工程岩土的评价与图标编制-地基承载力计算

地基承载力2.4.2地基承载力1地基承载力概述2剪切破坏的形式3确定地基承载力的方法1）

现场荷载试验确定地基容许承载力2）

理论公式确定地基容许承载力3）

按规范法确定地基容许承载力1、地基承载力概述地基承受建筑物荷载的作用后，内部应力发生变化。一方面，附加应力引起地基土变形造成建筑物沉降。另一方面，附加应力引起地基内土体的剪应力增加，当某一点的剪应力达到土的抗剪强度时，这一点的土就处于极限平衡状态。若土体中某一区域内各点都达到极限平衡状态，就形成极限平衡区，或称为塑性区。如荷载继续增大，地基内极限平衡区的发展范围随之不断扩大，局部的塑性区发展成为连续贯穿到地表的整体滑动面。这时，基础下一部分土体将沿滑动面产生整体滑动，称为地基失去稳定。如果这种情况发生，建筑物将发生严重的塌陷、倾倒等灾害性的破坏。1、地基承载力概述地基的承载力是指地基承受荷载的能力。通常分为两种承载力：一种称为地基极限承载力，它是指地基即将丧失稳定性时的承载力；另一种称为地基容许承载力，它是指地基稳定有足够的安全度并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载力。1、地基承载力概述影响地基极限承载力的因素很多，除地基土的性质外，还与基础的埋置深度、宽度、形状有关。容许承载力则还与建筑物的结构特性等因素有关。因此，地基承载力与通常所说的材料的“容许强度”或构件的“承载力”的概念有很大的区别。1、地基承载力概述在基础设计中，要求地基压应力的计算值不超过地基容许承载力。地基容许承载力的确定，一般可通过如下三种途径：①利用现场荷载试验成果；②利用理论公式；③按公路桥涵设计规范方法。1、地基承载力概述2剪切破坏的形式oPSPcrfuab临塑荷载极限荷载压缩变形塑性变形剪切破坏1整体剪切破坏2剪切破坏的形式2局部剪切破坏2局部剪切破坏静荷载曲线没有明显的直线段，地基破坏的曲线也不呈现整体剪切破坏那样的明显的陡降。当基底压力达到一定数值即相应的极限荷载时，基础两侧微微隆起，然而剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域，未形成延伸至底面的连续滑动面。2剪切破坏的形式2局部剪切破坏随着荷载的增加，基础出现持续下沉，主要因为地基土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入。地基不出现连续滑动面，基础侧面地面不出现隆起，因而基础边缘下的地基垂直剪切破坏2剪切破坏的形式3冲剪破坏地基的破坏形式，主要与地基土的性质尤其是与压缩性质有关。较坚硬或密实的土，具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏软弱粘土或松砂土地基，具有中高压缩性，常常呈现局部剪切破坏或者冲剪破坏。2剪切破坏的形式3确定地基承载力的方法1）

现场荷载试验确定地基容许承载力2）

理论公式确定地基容许承载力3）

按规范法确定地基容许承载力地基从开始发生变形到失去稳定(即破坏)的发展过程，可利用现场荷载试验来说明。下图表示由载荷试验测得P-S的曲线。典型的P-S曲线(即整体剪切破坏)可以分成压密阶段(Oa)、局部剪切变形阶段(ak)和整体剪切破坏阶段(k以后)。3确定地基承载力的方法

