任务5天然地基容许承载力

任务5天然地基容许承载力任务5-1地基的破坏形态一、理论知识a）地基在建筑物荷载作用下内部应力发生变化体现在两个方面：i）地基土在建筑物荷载作用下产生压缩变形；ii）超载荷载作用下使地基产生滑动破坏。b）地基承载力是地基单位面积上成熟荷载的能力。分两种：i）极限承载力：地基即将丧失稳定性时的承载力；ii）容许承载力：地基稳定有足够的安全度并且变形在建筑物容许范围内时的承载力。容许承载力是一个变量。由查表得到。任务5天然地基容许承载力任务5-1地基的破坏形态一、理论知识1.土的破坏形态（1）整体剪切破坏一般发生在密实砂土、基础埋深很浅或饱和黏土、荷载急速增加的情况下，极易造成整体剪切破坏。（2）局部剪切破坏一般发生在黏性土或中密砂土，基础埋深较浅；或基础埋深较大时，无论是砂类土或黏性的地基中，最常见的破坏形态是局部剪切破坏。（3）冲切破坏一般发生在松砂或其他松散结构的地基土中。任务5天然地基容许承载力任务5-1地基的破坏形态一、理论知识1.土的破坏形态发生整体剪切破坏的地基，过程可以分为三个阶段：（1）直线变形阶段（oa段）——压密阶段此阶段地基中各点的剪应力小于地基土的抗剪强度，地基处于稳定状态。（2）局部塑性变形阶段（ab段）——稳定状态向不稳定状态的过渡性阶段此阶段在地基的局部区域内，发生了剪切破坏，该区域称塑性变形区。（3）破坏阶段此阶段地基中的塑性变形区，已经发展到形成与地面贯通的连续滑动面。地基土向基础的一侧或两侧挤出，地面隆起，地基整体失稳，基础也随之突然下陷。任务5天然地基容许承载力任务5-1地基的破坏形态一、理论知识1.土的破坏形态地基破坏过程中作用在它上面的荷载有两个特征值：i）地基中开始出现塑性变形区的荷载，临塑荷载Pcr；ii）使地基剪切破坏，失去整体稳定的荷载，极限荷载Pu。地基的容许承载力，应该小于极限荷载，而稍大于临塑荷载。任务5天然地基容许承载力任务5-1地基的破坏形态一、理论知识2.确定地基承载力应考虑的因素a）影响因素众多，根据构筑物的重要性和结构特点具体分析各个影响因素。b）确定地基承载力的方法：i）临界荷载和极限荷载确定；ii）按《规范》确定地基容许承载力；iii）触探法确定地基容许承载力；iv）根据荷载试验的p－s曲线确定。任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识求容许承载力的途径：a）工程经验表明：地基中的塑性变形区的深度达1/4~1/3的基础宽度时，地基仍是安全的。此时所对应的荷载称为临界荷载，记为P1/3,P1/4;b）求得极限荷载后，除以使地基具有足够稳定的安全系数，即得到地基的容许承载力。任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识1.临塑荷载公式建立条件：在条形基础受均布荷载和均质地基条件下。塑性区的最大深度zmax可表示为：临塑变形区的最大深度zmax＝0，则地基处于刚要出现塑性变形区的状态。此时，作用在地基上的荷载，称为临塑荷载Pcr，即任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识2.临界荷载公式a）对于软土，可取临塑荷载Pcr作为地基容许承载力，取fai＝0；b）对于一般的土，当塑性变形区最大深度zmax等于1/3或1/4的基础宽度（b）时，取此塑性变形区深度对应的荷载（临界荷载），作为地基的容许承载力，将zmax＝b/3或zmax=b/4代入上临塑荷载公式，得写成统一格式Nr,Nq,Nc称为承载力系数，可按下列公式求解任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识2.临界荷载公式Nr,Nq,Nc称为承载力系数，可按下列公式求解承载力系数只与土的内摩擦角有关任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识3.地基极限承载力目前极限承载力公式主要适合于整体剪切破坏的地基。（1）普朗特尔－瑞斯纳公式条件：受垂直均布荷载作用的、无限长的、底面光滑的条形刚性板置于无重量土（r＝0）的表面上，当刚性荷载板下的土体处于塑性平衡状态时，其破坏图式首先由普朗特尔给出：Nc——承载力系数承载力系数仅与fai有关，无量纲任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识3.地基极限承载力目前极限承载力公式主要适合于整体剪切破坏的地基。（1）普朗特尔－瑞斯纳公式条件：瑞斯纳假定不考虑基底以上两侧土的强度，将其重量以均布超载q＝rD代替，得到超载引起的极限承载力：Nq为仅与fai有关的承载力系数任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识3.地基极限承载力目前极限承载力公式主要适合于整体剪切破坏的地基。（1）普朗特尔－瑞斯纳公式将普朗特尔与瑞斯纳公式合并，得到普朗特尔－瑞斯纳公式：承载力系数Nc和Nq有如下关系：任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识3.地基极限承载力目前极限承载力公式主要适合于整体剪切破坏的地基。（1）普朗特尔－瑞斯纳公式对普朗特尔－瑞斯纳公式的修正：索科洛夫斯基假设c＝0，q＝0，考虑土的重量对强度的影响，得到了土的重度引起的极限承载力为：Nr——承载力系数任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识3.地基极限承载力目前极限承载力公式主要适合于整体剪切破坏的地基。（1）普朗特尔－瑞斯纳公式对于c，q，r都不为零的情况，得到极限承载力的一般计算式：Nr，Nq，Nc可根据fai值查表（表5-1）得到.