第九章-地基承载力优选ppt资料

第九章地基承载力第一页，共59页。9.1概述9.2浅基础的地基(dìjī)破坏模式9.3地基(dìjī)临界荷载9.4地基(dìjī)极限承载力9.5地基(dìjī)容许承载力和地基(dìjī)承载力特征值本章(běnzhānɡ)目录第二页，共59页。承载力的概念(gàiniàn)：地基承受荷载的能力。数值上用(shànɡyònɡ)地基单位面积上所能承受的荷载来表示。极限(jíxiàn)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)9.1概述第三页，共59页。建筑物地基设计的基本(jīběn)要求：稳定要求：基底(jīdǐ)压力小于变形要求(yāoqiú)：变形小于设计允许值S[S]与土的压缩性有关沉降计算（分层总和法）容许承载力（PU/k）承载力特征值（可靠度）承载力确定方法：原位试验、理论公式、规范表格、经验法9.1概述第四页，共59页。9.1概述(ɡàishù)加拿大特朗斯康谷仓(ɡǔcānɡ)事故：1913年9月装谷物(gǔwù)，10月17日装了31822Ｔ谷物(gǔwù)时，1小时竖向沉降达30.5cm24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。第五页，共59页。9.1概述(ɡàishù)在粘土地基(dìjī)上的某谷仓地基(dìjī)破坏情况第六页，共59页。9.1概述(ɡàishù)1940年在软粘土(zhāntǔ)地基上的某水泥仓的倾覆第七页，共59页。9.1概述(ɡàishù)水泥(shuǐní)仓地基的整体破坏第八页，共59页。现场试验(shìyàn)确定地基承载力载荷(zàihè)试验旁压试验(shìyàn)9.1概述第九页，共59页。9.1概述(ɡàishù)载荷(zàihè)板千斤顶百分表堆载法第十页，共59页。9.1概述(ɡàishù)锚桩法第十一页，共59页。123SP0比例界限极限荷载PcrPu阶段(jiēduàn)1：弹性段阶段2：局部(júbù)塑性区阶段(jiēduàn)3：完全破坏段P~S曲线临塑荷载9.1概述第十二页，共59页。1分级加载，分级不少于8级，每级沉降稳定(wěndìng)后再进行下一级加载；说明(shuōmíng)：当出现下列(xiàliè)情况之一时，可终止加载：9.1概述终止加载标准：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）：1承压板周围的土明显侧向挤出2沉降s急骤增大，荷载~沉降（p~s）曲线出现陡降段2Pu取值：满足终止加载标准（破坏标准）的某级荷载的上一级荷载作为极限荷载3在某一荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定4沉降量与承压板宽度或直径之比0.06第十三页，共59页。3冲剪破坏(pòhuài)1整体(zhěngtǐ)剪切破坏土质坚实(jiānshí)，基础埋深浅；曲线开始近直线，随后沉降陡增，两侧土体隆起。2局部剪切破坏松软地基，埋深较大；曲线开始就是非线性，没有明显的骤降段。松软地基，埋深较大；荷载板几乎是垂直下切，两侧无土体隆起。PS1239.2浅基础的地基破坏模式第十四页，共59页。1、整体(zhěngtǐ)剪切破坏土质坚实，基础埋深浅；破坏时形成了延续至地面的连续滑动面，破坏曲线三阶段明显，如曲线（A）。整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏P-S曲线地基(dìjī)的破坏类型9.2浅基础的地基(dìjī)破坏模式第十五页，共59页。2、局部剪切破坏(pòhuài)松软地基，埋深较大；形成局部滑动面，压力与沉降关系一开始就呈显非线性关系，如曲线（B）。整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏P-S曲线地基(dìjī)的破坏类型9.2浅基础的地基(dìjī)破坏模式第十六页，共59页。3、冲剪破坏(pòhuài)松软地基，埋深较大；基础近乎竖直刺如土中，如曲线（C）。整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏P-S曲线地基(dìjī)的破坏类型9.2浅基础(jīchǔ)的地基破坏模式第十七页，共59页。1321整体(zhěngtǐ)剪切破坏2局部(júbù)剪切破坏3冲剪破坏(pòhuài)

