地基破坏及地基承载力讲义（清楚明了）

地基基承承载载力力第7章第7章地地基基承承载载力力二、、按按塑塑性性取取的的发发展展深深度度确确定定承承载载力力三、、地地基基极极限限承承载载力力一、、地地基基破破坏坏的的模模式式地基基承承受受建建筑筑物物荷荷载载地基基应应力力状状态态改改变变地基基变变形形地基基失失稳稳7.1地地基基破破坏坏的的模模式式地基基变变形形——与地地基基土土的的压压缩缩性性有有关关建筑筑物物基基础础沉沉降降或或沉沉降降差差上部部结结构构倾倾斜斜、、开开裂裂或或损损坏坏沉降降倾斜斜开裂裂地基基失失稳稳——与地地基基土土的的强强度度有有关关地基基土土发发生生滑滑动动——剪剪切切破破坏坏上部部结结构构倒倒塌塌在粘粘土土地地基基上上的的某某谷谷仓仓地地基基破破坏坏情情况况1940年在在软软粘粘土土地地基基上上的的某某水水泥泥仓仓的的倾倾覆覆水泥泥仓仓地地基基整整体体破破坏坏蓝粘粘土土石头头和和粘粘土土地基基土土可可能能的的滑滑动动方方向向岩石石黄粘粘土土地基基土土不不堪堪重重负负而而滑滑动动地基基承承载载力力：：地基基承承受受荷荷载载的的能能力力。。数数值值上上用用地地基基单单位位面面积积上上所所能能承承受受的的荷荷载载来来表表示示。。极限限承承载载力力地基基承承受受荷荷载载的的极极限限能能力力。。数数值值上上等等于于地地基基所所能能承承受受的的最最大大荷荷载载。。容许许承承载载力力保留留足足够够安安全全储储备备，，且且满满足足一一定定变变形形要要求求的的承承载载力力。。建筑筑物物地地基基设设计计的的基基本本要要求求：：稳定定要要求求：：荷荷载载小小于于承承载载力力（（抗抗力力））变形要求：变变形小于设计计允许值S[S]与土的强度有有关与土的压缩性性有关地基承载力沉降计算（分分层总和法））地基土体因承承载能力不足足出现的破坏坏均为剪切破破坏浅基础的地基基剪切破坏的的模式有：整体剪切破坏坏局部剪切破坏坏冲剪破坏整体剪切破坏坏的特点整体剪切破坏坏：是在基础础荷载作用下下，地基发生生连续剪切滑滑动面的破坏坏模式。由普普朗德尔（Prandtl）在1920年提出。整体剪切破坏坏多发生于土质质坚实，基础础埋深浅的地地基。opSpcra阶段1弹性压密阶段段当p<pcr时：p由0→逐渐增大；p~s为线性关系；；地基土逐渐压压密，但不出出现破坏；基础下沉；Fp阶段2局部破坏阶段段puopSpcrab当pcr<p<pu时：随p逐渐增大；首先在在基础边缘出出现破坏区域域p~s为曲线关系；；破坏区域的范范围随p增大而发展；；直至连成片片。基础沉降增大大；阶段3完全破坏段opSpcrpuab当p>pu时：随p逐渐增大；地基土土体沿形成的的滑动面向外外滑动；基础四周地表表隆起：基础急剧下沉沉：临塑荷载pcr极限荷载pu局部剪切破坏坏的特点局部剪切破坏坏：是在基础础荷载作用下下，地基某一一范围内发生生剪切破坏区区的破坏模式式。由太沙基基（Terzaghi）在1943年提出。局部剪切破坏坏多发生于土质质松软，基础础埋深较大的的地基。在荷载逐步施施加的初始阶阶段，p~s就呈非非线性性关系系并无无明显显的拐拐点。。随p逐渐增大；基础础下的破坏坏区域不断断发展，连连成整体。。opSpu当压力增加加到pu时，剪切破破坏面将继继续延伸到到一定位置置，但未到到达地表。。基础四周周土被挤出出，地面稍稍有隆起。。冲剪破坏的的特点冲剪破坏：：是在基础础荷载作用用下，地基基土体发生生垂直剪切切破坏，使使基础产生生交大沉降降的破坏模模式。由德德贝尔（DeBeer）在1958年提出。冲剪破坏多发生于土土质松软，，基础埋深深大的地基基。随着压力的的增加，基基础持续下下沉；因为地基土土的较大压压缩以至于于基础呈现现连续刺入入。p～s曲线从开始始就呈非线线性，没有有转折点；；OpS地基不出现现连续滑动动面，基础础侧面地面面不出现隆隆起，因而而基础边缘缘下的地基基垂直剪切切破坏。地基承载力力的确定以地基整体体剪切破坏坏的模式确确定承载力力地基承载力力的确定方方法有：按塑性区的的发展深度度确定根据地基承承载力的理理论公式确确定依据原位试试验确定1.基本原理—整体剪切切破坏7.2按塑性区的的发展深度度确定地基发生整整体剪切破破坏；破坏区域的的范围随压压力增大而而增大；zmaxp破坏区域的的最大深度度与压力有有关；确定p与zmax之间的关系系；限制zmax，得到p，作为地基承承载力；2.