17日阪神大地地震相邻建筑物物施工引起起的原有建建筑物的局局部倾斜（软粘土地地基）膨胀土地基基上建筑物物的开裂（美国—加拿大）潜在性膨胀胀土的分布布限与热带带和温带的的半干旱地地区内。这这种条件助助长了蒙特特石形成。。很多国家都都发现了膨膨胀土。印度的黑棉棉土《膨胀土上的的基础》陈孚华TU4431膨胀土对建建筑物的危危害活动区域小节1）破坏形式式竖直荷载作作用下，有有水平荷载载时2)变形要求(1)沉降量(2)沉降差相邻柱基(3)倾斜砌体承重结结构(4)局部倾斜思考题1在垂直均均布荷载载作用下下,地基的失失稳有几几种形式式?土层的性性质各应应该是什什么样的的?2承受垂直直和水平平荷载的的地基其其失稳形形式有几几种？举举出这类类土工建建筑物的的例子。。3如何确定定地基的的承载力力？如何满足足地基设设计的条条件？承载力？？变形？确定承载载力的三三种方法法载荷试验验理论公式式计算经验方法法1极限状态态Limitstate结构或结结构的一一部分超超过某一一特定状状态而而不能满满足设计计规定的的某一功功能要求求时这这一特特定状态态称为结结构对于于该功能能的极限限状态承载能力力极限状状态一般是结结构的内内力超过过其承载载能力正常使用用极限状状态一般是以以结构的的变形、、裂缝和和振动参参数超过过设计允允许的限限值为依依据根据承载载能力极极限状态态确定地地基的承承载力二地基基承载力力的理论论公式2极限状态态定义二地基承载载力－理理论公式式法普普朗特-瑞斯纳承承载力公公式一.极限平衡衡理论：：1.平衡方程程：2.极限平衡衡条件3.假设与边边界条件件二.普朗特-瑞斯纳承承载力公公式1.条形基础础地基的的滑裂面面形状2.极限承载载力puDD平面问题题的平衡衡方程（1）（2）极限平衡衡条件（3）z

zx

x

xz普朗特(Prandtl)的基本假假设1.基础底面面是绝对对光滑的的（，，保证竖竖直荷载载是主应应力2.无重介质质的假设设：即在在式（1）中=0：根据公式式（1）、（2）和（3）以及边边界条件件，利用用塑性力力学中的的滑移线线法可以以求解条条形基础础的地基基承载力力Pu这一假定定下的精精确解或或解析解解.DD1.极限平衡衡区与滑滑裂面的的形状无重介质质地基的的滑裂线线网BEFBp实际地面DC二地基承载载力－理理论公式式法普普朗特-瑞斯纳承承载力公公式一.极限平衡衡理论：：1.平衡方程程：2.极限平衡衡条件3.假设与边边界条件件二.普朗特-瑞斯纳承承载力公公式1.条形基础础地基的的滑裂面面形状2.极限承载载力puDD1.朗肯主动动区：pu为大主应应力，与与水平方方向夹角角4522.过度区：：r=r0etg3.朗肯被动动区：水水平方向向为大主主应力，，与水平平方向夹夹角45-2地基中的的极限平平衡区BEFBp实际地面DCIIIIIIr0rI区垂直应力力pu为大主应应力，与水平方方向夹角角452=pukapuPuIII区水平方向向为大主主应力，，与水平方方向夹角角45-23=D1kpDq=D2区：过过度区：极限平衡衡第二区：：r=r0etgr0r作用在隔隔离体上上的力：：pu、D、pa、pp、c、R所有力对对A点力矩平平衡puR隔离体r0rApppaDcr=r0etg=R过顶点点Atg=dr/r