任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识3.地基极限承载力（2）太杀基公式地基的极限荷载式中Nr,Nc,Nq为仅与土的内摩擦角有关的承载力系数任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识3.地基极限承载力（2）太杀基公式太杀基地基承载力系数曲线任务5天然地基容许承载力任务5-2地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介一、理论知识3.地基极限承载力（2）太杀基公式对局部剪切破坏情况，太杀基建议用经验方法调整抗剪强度指标c和fai，即因此，此种情况下的极限承载力为N’c,N’q,N’r承载力系数可有上图查得，任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力a）地基的基本承载力是指地质情况且简单的一般桥涵地基，当基础的宽度b=2m，埋深h=3m时地基容许承载力（基础的“宽度b”，对于矩形基础为短边宽度，对于圆形或正多边形基础为基础地面积开方）；b）当b2m，h3m且h/b=4时，《规范》还提供了考虑宽度和深度修正的地基容许承载力的计算公式。任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力（1）地基土基本承载力的确定一般是根据实验得到现场取土土样的物理力学性质指标数据，然后按确定的土的类别和相关指标参数在表中查出其基本承载力。但是，当b=2m且h=3m时，查得的承载力值即为基地容许承载力。任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力①碎石类土地基的基本承载力密实度是影响碎石类土承载力的一个重要因素；《规范》根据碎石类土的名称和密实程度，提供了碎石类土地基的基本承载力表。表5-2a）半胶结碎石类土的基本承载力，可按密实的同类土的承载力值再提高10%～20%；b）由硬质岩块组成，充填砂土者用高值；由软质岩块组成，充填黏性土者用低值；c）松散的碎石土在天然河床中很少遇到，需特别注意鉴定；d）漂石和块石的承载力值，可参照卵石和碎石土适当提高。任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力②啥类土地基的基本承载力表5-3砂类土地基基本承载力土名潮湿程度密实程度稍松中密密实砾砂、粗砂与潮湿程度无关200400550中砂与潮湿程度无关150350450细砂稍湿或潮湿100250350饱和200300粉砂稍湿或潮湿200300饱和100200任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力③黏性土地基的基本承载力黏性土地基的基本承载力应根据具体情况，采用不同的指标来编制基本承载力表。a）Q4冲、洪积黏性土地基的基本承载力制表时选用液性指数IL和孔隙比e作为确定基本承载力的指标。只要取回土样，测出其天然含水率、密度、土粒相对密度、液限和塑限，就可以求出液性指数IL和孔隙比e，然后查表5-4求得基本承载力。任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力b）Q3及以前冲、洪积黏性土地基的基本承载力Q3及以前冲、洪积黏性土地基的基本承载力主要与其压缩模量Es有关。查表5-5求得基本承载力。注意，当Es10MPa时，基本承载力按表5－4确定。任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力c）残积黏性土地基的基本承载力残积黏性土地基的基本承载力主要与其压缩模量Es有关。查表5-6求得基本承载力。表5-6残积黏性土地基的基本承载力压缩模量Es/MPa468101214161820承载力/kPa190220250270290310320330340任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力（2）地基容许承载力的确定计算公式：若计算基地应力时考虑了主力和附加力的作用，且地基土为不透水层，而常水位至一般冲刷线的高度为hw（hw也可能等于0）时，则地基容许承载力[d]主＋附的公式为：k0——系数，对于非既有桥墩台地基土，k0＝1，对于既有桥墩台地基土，1.0=k0=1.25任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力（2）地基容许承载力的确定《规范》提供的基本承载力表和容许承载力的计算公式，只能代表一般地基土的平均承载力，而不能代表任何复杂情况下的地基承载力。因此，《规范》规定，对于地质和结构复杂（如静不定结构）的桥涵，容许承载力宜经原位测试确定；对建于非岩石地基上的静不定结构桥涵、一些特殊土（如软土、湿陷性黄土等等）地基土的桥梁基础等，还应验算地基沉降。任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识1.按《铁路桥涵地基基础设计规范》确定地基容许承载力（3）软土地基容许承载力对于小桥和涵洞，可采用如下公式：m——安全系数，1.5～2.5；cu——不排水剪切强度，kPa;r2——基底以上土的重度；h——基础埋深。任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识2.原位试验确定地基容许承载力原位试验——地基容许承载力的另一个方法（1）按强度条件确定地基承载力（2）按变形条件确定地基承载力任务5天然地基容许承载力任务5-3地基容许承载力的确定一、理论知识3.软弱下卧层顶面的应力计算要求：作用在软弱下卧层顶面处的应力不超过它的容许承载力。《规范》规定：计算软弱下卧层顶面与基础形心竖向轴线相交处的附加应力及自重应力，叠加后进行捡算：