土力学课件(清华大学)8

第八章地基承载力主要内容－本课程重点地基勘探Siteinvestigation地基承载力BearingCapacityofFoundationSoil第一节地基勘探Siteinvestigation一、勘探要求：了解地基的工程地质和水文条件，为确定地基承载力和进行基础设计提供依据1资料：平面图和地形图建筑物的形式和荷载管线，地下室第一节地基勘探Siteinvestigation一、勘探要求：1资料2内容土层分布，水平位置和深度每层土物理力学性质e,cEs地下水位置及性质Groundwater其他地质问题：古滑坡，古墓，洞穴，老河道古井杂填泥炭粉质粘土粘土砂砾石3布点一般性勘察：针对持力层，平面(1~1.5)b(3~4)b20~50m控制性勘察：压缩层，比一般性勘察深泥炭粉质粘土粘土砂砾石杂填地基勘探二、勘探方法物探－地球物理勘探坑探－明挖钻探－钻孔触探现场测试－原位试验地基勘探1物探GeophysicalExploration地球物理勘探方法:重力场,磁电场,声,弹性波,放射性勘探,地震勘探(规范,剪切波速)优点:简单迅速缺点:间接判断,较大范围.地基勘探2坑探trialpits优点:直观,取原状样，兰旗营9m坑缺点:一般3~4m,地下水以下危险,地基勘探最常用的办法,可达100m以下划分地层确定地下水取样可以进行触探及原位试验3钻探ExplorationDrilling地基勘探回转式钻机4触探动力触探和静力触探DynamicPenetration,StaticConePenetration(1)动力触探DynamicPenetration管状探头标准贯入试验SPT,63.5kg,76cm距,贯入深度30cm的击数,N63.5锥状探头轻型10kg,50cm落距,贯入深度30cm中型28kg重型63.5kg碎石,砾石地层特重型120kg地基勘探SPTStandardPenetrationTest地基勘探穿心锤锤垫触探杆贯入器头出水孔贯入器身贯入器靴标准贯入试验地基勘探4触探动力触探和静力触探(1)动力触探管状探头标准贯入试验SPT,63.5kg,76cm落距，贯入深度30cm的击数,N63.5SPT用测得的标准贯入垂击数N，判定砂土的密实度或粘性土的密度，确定地基和单桩的承载力；还可评定砂土的震动液化势。标准贯入试验适用于砂性土与粘性土。地基勘探4触探动力触探和静力触探(1)动力触探管状探头标准贯入试验SPT,63.5kg,76cm距,贯入深度30cm的击数,N63.5锥状探头轻型10kg,50cm落距,贯入深度30cm中型28kg重型63.5kg碎石,砾石地层特重型120kg地基勘探地基勘探轻型动力触探10kg中型动力触探28kg重型动力触探63.5kg穿心锤锤垫触探杆尖锤头锥状探头(2)静力触探StaticConePenetration•单桥探头端部Ps=Q/A比贯入阻力双桥探头端部和侧壁•土的密实度•压缩性•强度•桩和地基的承载力地基勘探电缆传感器传感器传感器单桥探头双桥探头FF动画贯入静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化划分土层,承载力、压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等静力触探适用于粘性土和砂类土示意图地基勘探5现场试验Insitutesting十字板VaneShear－饱和软粘土载荷板试验LoadingPlate－深浅均可旁压仪Pressuremeter－较深地基地基勘探十字板HDHDDMf322maxFFMmax=F×D地基勘探现场载荷试验地基勘探现场载荷试验地基勘探千斤顶荷载板平板载荷试验要点0.50.5m,0.710.71m,1.01.0m不少于3点8-10级每级稳定的标准承载力的特征值地基勘探地基破坏的判定(1)明显侧向挤出或发生裂纹(2)荷载增量很小,沉降急剧增加,(3)某级荷载增量下,24小时内沉降不能稳定(4)s/b0.06的荷载作为破坏荷载载荷试验pcrpuS荷载沉降曲线地基勘探现场载荷试验地基勘探承载力的特征值fak比例界限pcr当pu1.5pcr时，取极限承载力一半渐变型曲线s/b=0.01—0.015低压缩性土s/b=0.02高压缩性土地基勘探深度宽度修正的特征值spbIEdbffmdbaka）（2001)5.0()3(I0形状影响系数,圆：079；方：088地基勘探旁压试验水箱量测钻孔内进行横向载荷试验,用以测定较深处土层的变形模量和承载力V0V0VPhpuhpcrpoh地基勘探注水注水加压量测室注水加压动画膨胀地基勘探6室内试验物理性质力学特性直剪试验,三轴,压缩(渗透)地基勘探三勘探报告1一般情况2结果地形和平面钻孔布置图土层剖面土性地下水和不良地质问题3意见和建议评价,设计施工建议,地基处理意见地基勘探思考题在建筑物场地上勘探,一般要做哪些项目的勘探?对于重要建筑物一般要采用什么试验方法确定承载力？如何确定砂土地基的密实度？