地基变形三阶段图a）曲线；b）压缩阶段；c）局部剪切阶段；d）破坏阶段1）现场荷载试验确定地基容许承载力1）现场荷载试验确定地基容许承载力(1)压密阶段：相应于P-S曲线上的oa段，近于直线关系。此阶段地基中各点的剪应力均小于地基土的抗剪强度，地基土处于弹性平衡状态，如图b)所示。基础沉降的主要原因是土颗粒互相挤密、空隙减小，地基土产生压缩变形。3确定地基承载力的方法1）现场荷载试验确定地基容许承载力(2)局部剪切阶段：相应于P-S曲线上的ak段。在此阶段，变形的增加率随荷载的增加而增大，P-S曲线向下弯曲。其原因是在地基土中的局部区域内，发生剪切变形：如图c)所示。这些区域称为塑性变形区。随着荷载的增加，地基土中塑性变形区的范围逐渐增大。3确定地基承载力的方法1）现场荷载试验确定地基容许承载力(3)破坏阶段：相应于P-S曲线上的kc段。当荷载增加到某一极限时，地基变形突然增大，说明地基土中的塑性变形区已形成了与地面贯通的连续滑动面，如图d)所示，地基土向基础一侧或两侧挤出，地面隆起，地基整体失稳，基础急剧下沉。3确定地基承载力的方法1）现场荷载试验确定地基容许承载力P-S曲线中的a和k点是变形由一个阶段过渡到另一个阶段的两个特征分界点。a点对应的荷载Pa，即Pcr是地基中即将出现塑性变形区的荷载，称为临塑荷载；k点对应的荷载Pk是地基将要发生整体剪切破坏的荷载，称为极限荷载。3确定地基承载力的方法1）现场荷载试验确定地基容许承载力显然以Pk作为地基的容许承载力是极不安全的，而将临塑荷载作为地基的容许承载力，有时又偏于保守，因为荷载P大于Pa时，只要保证塑性区最大深度不超过某一界限，地基就不会形成连通的滑动面，就不会发生整体剪切破坏。3确定地基承载力的方法1）现场荷载试验确定地基容许承载力实践表明，地基土中塑性变形区的最大深度Zmax达到1／4～1／3的基础宽度时，地基仍是安全的。与塑性区最大深度Zmax相对应的荷载强度，称为临界荷载。3确定地基承载力的方法1）现场荷载试验确定地基容许承载力(1)对于密实砂土、一般硬粘土等低压缩性土，其P-S曲线通常有较明显的直线段，如图a)中曲线Ⅰ，一般可用直线段末端a点所对应的临塑荷载Pa作为地基的容许承载力。利用荷载试验所得的P-S曲线来确定地基的容许承载力应注意如下几个方面：3确定地基承载力的方法1）现场荷载试验确定地基容许承载力(2)对于稍松的砂土、新填土、可塑性粘土等中高压缩性土，其P-S曲线没有明显的直线段和转折点，如图a)中曲线Ⅱ，这种地基上的建筑物，沉降量很大，故用相对沉降量进行控制。一般采用压缩变形量为0.02b所对应的荷载P0.02b作为地基的容许承载力。利用荷载试验所得的P-S曲线来确定地基的容许承载力应注意如下几个方面：3确定地基承载力的方法1）现场荷载试验确定地基容许承载力(3)对于少数硬粘土，临塑荷载Pa接近极限荷载Pk

，如图a)中曲线Ⅲ，可取Pb/K(K为安全系数，取K=2)作为地基的容许承载力。利用荷载试验所得的P-S曲线来确定地基的容许承载力应注意如下几个方面：3确定地基承载力的方法1）现场荷载试验确定地基容许承载力但应指出，地基承载力还与基础的形状、底面尺寸、埋置深度等有关，由于荷载试验是承压板尺寸远小于实际地基的底面尺寸，因此，用上述方法确定的地基容许承载力是偏于保守的。利用荷载试验所得的P-S曲线来确定地基的容许承载力应注意如下几个方面：3确定地基承载力的方法1.临塑荷载临塑荷载是指在外荷载作用下，地基中刚开始产生塑性变形时，基础底面单位上承受的荷载。地基的临塑荷载Pcr，计算公式如下：2）理论公式确定地基容许承载力（2-4-8）（2-4-9）（2-4-10）3确定地基承载力的方法1.临塑荷载式中

