92地基承载力

土力学南京工程学院建筑工程学院第九章地基承载力§9.1概述§9.2浅基础的地基破坏模式§9.3地基临界荷载§9.4地基极限承载力§9.5按原位测试成果确定地基承载力§9.6按地基规范确定地基承载力9.1概述地基承载力：对建筑物地基的要求：（1）不发生剪切破坏而失去稳定；（3）抗倾覆、抗滑移。指地基土能承受荷载的能力。工程实际中，一般用地基承载力特征值或地基容许承载力来表述。对建筑物地基的要求：（2）不产生过大的沉降和差异沉降；9.2浅基础的地基破坏模式(1)整体剪切破坏密实砂土或硬黏土一、三种破坏模式pSpcrpu临塑荷载pcr极限荷载pu土质坚实，基础埋深浅；曲线开始近直线，随后沉降陡增，两侧土体隆起。(1)整体剪切破坏密实砂土或硬黏土(2)局部剪切破坏pS粉土、中等压缩性的砂土或一般黏性土松软地基，埋深较大；曲线开始就是非线性，没有明显的骤降段。(3)冲切破坏pS压缩性较大的松砂、软土地基或基础埋深较大时松软地基，埋深较大；荷载板几乎是垂直下切，两侧无土体隆起。一、地基塑性变形区边界方程(1)压缩阶段（或称弹性变形阶段）(2)剪切阶段（或称塑性变形阶段）(3)隆起阶段（或称塑性流动阶段）pSpcrpuoAB临塑荷载：从压缩阶段过渡到剪切阶段的界限荷载，为比例界限荷载，一般记为pcr。极限荷载：从剪切阶段过渡到隆起阶段的界限荷载，一般记为pu。两个界限荷载:9.3地基临界荷载1、地基土中应力状态的三个阶段临塑荷载：2.局部塑性区1.弹性阶段是指基础边缘地基中刚要出现塑形变形区时基底单位面积上所承担的荷载，它相当于地基土中应力状态从压缩阶段过渡到剪切阶段的界限荷载。此时地基中任一点都未达到塑性状态，但即将达到。2、地基的临塑荷载和临界荷载地基塑性变形区边界方程(条形基础)q=mdp0zM01,300(sin)p设k0=1.0地表下任一点M处产生的大小主应力：01,300(sin)pqzB•极限平衡条件：sin23131ctgc000sin1()cot)sinpzcq（将1，3的解代入极限平衡条件，得到：q=md0zMBp0max1()(cot)2pzctgcq由z与0的单值关系可求出z的极值根据定义，临塑荷载为地基刚要出现塑形区时的荷载，即Zmax=0时的荷载。pcr=cNc+qNq其中21ctgNq2ctgctgNc临塑荷载•Zmax=b/4或b/3：p1/4=cNc+qNq+bN1/4p1/3=cNc+qNq+bN1/3其中244/1ctgN233/1ctgN根据工程实践经验,在中心荷载作用下,控制塑性区最大开展深度Zmax=b/4,在偏心荷载下取Zmax=b/3,则p1/4和p1/3分别是允许地基产生Zmax=b/4和Zmax=b/3范围塑性区所对应的两个临界荷载.临界荷载9.4地基极限承载力一、普朗特尔和赖斯纳极限承载力1920年，普朗特尔假定条形基础具有足够大的刚度，且底面光滑，地基土重度为零，基础置于地基表面。当荷载足够大时，地基产生整体剪切破坏。PbccddⅠⅡⅡ45o＋/245o－/2ⅢⅢ将无限长，底面光滑的荷载板置于无质量的土(＝0)的表面上，荷载板下土体处于塑性平衡状态时，塑性区分成五个区Ⅰ区：主动朗肯区，1竖直向，破裂面与水平面成45o＋/2Ⅱ区：普朗特尔区，边界是对数螺线Ⅲ区：被动朗肯区，1水平向，破裂面与水平面成45o－/2普朗特尔导出极限承载力为：]1)2/45(tan)tan[exp(ctg02cN式中：承载力系数当基础有埋深d时ucqpcNqN)2/45(tan)tanexp(02qN式中：后来，赖斯纳在普朗特尔理论解得基础上考虑了基础埋深的影响，即把基底以上土仅仅视同作用在基底水平面上的柔性超载（=γmd），导出公式如下：ucpcN承载力系数二、太沙基极限承载力理论太沙基对普朗特尔理论进行修正考虑了地基土有重量，即γ≠0；基底粗糙；不考虑基底以上填土的抗剪强度，把它仅看成作用在基底水平面上的超载；在极限荷载作用下基础发生整体剪切破坏；假定地基中滑动面形状如图所示。