d=r0etgdtgr0e

tgd=tg=dRdrdlrd=A+M1：puOA=B/2+M2：paOC=B/2tg(45+/2)-M3:cCE=dl-M4:ppGE=B/2e/2tg-M5:DAG=B/2tg(45+/2)e/2tgpuR隔离体r0rApppaDc2.极限承承载力力puNq,Nc:承载力力系数数如果=0,pu=?什么情情况下下可以以作为为=0?当地基基中地地下水水上升升到滑滑动区区域内内时,对极限限承载载力有有影响响吗?哪类土土影响响大,哪类土土影响响小?思考题题*其它半半经验验承载载力公公式一.太沙基基公式式二.汉森公公式三.其它承承载力力公式式一.太沙基基公式式1.基本条条件2.假设的的滑裂裂面形形状3.极限承承载力力公式式1.基本条条件（1）考虑虑地基基土的的自重重基底土土的重重量0（2）基底底可以以是粗粗糙的的0=0(不会超超过,为什么么?)（3）忽略略基底底以上上部分分土本本身的的阻力力,简化为为上部部均布布荷载载q=DDmD2.假设的的滑裂裂面形形状被动区区过渡区区刚性核核Ep=Ep1+Ep2+Ep3WpuB考虑刚刚性核核的平平衡1.当基底底绝对对粗糙糙时，，夹角角为；2.考虑刚刚性核核的平平衡：：荷载：：pu自重：：W粘聚力力：C被动土土压力力EpEp1：土体体自重重Ep2：滑裂裂面上上粘聚聚力Ep3：侧向向荷载载太沙基基公式式中的的承载载力因因数N、Nq、Nc查图8-18，以为变变量比普朗特特-瑞斯纳纳承载载力公公式偏偏大，因为考考虑了了基底底摩擦擦和土土体自自重（二））局部部剪切切破坏坏（非非整体体破坏坏）思考题题大型建建筑物物往往往是由由沉降降控制制设计计小型建建筑物物往往往由承承载力力控制制设计计。为什么么（基础础的宽宽度对对于地地基的的承载载力和和沉降降各由由什么么影响响？））极限承承载力力pu的组成成BN/2cNcDqNq极限承承载力力的三三部分分滑动土土体自自重产产生的的抗力力滑裂面面上的的粘聚聚力产产生的的抗力力侧荷载载D产生的的抗力(1)影响滑滑裂面面形状状的大大小，，承载载力因因数的的大小小.滑动土土体的的体积积,q的分布布范围围,滑裂面面的大大小.pu(1)的影响响pu影响滑滑裂面面形状状的大大小，，承载载力因因数的的大小小.滑动土土体的的体积积,q的分布布范围围,滑裂面面的大大小.(2)宽度B增加为为2B,滑动体体体积积增加加为原原来的的22倍(提供的的抗力力),由此增增加的的承载载力增增加为为原来来的2倍.(BN/2线性增增加））B增加，，q的分布布面积积线性性增加加，qNq不变。。B增加，，滑裂裂面面面积线线性增增加，，cNc不变pupu(3)qNq,与侧面荷载大大小，和荷载载分布范围有有关-滑裂面形状有有关。滑裂面面形状与有关。Nq,是的函数pupu(4)cNc,与粘聚力，和和滑裂面长度度有关--滑裂面形状有有关。滑裂面面形状与有关。Nc,是的涵数pu总结上上节课课的内内容极限承承载力力理论论界和和半理理论解解1Prantl解假假设设和滑滑裂面面形状状2太沙基基解，，一般般解形形式3极限承承载力力的影影响因因素,c,，D,B,BEFBp实际地地面CIIIIIID45o＋/245o－/2三地地基的的容许许承载载力--地基承承载力力设计计值容许承承载力力f及影响响因素素fpu/Fs,s[s]特征值值fa(设计承承载力力)2.局部塑性区地基承承受荷荷载的的不同同阶段段弹性阶段-

临塑荷载3.极限承承载力力地基承承载力力设计计值f的确①要求较较高：：f=Pcr②一般情情况下下：f=P1/4或P1/3在中国国取P1/4或者：：③用极限限荷载载计算算：f=Pu/FsFs---安全系系数1荷载沉沉降曲曲线临临塑荷荷载、、极限限荷载载pcrpupcr~pu临塑荷荷载连续滑滑动面面和极限限荷载载塑性区区发展展和临界界荷载载pcrpu地基土开始出现剪切破坏s连续滑动面临塑荷荷载临临界界荷载载极极限荷荷载允许地地基中中有一一定的的塑性性区，，作为为设计计承载载力--考察地地基中中塑性性区的的发展展地基土土中某某一点点应力力状态态：，极限平平衡应应力状状态（（塑性性区））条形荷荷载塑塑性区区的计计算自重应应力：：s1=(d+z)s3=k0(d+z)弹性区区的附附加应应力：：合力=：1，3设k0=1.0DzM2塑性区区的计计算弹性区区的合合力：：极限平平衡条条件：：DzM2塑性区区的计计算将应力力代入入极限限平衡衡条件件式（（2），表表示该该点既既满足足弹性性区；；也满满足塑塑性区区—是弹塑塑像区区的边边界。。在荷荷载p作用下下，得得到如如下边边界方方程：：z=f()（3）DzM2弹塑区区边界界方程程塑性区区的最最大深深度Zmax塑性区区的最最大深深度ZmaxDM2塑性区区的最最大深深度Zmax对应Zmax=0——临塑荷荷载；；对应Zmax=B/4，B/3—临界荷荷载。。Pcrp1/4,p1/3=NB/2+Nqd+Ncc（对于于三个个荷载载，三三个系系数不不同。。）各种临临界荷荷载的的承载载力系系数NqNcNPcr1+/ctg-/2+)(1-Nq)ctg0p1/41+/ctg-/2+)(1-Nq)ctg(Nq-1)/2p1/31+/ctg-/2+)(1-Nq)ctg2(Nq-1)/3极限限承承载载力力和和容容许许承承载载力力的的区区别别极限限承承载载力