Pcr——地基的临塑荷载；

g——地基埋深范围内土的重度；

d——基础埋深；

c——基础底面下土的粘聚力；j——基础底面下土的内摩擦角（°）；Nd、Nc——承载力系数，可根据j值按公式（2-4-9）、式（2-4-10）计算。2）理论公式确定地基容许承载力3确定地基承载力的方法2.临界荷载在荷载作用下，当地基中塑性变形区最大开展深度为Zmax=b/4，或在偏心荷载作用下，当地基中塑性变形区最大开展深度为Zmax=b/3时，与此相对应的基础底面的压力，称为临界荷载或塑性荷载，中心荷载作用时用表示，偏心荷载作用时表示。计算公式入下：2）理论公式确定地基容许承载力（2-4-11）3确定地基承载力的方法2.临界荷载在荷载作用下，当地基中塑性变形区最大开展深度为Zmax=b/4，或在偏心荷载作用下，当地基中塑性变形区最大开展深度为Zmax=b/3时，与此相对应的基础底面的压力，称为临界荷载或塑性荷载，中心荷载作用时用表示，偏心荷载作用时表示。计算公式入下：2）理论公式确定地基容许承载力（2-4-12）偏心荷载作用时：3确定地基承载力的方法2.临界荷载在荷载作用下，当地基中塑性变形区最大开展深度为Zmax=b/4，或在偏心荷载作用下，当地基中塑性变形区最大开展深度为Zmax=b/3时，与此相对应的基础底面的压力，称为临界荷载或塑性荷载，中心荷载作用时用表示，偏心荷载作用时表示。计算公式入下：2）理论公式确定地基容许承载力（2-4-13）偏心荷载作用时：（2-4-14）3确定地基承载力的方法2.临界荷载式中

b——基础宽度（m），矩形基础短边，圆形基础采用,A为圆形基础底面积；

——承载力系数，可根据j值按公式（2-4-13）、式（2-4-14）计算。2）理论公式确定地基容许承载力3确定地基承载力的方法3.极限荷载极限荷载为地基将要失去稳定，土体将被从基底挤出时，作用于地基上的外荷载。2）理论公式确定地基容许承载力世界各国计算极限荷载的公式很多，但目前尚无公认的完美公式，大多限于条形荷载和均质地基。其主要区别是对地基破坏时的滑裂面形式作了不同的假定，使得计算结果很不一致，不能完全符合地基的实际状况。所以应用每种计算公式时，一定要注意它的适用范围。3确定地基承载力的方法3.极限荷载2）理论公式确定地基容许承载力一般最常用的极限荷载计算公式有下述几种：太沙基公式(适用于条形基础、方形基础和圆形基础)；斯凯普顿公式(适用于饱和软土地基，内摩擦角的j=0浅基础)；汉森公式(适用于倾斜荷载的情况)。3确定地基承载力的方法3.极限荷载2）理论公式确定地基容许承载力理论公式法中所求得的临塑荷载Pcr