PaabccddⅠⅡⅡⅢ45o＋/245o－/2ⅢⅠ区：弹性压密区(弹性核)Ⅱ区：普朗特尔区，边界是对数螺线Ⅲ区：被动朗肯区，1水平向，破裂面与水平面成45o－/2太沙基理论的极限承载力理论解ucqpcNqN1/2bNNc、Nq、Nγ均为承载力系数，均与有关，太沙基给出关系曲线，可以根据相关曲线得到上式适用于条形基础整体剪切破坏情况，对于局部剪切破坏，将c和tan均降低1/3方形基础局部剪切破坏时地基极限承载力'''ucqp2/3cNqN1/2bNNc、Nq、Nr为局部剪切破坏时承载力系数，也可以根据相关曲线得到对于方形和圆形基础，太沙基提出采用经验系数修正后的公式ucqp1.2cN+qN+0.4bN圆形基础ucqp1.2cN+qN+0.6bN三、汉森极限承载力理论汉森和魏锡克在太沙基理论基础上假定基底光滑，考虑基础形状、荷载倾斜与偏心、基础埋深、地面倾斜、基底倾斜等的影响，对承载力公式提出修正公式如下：式中：ccccccqqqqqqubgidScNbgidSdNbgidSbNp02/1Sr、Sq、Sc——基础的形状系数ir、iq、ic——荷载倾斜系数dr、dq、dc——深度修正系数gr、gq、gc——地面倾斜系数br、bq、bc——基底倾斜系数Nr、Nq、Nc——承载力系数说明：相关系数均可以有相关公式进行计算9.5按原位测试成果确定地基承载力一、载荷试验法pup0s千斤顶荷载板平衡架拉锚由拐点得地基极限承载力pu，除以安全系数Fs得容许承载力[p]p-s曲线确定地基承载力特征值:1.p-s曲线有明确的比例界限时，取比例界限所对应的荷载值2.极限荷载能确定，且值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半3.不能按上述两点确定时，取s/b=0.01～0.015对应荷载值；但值不应大于最大加载量的一半二、静力触探试验法探头QfQcF钻杆用静压力将装有探头的触探器压入土中，通过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接反映了土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验所得到的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变形模量及压缩模量建立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量方法介绍：探头阻力Q可分为两个部分1.锥头阻力Qc2.侧壁摩阻力Qf比贯入阻力：探头单位截面积的阻力AQQAQpfcs三、标准贯入试验法试验时，先行钻孔，再把上端接有钻杆的标准贯入器放至孔底，然后用质量为63.5kg的锤，以76cm的高度自由下落将贯入器先击入土中15cm，然后测继续打30cm的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数方法介绍：器靴贯入器身器头钻杆建立标准贯入击数与地基承载力之间的对应关系，可以得到相应标准贯入击数下的地基承载力9.6按《地基规范》确定地基承载力一、按抗剪强度指标确定地基承载力1.抗剪强度指标标准值ck、ka.根据室内n组三轴试验结果，计算土性指标的平均值、标准差和变异系数/＝niin11)1/()(122nnnii平均值标准差变异系数b.计算内摩擦角和黏聚力的统计修正系数ψφ、ψc2678.4704.11nnccnn2678.4704.11c.计算内摩擦角和黏聚力的标准值kcckc2.确定地基承载力特征值当e≤0.033b，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力kcmdbacMdMbMffa——土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值Mb、Md、Mc——承载力系数（可根据k查表得到)——地基土的重度，地下水位以下取浮重度d——基础埋置深度(m)，从室外地面标高计算m——基础底面以上土的加权重度，地下水位以下取浮重度b——基础地面宽度，大于6m时，按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值ck——基底下一倍短边宽深度内土的黏聚力标准值3.确定地基承载力特征值修正《规范》规定：当b＞3m或d＞0.5m，地基承载力特征值应该进行修正fa——修正后的地基承载力特征值fak——地基承载力特征值，根据强度指标确定ηb、ηd——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（可查表）)5.0()3(dbffmbbaka说明：《规范》规定地基承载力特征值还可以由载荷试验或其它原位测试、并结合工程经验等方法综合确定