地基塑性变变形区的边边界方程；；q=0dp0zMb条形基础承承受竖向均均布基底压压力；d0b由基底附加加压力在M点产生的主主应力为；；M点位于塑性性破坏区的的边缘上；；（1）线荷载作作用下的地地基附加应应力线荷载作用用下的应力力状态属于于弹性力学学中的平面应变问题，按广广义虎克定定律和y＝0的条件可得得：因此，在平平面问题中中需要计算算的应力分分量只有z、x和xz三个。假设地基中中原有的自自重应力场场为：则M点总的大、、小主应力力为：因M点位于塑性性破坏区的的边缘上；；则M点的大、小小主应力满满足极限平平衡条件；；将M点的大、小小主应力代代入上式，，得：该式即为地地基塑性变变形区的边边界方程。。表示在一一定基底压压力p作用下，塑塑性区边界界上任一点点的深度z与0角的关系。。pzmax求塑性变形形区边界方方程的极值值。令得该式即为地地基塑性变变形区的最最大深度与与基底压力力p的关系。3.临塑荷载令zmax=0，得临临塑荷载pcr为：临塑荷载由由两部分组组成:这两部分都都是内摩擦擦角的函数数。第一部分为为地基土粘粘聚力的作作用;第二部分为为基础两侧侧超载或基基础埋深的的影响;3.临界荷载临界荷载：：是指允许许地基产生生一定范围围塑性区所所对应的荷荷载。允许塑性区区开展深度度的范围大大小与建筑筑物的重要要性、荷载载性质和大大小、基础础形式和特特性、地基基土的物理理力学性质质等有关。。根据工程实实践经验，，在中心荷荷载作用下下，控制塑塑性区最大大开展深度度为b/4，偏心荷载作作用下控制制为b/3，对一般建筑筑物是允许许的。令zmax=b/4，，得p1/4为：令zmax=b/3，，得p1/3为：第一部分表表现为基础础宽度和地地基土重度度的影响；；第二、第第三部分反反映了地基基土粘聚力力和基础埋埋深对承载载力的影响响，这两部部分组成了了临塑荷载载。pcr、p1/3、p1/4可写成统一一形式：7.3地基极限承承载力一、普朗德德尔-瑞斯斯纳公式普朗德尔（Prandtl，1920）利用塑性力力学的滑移移线场理论论，针对无无埋深条形形基础得到到极限承载载力的理论论解，瑞斯斯纳（Reissner，，1924）将其推广到到有埋深的的情况。假定：1.条形基础，，具有足够够大的刚度度；2.基底完全光光滑；3.地基土体具具有刚塑性性，重度为为零；4.基础埋深为为零。当荷载达到到极限荷载载pu时，地基内内出现连续续的滑裂面面。普朗德尔将将整个塑性性区域分为为五个部分分：ⅢⅡⅠ1个Ⅰ区—朗肯主动区区：pu为大主应力力，AC与水平向夹夹角4522个Ⅱ区—过渡区区：r=r0eθtg2个Ⅲ区—朗肯被动区区：水平方方向为大主主应力，EF与水平平向夹角45-2b地面ABCEFⅡⅢpu=pupaI区III区区0d3=0d1ppr0rpupppacR隔离体分析析AⅢⅡⅠb地面ABCEFⅡⅢ在该式的基基础上，瑞瑞斯纳（Reissner，，1924）进一步考虑虑基础埋深深对承载力力的影响，，把基础埋埋深范围内内基底两侧侧土体重量量作为作用用在基底面面上的超载载q=γ0d，得到相应应的地基极极限承载力力公式：二、太沙基基极限承载载力公式基本假设：：1基底完全粗粗糙。当地基破坏坏时，基础础底下的土土楔体ABC处于弹性平平衡状态，，称为弹性性核。AC面与水平面面呈角。ABC2地基破坏时时沿着CDF曲面滑动，，出现连续续的滑动面面。DF面与水平面面的夹角为为45º-/2。ADF为朗肯被动动区，ACD为对数螺线线过渡区。。pu9045-/2q=0dABCDF3将基底以上上的地基土土看作均布布荷载q=0d，不考虑其其强度。bCBDFEAG地面ⅢⅡⅠ4条形基础作作用均布压压力，地基基发生整体体剪切破坏坏。隔离体分析析N、Nq、Nc——承载力系数数，都是土的内内摩擦角的函数，可可从下图中中实线查得得。太沙基极限限承载力公公式可近似似推广到圆圆形、方形形基础，及及局部剪切切破坏情况况。局部剪切破破坏：N‘c、N’q、N‘r：修正后的的承载力力系数，，可由修修正后的的内摩擦擦角'查图中中虚线得得到。局部破坏坏整体破坏坏圆形基础础：方形基础础整体破坏坏局部破坏其他极限承载载力计算公式