地基承载力课件

地基承載力

6.1概述●地基承載力是指地基土單位面積上所能承受荷載的能力。試驗研究表明，在荷載作用下，建築物地基的破壞通常是由於承載力不足而引起的剪切破壞。●研究地基承載力的目的是安全、正常使用。●取值可分為其特徵值（fak）和修正值（fa

）●影響土抗剪切破壞能力的因素很多

基礎的形狀、荷載的傾斜與偏心、覆蓋層的抗剪強度、地下水位、下臥層的影響。6.2地基破壞的模式

為了瞭解地基承載力的概念及地基地基土受荷後剪切破壞的過程和形狀，可以通過現場載荷試驗或室內模擬試驗來研究，這些試驗實際上是一種基礎受荷的模擬試驗。1－承壓板；2－千斤頂

3－百分表；4－平臺

5－支墩；6－堆載地基土現場載荷試驗圖地基破壞的模式

根據試驗結果可繪出載荷試驗的p-s曲線，如右圖所示。如果p-s曲線上能夠明顯地區分其承載過程的三個階段，則可以較方便地定出該地基的比例界限荷載pa和極限承載力pu。若p-s曲線上沒有明顯的三個階段，根據GBJ7-02《建築地基基礎設計規範》，地基承載力基本值可按載荷板沉降與載荷板寬度或直徑之比即s/b的值確定，對低壓縮性土和砂土可取s/b=0.01～0.015，對中、高壓縮性土可取0.02。

地基破壞的模式及其特徵根據上圖的A，B，C三條p-s曲線分別對應右圖的三種地基破壞形式。（a）整體剪切破壞：三角壓密區，形成連續滑動面，兩側擠出並隆起，有明顯的兩個拐點。淺基下密砂硬土堅實地基。（b）局部剪切破壞：基礎下塑性區到地基某一範圍，滑動面不延伸到地面，基礎兩側地面微微隆起，沒有出現明顯的裂縫。常發生於中等密實砂土中。（c）刺入剪切破壞（沖剪破壞）：基礎下土層發生壓縮變形，基礎下沉，當荷載繼續增加，附近土體發生豎向剪切破壞，使基礎刺入土中，而基礎兩邊的土體並沒有移動。常發生於松砂及軟土中。二、破壞模式的判別

魏錫克（Vesic，A.S）建議用土的相對壓縮性來判別土的破壞形式，即土的剛度指標大於土的臨界剛度指標時，則認為土是相對不可壓縮的，這時的地基將發生整體剪切破壞；反之，則認為土是相對可壓縮的，地基可能發生局部或沖剪破壞。式中：G、E分別為土的剪切、變形模量；μ-泊松比；c-內聚力。為土的內摩擦角；q0-地基中膨脹區平均超載壓力，取z=b/2。三、地基破壞的三個階段由地基破壞的p-s曲線形態來看，地基破壞的過程一般將經歷如下三個階段：（1）壓密階段（或稱線彈性變形階段）

p-s曲線接近於直線，各點剪應力均小於土的抗剪強度，處於彈性平衡狀態。此階段荷載板的沉降主要是由於土的壓密變形引起的，如圖中p-s曲線上的oa段。通常將p-s曲線上相應於a點的荷載稱為比例界限荷載pa。

（2）剪切階段（或稱彈塑性變形階段）

p-s曲線已不再保持線性關係，沉降的增長率隨荷載的增大而增加。塑性區。b點對應的荷載稱為極限荷載pu

。地基破壞的三個階段（續）（3）破壞階段

當荷載超過極限荷載後，荷載板急劇下沉，即使不增加荷載，沉降也不能穩定，這表明地基進入了破壞階段。在這一階段，由於土中塑性區範圍的不斷擴展，最後在土中形成連續滑動面，土從載荷板四周擠出隆起，基礎急劇下沉或向一側傾斜，地基發生整體剪切破壞。破壞階段相當於右圖中p-s曲線上的bc段。

6.3臨塑荷載和塑性荷載在條形均布荷載作用下，根據地基中應力分佈和土極限平衡條件，可得到基底壓力p與基礎下塑性區開展的最大深度zmax的關係：分別令zmax=0和zmax=b/4(b為基礎寬度),對應的基底壓力即為臨塑荷載pcr和塑性荷載p1/4，即