、临界荷载或和极限荷载Pu均可作为地基容许承载力。但是，临塑荷载Pcr作为地基容许承载力偏于保守；极限荷载Pu则应有足够的安全储备，即取值，其中K值为安全系数，K=1.5~2.0；比较Pu和或两种结果，应取两者较小值作为地基容许承载力。但必须注意，这里只考虑了地基土的承载力，所以必要时还应验算基础沉降。3确定地基承载力的方法3）规范方法确定地基承载力规范承载力表是在总结科研成果和工程实践经验的基础上制定的，利用现场勘查资料或室内试验资料直接查表得到承载力的标准值或承载力的基本值。3确定地基承载力的方法规范法确定地基承载力容许值1、由载荷试验或其他原位测试取得，其值不应大于地基极限承载力的1/2。一、地基承载力基本容许值2、当受现场条件限制，当载荷试验和原位测试确有困难时，也可以采用规范有关规定的值。一、地基承载力基本容许值如一般岩石地基可根据强度等级、节理按表确定承载力基本容许值[]，见下表4-1。其它地基可查书中表4-2～表4-7。一、地基承载力基本容许值一、地基承载力基本容许值节理发程度坚硬程度节理不发育节理发育节理很发育坚硬岩、较硬岩＞30003000～20002000～1500较软岩3000～15001500～10001000～800软岩1200～10001000～800800～500极软岩500～400400～300300～200岩石地基承载力基本容许值[]表4-1修正后的地基承载力容许值按（4-17）确定，当基础位于水中不透水地层上时，按平均常水位至一般冲刷线的水深每米再增大10。二、修正后的地基承载力容许值(4-17)式中：——修正后的地基承载力容许值(kPa)；——地基承载力基本容许值(kPa)；二、修正后的地基承载力容许值式中：应首先考虑由载荷试验或其他原位测试取得，其值不应大于地基极限承载力的1/2；对中小桥、涵洞，当受现场条件限制，或载荷试验和原位测试确有困难时，也可根据岩土类别、状态及其物理力学特性指标按表4-1～表4-7选用；二、修正后的地基承载力容许值式中：地基承载力基本容许值尚应根据基础宽度（b＞2m）、基底埋深（h＞3m）及地基土的类别按照上式(4-17)进行修正。二、修正后的地基承载力容许值b——基础底面的最小边宽(m)；当b<2m时，取b=2m；当b>l0m时，取b=l0m；h——基底埋置深度（m），自天然地面起算，有水流冲刷时自一般冲刷线起算；当h＜3m时，取h=3m；当h＞4时，取h=4b；二、修正后的地基承载力容许值k1、k2——基底宽度、深度修正系数，根据基底持力层土的类别按表4-8确定；二、修正后的地基承载力容许值r1——基底持力层土的天然重度(kN／m3)；若持力层在水面以下且为透水者，应取浮重度：二、修正后的地基承载力容许值r2——基底以上土层的加权平均重度(kN／m3)；换算时若持力层在水面以下，且不透水时，不论基底以上土的透水性质如何，一律取饱和重度；当透水时，水中部分土层则应取浮重度。二、修正后的地基承载力容许值二、修正后的地基承载力容许值表4-8地基承载力宽度、深度修正系数k1、k2土类黏性土粉土砂土碎石土老黏性土一般黏性土新近—粉砂细砂中砂砂砾、粗砂碎石、圆砾卵石沉积角砾IL≥0.5IL＜0.5黏性土—中密密实中密密实中密密实中密密实中密密实中密密实k10000011.21.5223343434k22.51.52.511.522.53445.556566101、软土地基承载力基本容许值[fa0]应由载荷试验或其他原位测试取得，然后按照式（4-17）计算修正后的地基承载力容许值。三、软土修正后的地基承载力容许值2、当荷载试验和原位测试确有困难时，对于中小桥、涵洞基底未经处理的软土地基，修正后的地基承载力容许值[fa]可采用以下两种方法确定：三、软土修正后的地基承载力容许值（1）根据原状土天然含水水率ω，按表4-9确定软土地基承载力基本容许值[fa0]，然后按（4-18）计算修正后的地基承载力容许值[fa]：[fa]=[fa0]+r2h三、软土修正后的地基承载力容许值(4-18)三、软土修正后的地基承载力容许值天然含水量36404550556575100908070605040软土地基承载力基本容许值[fa0]（2）根据原状土强度指标确定软土修正后的地基承载力容许值[fa]：三、软土修正后的地基承载力容许值(4-19)(4-20)式中：m――抗力修正系数，可视为软土灵敏及基础长宽比等因素选用1.5～2.5；Cu――地基土不排水抗剪强度标准值，kpa;三、软土修正后的地基承载力容许值式中：kp――系数；H――由作用（标准值）引起的水平力，KN;三、软土修正后的地基承载力容许值式中：b――基础宽度，m，有偏心作用时取b-2eb；l――垂直于b边的基础长度，m，有偏心作用时取l-2el;三、软土修正后的地基承载力容许值式中：eb、el――偏心作用在宽度和长度方向的偏心距；r2、h――意义同式（4-17）三、软土修正后