地基的破坏类型9.2浅基础的地基破坏模式第十八页，共59页。软粘土(zhāntǔ)上的密砂地基的冲剪破坏9.2浅基础的地基(dìjī)破坏模式第十九页，共59页。影响地基(dìjī)剪切破坏模式的因素：坚硬或密实的土松软土整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏9.2浅基础的地基(dìjī)破坏模式地基(dìjī)土条件基础条件种类密度含水量压缩性抗剪强度型式埋深尺寸第二十页，共59页。9.3地基(dìjī)临界荷载1、地基变形(biànxíng)的三个阶段(1)直线变形(biànxíng)阶段(压密阶段)(2)塑性变形(biànxíng)阶段ab(3)完全破坏阶段bc2.两个临界荷载:(1)临塑荷载(2)极限荷载第二十一页，共59页。无埋深3、临塑荷载（一）基本假定1、地基受条形均布荷载；2、各向的自重应力相等。（二）塑性区边界方程（1）无埋深且不考虑自重情况下M点的大小主应力为：9.3地基(dìjī)临界荷载第二十二页，共59页。（2）有埋深情况下地基中任意点的大小主应力为(假定K0=1)：有埋深9.3地基临界(línjiè)荷载第二十三页，共59页。将代入上式得塑性区边界(biānjiè)方程：当M点达到极限(jíxiàn)平衡状态时，该点的大、小主应力应满足极限(jíxiàn)平衡条件：根据(gēnjù)上式可绘出塑性区边界线如右图。9.3地基临界荷载第二十四页，共59页。塑性区最大深度(shēndù)可由的条件求得：9.3地基临界(línjiè)荷载第二十五页，共59页。

当时，表示地基中刚要出现但尚未出现塑性(sùxìng)区，相应的荷载即为临塑荷载：9.3地基临界(línjiè)荷载第二十六页，共59页。4.临界(línjiè)荷载()如果取作为浅基础的地基承载力无疑是偏于保守的。在中心荷载下，可控制在基础宽度的1/4，相应的荷在用表示(biǎoshì);在偏心荷载下，可控制在基础宽度的1/3，相应的荷在用表示(biǎoshì)：9.3地基(dìjī)临界荷载第二十七页，共59页。讨论(tǎolùn)3公式来源于条形基础，但用于矩形(jǔxíng)基础时是偏于安全的1公式(gōngshì)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9.3地基临界荷载第二十八页，共59页。讨论(tǎolùn)(续)b、d增大(zēnɡdà)p1/4、p1/3增大(zēnɡdà)、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9.3地基临界荷载第二十九页，共59页。9.4地基(dìjī)极限承载力太沙基公式(gōngshì)主要(zhǔyào)内容：——极限承载力也可称作极限荷载第三十页，共59页。假定(jiǎdìng)：概述：普朗德尔(Prandtl,1920)利用塑性力学(lìxué)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(jīdǐ)以下土＝0B2基底完全光滑3埋深d=09.4地基极限承载力第三十一页，共59页。利用塑性力学的滑移(huáyí)线场理论q=0ddpu9.4地基(dìjī)极限承载力第三十二页，共59页。1朗肯主动区：pu为大主应力，AC与水平(shuǐpíng)向夹角4522过渡(guòdù)区：r=r0etg3朗肯被动区：水平(shuǐpíng)方向为大主应力，EF与水平(shuǐpíng)向夹角45-2q=0ddpu9.4地基极限承载力第三十三页，共59页。基础形状(xíngzhuàn)修正Mb、Md、Mc：承载力系数，与内摩擦角k有关5地基(dìjī)容许承载力和地基(dìjī)承载力特征值1小时竖向沉降达30.2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，在理论上是矛盾的第五十五页，共59页。1概述(ɡàishù)第四十九页，共59页。本章(běnzhānɡ)所学习内容：第四十一页，共59页。第四十一页，共59页。普朗德尔-雷斯纳（Prandtl-Reissner）极限(jíxiàn)承载力：5地基容许承载力和地基承载力特征值说明：可近似推广(tuīguǎng)到圆形、方形基础，及局部剪切破坏情况Ep3：侧荷载q=0d产生(chǎnshēng)的抗力地基承受荷载的极限能力。pu=pupaI区9.4地基(dìjī)极限承载力第三十四页，共59页。III区0d3=0d1pp9.4地基(dìjī)极限承载力第三十五页，共59页。r0rpupppa0dcR隔离(gélí)体分析A