中

Nc,Nd,N1/4

稱為承載力係數，它只與土的內摩擦角有關.承載力係數N1/4、Nd、Nc表二、計算公式的適用條件（1）計算公式適用於條形基礎。這些計算公式是從平面問題的條形均布荷載情況下導得的，若將它近似地用於矩形基礎，其結果是偏於安全的。（2）計算土中由自重產生的主應力時，假定土的側壓力係數K0＝1，這與土的實際情況不符，但這樣可使計算公式簡化。（3）在計算塑性荷載時，土中已出現塑性區，但這時仍按彈性理論計算土中應力，這在理論上是相互矛盾的，其所引起的誤差隨著塑性區範圍的擴大而擴大。6.4極限承載力理論公式●地基達到整體剪切破壞時的最小壓力，稱為地基~。●地基極限荷載指地基在外荷作用下產生的應力達到極限平衡時的荷載，即b點的荷載pu。●地基極限承載力的理論解答方法有兩種：一是假定地基土是剛塑體，用解析或數值法求解；二是假定地基土在極限狀態下滑動面的形狀，然後根據滑動土體的靜力平衡條件求解極限荷載。●常用的方法有：普朗特爾地基極限承載力公式，太沙基極限承載力公式，漢森公式等。●影響極限承載力的因素：1．普朗特爾地基極限承載力公式假定條形基礎置於地基表面（d=0），地基土無重量（g=0）且基礎底面光滑無摩擦力的條件下，根據塑性力學理論求得了基礎下形成連續塑性區而處於極限平衡狀態時的地基滑動面形態右圖所示。地基的極限平衡區可分為三個區：在基底下的朗肯主動狀態區（Ⅰ區）、基礎外側的朗肯被動狀態區（Ⅲ區）以及Ⅰ區與Ⅲ區之間的過渡區（Ⅱ區）。則地基極限承載力理論公式如下：普朗特爾地基滑動面形態圖

承載力係數是內摩擦角的函數。2.太沙基極限承載力公式

(1)

基本公式

適用範圍：適用於基礎底面粗糙的條形基礎（l/lb≥5，d≤b）。理論假定：（1）條形基礎，均布荷載作用；（2）地基發生滑動時，滑動面的形狀兩端為直線，中間為曲線，左右對稱。（3）滑動面分為三區：但Ⅰ區內土體不是處於朗肯主動狀態，而是處於彈性壓密狀態，它與基礎底面一起移動，並假定滑動面與水平面成j

角。Ⅱ區、Ⅲ區與普朗特爾解相似，分別是輻射線和對數螺旋曲線組成過渡區與朗肯被動狀態區。太沙基地基極限承載力基本公式

（2）非條形基礎時的太沙基地基極限承載力公式

太沙基地基極限承載力基本公式只適用於條形基礎，對於圓形或方形基礎，太沙基提出了半經驗的極限荷載公式：

方形基礎：圓形基礎：

(3)

地基承載力

式中K—安全係數，K≥33、漢森公式1、適用條件

a、傾斜荷載作用（區別於前兩種方法）；

b、基礎形狀基礎的長寬比、矩形基礎和條形基礎的影響都以記入；

c、基礎埋深適用於d<b基礎底寬的情況,並考慮了基礎埋深與基礎寬度之比的影響。2、極限荷載公式影響極限承載力的因素

地基的極限承載力與建築物的安全和經濟密切相關，尤其對重大工程或承受傾斜荷載的建築物更為重要。各類建築物採用不同的基礎型式、尺寸、埋深，置於不同地基土質情況下，極限承載力的大小可能懸殊很大。影響地基的極限承載力的因素很多，可歸結為以下幾個方面：

1、地基的破壞形式；

2、地基土的指標；

3、基礎設計尺寸；

4、荷載作用方向；

5、荷載作用時間。6.5地基承載力特徵值的確定（1）根據載荷試驗的p-s曲線來確定確定地基承載力最直接的方法是現場載荷試驗的方法。載荷試驗是一種基礎受荷的模擬試驗,方法是在地基土上放置一塊剛性載荷板（深度一般位於基底的設計標高處，載荷板面積一般約為0.5m2），然後在載荷板上逐級施加荷載，同時測定在各級荷載下載荷板的沉降量，並觀察周圍土位移情況，直到地基土破壞失穩為止。（2）根據設計規範確定在GB50007－02《建築地基基礎設計規範》中給出了各類土的地基承載力經驗值。這些表是根據在各類土上所做的大量的載荷試驗資料，以及工程經驗經過統計分析而得到的，在無當地經驗時，可據此估算地基的承載力。（3）根據地基承載力理論公式確定地基承載力理論公式是在一定的假定條件下通過彈性理論或彈塑性理論導出的解析解，包括地基臨塑荷載pcr公式、臨界荷載p1/4公式、太沙基公式、普朗特爾和漢森公式等。一、原位測試法確定地基承載力1、靜載試驗淺層平板載荷試驗深層平板載荷試驗深層平板載荷試驗

●適用於確定深部地基土層及大直徑樁樁端土層在承壓板下應力主要影響範圍內的承載力和變形參數。●採用直徑為0.8m的剛性板，緊靠承壓板周圍外側的土層高度應不少於80cm。●加載分級：每級加載為預估極限承載力的1/10~1/15。每級加載後，第一小時內按間隔10、10、10、15、15min，以後為每隔半小時測讀一次沉降，當連續兩小時內，每小時的沉降量小於0.1mm時，則認為已趨穩定，可加下一級荷載。●當出現下列情況之一時，可終止加載：1、沉降s急驟增大，荷載~沉降（p~s）曲線上有可判定極限承載力的陡降段，且沉降量超過0.04d（d為承壓板直徑）；2、在某級荷載下，24小時內沉降速率不能達到穩定標準；3、本級沉降量大於前一級沉降量的5倍；4、當持力層土層堅硬，沉降量很小時，最大加載量不小於設計荷載的2倍。●承載力標準值的確定：當p~s曲線上有比例界限時，取該比例界限所對應的荷載值；2.標準貫入試驗

●標準貫入試驗(SPT)是動力觸探的一種，它利用一定的錘擊動能（錘重63.5kg，落距76cm）,將一定規格的對開管式的貫入器打入鑽孔孔底的士中，根據打入土中的貫阻抗，判別土層的工程性質。貫入阻抗用貫入器貫入土中30cm的錘擊數N63.5表示,N63.5也稱為標貫擊數。右圖

1-穿心錘;2-錘墊;3-觸探杆;4-錘頭.●標準貫入試驗成果的應用

（1）確定土的物理性質;(2)確定土的力學參數;(3)確定地基土的允許承載力；（4）判定地震液化。

3.輕便觸探

輕便觸探由尖錐頭、觸探杆（25mm的金屬管）和穿心錘（m=10kg）3部分組成。操作步驟：數據處理：4.靜力觸探試驗雙橋探頭結構示意圖二、按地基強度理論確定承載力特徵值

（1）臨塑荷載公式（2）臨界荷載公式中心荷載：偏心荷載：（3）極限荷載除以安全係數普-雷公式：

太沙基公式：（4）<規範>公式

我國《地基規範》規定，地基承載力分：承載力基本值fo、承載力標準值fk和承載力設計值f。

地基承載力基本值fo是根據表格確定，規範給出各種土的承載力基本值表，比如粘性土的承載力基本值fo可查下表確定：第一指標

孔隙比e第二指標液性指數IL00.250.500.751.001.200.5475430390(360)

0.6400360325295(265)

0.73252952652402101700.82752402202001701350.92302101901701351051.0200180160135115

1.1

160135115105

注：（1）有括弧者僅供內插用。

（2）折算係數為0.1

（3）在湖、塘、穀與河漫灘地段新近沉積和粘性土及粉土，其工程性能一般較差。第四紀晚更新世及其以前沉積的老粘性土，其工程性能通常較好。這些土均應根據當地實踐經驗取值。地基承載力標準值fk計算式為：fk=φf*fo，其中φf為回歸修正係數，按下式計算：

式中n為查表的土性質指標參加統計個數；δ為變異係數。

地基承載力設計值f的計算式為式中ηb，ηd