9.4地基(dìjī)极限承载力第三十六页，共59页。普朗德尔-雷斯纳（Prandtl-Reissner）极限(jíxiàn)承载力：特例(tèlì)：＝0时pu=0d+(+2)c9.4地基(dìjī)极限承载力第三十七页，共59页。基本(jīběn)条件：1考虑基底以下(yǐxià)土的自重2基底(jīdǐ)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=0d9.4地基极限承载力第三十八页，共59页。被动(bèidòng)区过渡(guòdù)区刚性(ɡānɡxìnɡ)核太沙基（Terzaghi）极限承载力示意9.4地基极限承载力第三十九页，共59页。pu9045-/2基底(jīdǐ)完全粗糙:=q=0d9.4地基(dìjī)极限承载力第四十页，共59页。刚性(ɡānɡxìnɡ)核分析：puEpWEp基底完全(wánquán)粗糙时B9.4地基(dìjī)极限承载力第四十一页，共59页。q=0dEpEp=Ep1+Ep2+Ep3Ep1：土体自重产生(chǎnshēng)的抗力Ep2：滑裂面上粘聚力产生(chǎnshēng)的抗力Ep3：侧荷载q=0d产生(chǎnshēng)的抗力被动(bèidòng)土压力Ep：9.4地基(dìjī)极限承载力第四十二页，共59页。Terzaghi极限(jíxiàn)承载力公式：说明：可近似推广(tuīguǎng)到圆形、方形基础，及局部剪切破坏情况N、Nq、Nc——承载力系数(xìshù)，只取决于9.4地基极限承载力第四十三页，共59页。圆形基础(jīchǔ)：方形基础(jīchǔ)：局部(júbù)剪切：圆形基础的直径9.4地基极限承载力第四十四页，共59页。滑动土体自重(zìzhòng)产生的抗力侧荷载0d产生(chǎnshēng)的抗力滑裂面上的粘聚力产生(chǎnshēng)的抗力极限承载力pu的组成：9.4地基极限承载力第四十五页，共59页。对于饱和软粘土(zhāntǔ)地基＝0：条形(tiáoxínɡ)基础下：普朗德尔-瑞斯纳公式(gōngshì)的特例矩形基础下：斯凯普顿公式9.4地基极限承载力第四十六页，共59页。在原有极限(jíxiàn)承载力公式上修正：基础形状(xíngzhuàn)修正深度(shēndù)修正荷载倾斜修正地面倾斜修正基底倾斜修正9.4地基极限承载力第四十七页，共59页。极限承载力的影响(yǐngxiǎng)因素一般(yībān)公式：B、d增大(zēnɡdà)Pu增大、c、增大外因内因9.4地基极限承载力第四十八页，共59页。9.4地基(dìjī)极限承载力各种承载力理论都是在一定的假设前提下导出的，它们之间的结果不尽一致，各公式承载力系数和特定条件下持力层比较(bǐjiào)见表9－9、表9－10。从表可知，太沙基考虑基底摩擦，其值相对较大；魏锡克和汉森假定基底光滑，其值相对较小，计算结果偏安全。第四十九页，共59页。地基承载力的确定(quèdìng)方法极限(jíxiàn)承载力承载力容许(róngxǔ)承载力或承载力特征值(设计值)9.5地基容许承载力和地基承载力特征值第五十页，共59页。地基容许承载力：是指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：是指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。因此，地基容许承载力或地基承载力特征值的定义(dìngyì)是在保证地基稳定的条件下，使建筑物基础沉降的计算值不超过允许值的地基承载力。9.5地基(dìjī)容许承载力和地基(dìjī)承载力特征值第五十一页，共59页。已学习内容（关于(guānyú)浅基础）临界(línjiè)荷载P1/4、P1/3临塑荷载(hèzài)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问题：如何确定容许承载力？9.5地基容许承载力和地基承载力特征值第五十二页，共59页。修正后容许(róngxǔ)承载力的确定办法：1通过公式(gōngshì)计算①要求(yāoqiú)较高：

=Pcr

②一般情况下：

=P1/4或P1/3

在中国取P1/4或者：③用极限荷载计算：

=Pu/K

K---安全系数太沙基：K3.0斯凯普顿：K=1.1~1.5汉森公式：K

2.0K=9.5地基容许承载力和地基承载力特征值第五十三页，共59页。我国规范(guīfàn)中取：fa=Mbb+Mdmd+Mcck1《建筑(jiànzhù)地基基础设计规范》（GBJ7-89）2《建筑(jiànzhù)地基基础设计规范》（GB50007-2002）fa：承载力特征值（设计(shèjì)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9.5地基容许承载力和地基承载力特征值第五十四页，共59页。2通过(tōngguò)载荷试验确定①有明显(míngxiǎn)直线段：fak=Pcr

②加载到破坏(pòhuài)且Pu/2<Pcr：③不能满足上述要求时：123SP0比例界限极限荷载PcrP