地基勘探第8章地基承载力BearingCapacityofFoundationSoil第1节地基承载力1建筑物地基设计的基本要求2地基在外荷载作用下的破坏形式3极限平衡理论求地基极限承载力4其他求极限承载力的方法5地基的临塑荷载、临界荷载与容许承载力一、地基承载力定义极限承载力Ultimatebearingcapacity承载地基在发生剪切破坏时的荷载强度Theintensityofbearingpressureatwhichthesupportinggroundisexpectedtofailinshear1建筑物地基设计的基本要求1）稳定要求：荷载小于承载力（抗力）ppu/Fs=f2）变形要求：变形小于设计允许值S[S]（1）沉降量（2）沉降差（3）倾斜（4）局部倾斜2地基破坏的形式1)竖直荷载下地基破坏的形式整体破坏密实砂土，坚硬粘土，浅埋局部剪切破坏土质较软冲剪破坏软粘土，深埋液化饱和松砂2)竖直和水平荷载下地基破坏形式表面滑动水平力大深层滑动竖直荷载大2.局部剪切松软地基，埋深较大；曲线开始就是非线性，没有明显的骤降段。3.冲剪破坏松软地基，埋深较大；荷载板几乎垂直下切，两侧无土体隆起。1.整体破坏土质坚实,基础埋深浅；曲线开始近直线，随后沉降陡增，两侧土体隆起。GeneralshearfailureLocalshearfailurePunchingshearfailure1.整体破坏PS2.局部剪切PS3.冲剪破坏PS深土层表面土某谷仓的地基整体破坏1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆水泥仓地基整体破坏蓝粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向岩石办公楼外墙黄粘土在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏2地基破坏的形式1)竖直荷载下地基破坏的形式整体破坏密实砂土，坚硬粘土，浅埋局部剪切破坏土质较软冲剪破坏软粘土，深埋液化饱和松砂1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化地基液化引起的建筑物破坏3竖直荷载和水平荷载下建筑物地基破坏的形式深层滑动PhPv表层滑动PhPvhvsPcAfPF4地基的变形1建筑物地基设计的基本要求1）稳定要求：荷载小于承载力（抗力）ppu/Fs=f2)变形要求：变形小于设计允许值S[S](1)沉降量(2)沉降差相邻柱基(3)倾斜砌体承重结构(4)局部倾斜某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降达2.2米，存在明显的沉降差。墨西哥的沉降问题是世界著名的比萨斜塔-不均匀沉降的典型始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。倾斜5.5，顶部偏心2.1米大Nishinomiya桥的桥墩破坏.6个桥墩中至少2个严重破坏，其可能的原因是岸边桥墩的大变形导致第一组桥墩过载。日本1995年1月17日阪神大地震相邻建筑物施工引起的原有建筑物的局部倾斜（软粘土地基）膨胀土地基上建筑物的开裂（美国—加拿大）潜在性膨胀土的分布限与热带和温带的半干旱地区内。这种条件助长了蒙特石形成。很多国家都发现了膨胀土。印度的黑棉土《膨胀土上的基础》陈孚华TU4431膨胀土对建筑物的危害活动区域小节1）破坏形式竖直荷载作用下，有水平荷载时2)变形要求(1)沉降量(2)沉降差相邻柱基(3)倾斜砌体承重结构(4)局部倾斜思考题1在垂直均布荷载作用下,地基的失稳有几种形式?土层的性质各应该是什么样的?2承受垂直和水平荷载的地基其失稳形式有几种？举出这类土工建筑物的例子。3如何确定地基的承载力？如何满足地基设计的条件？承载力？变形？确定承载力的三种方法载荷试验理论公式计算经验方法1极限状态Limitstate结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时这一特定状态称为结构对于该功能的极限状态承载能力极限状态一般是结构的内力超过其承载能力正常使用极限状态一般是以结构的变形、裂缝和振动参数超过设计允许的限值为依据根据承载能力极限状态确定地基的承载力二地基承载力的理论公式2极限状态定义二地基承载力－理论公式法普朗特-瑞斯纳承载力公式一.极限平衡理论：1.平衡方程：2.极限平衡条件3.假设与边界条件二.普朗特-瑞斯纳承载力公式1.条形基础地基的滑裂面形状2.极限承载力puDD平面问题的平衡方程xzxzz（1）0zxxzx（2）极限平衡条件Sincctg23131（3）zzxxxz普朗特(Prandtl)的基本假设1.基础底面是绝对光滑的（，保证竖直荷载是主应力2.无重介质的假设：即在式（1）中=0：根据公式（1）、（2）和（3）以及边界条件，利用塑性力学中的滑移线法可以求解条形基础的地基承载力Pu这一假定下的精确解或解析解.DD1.极限平衡区与滑裂面的形状无重介质地基的滑裂线网BEFBp实际地面DC1.朗肯主动区：pu为大主应力，与水平方向夹角4522.过度区：r=r0etg3.朗肯被动区：水平方向为大主应力，与水平方向夹角45-2地基中的极限平衡区BEFBp实际地面DCIIIIIIr0rI区垂直应力pu为大主应力，破裂面与水平方向夹角452=pukapuPuIII区水平方向为大主应力，破裂面与水平方向夹角45-23=D1kpDq=DⅡ区：过度区：极限平衡第二区：r=r0etgr0r作用在隔离体上的力：pu、D、pa、pp、c、R所有力对A点力矩平衡puR隔离体r0rApppaDcaauaKcKpp2pppKcqKp2r=r0etg=R过顶点Atg=dr/rd=r0etgdtgr0etgd=tg=dRdrdlrd=A+M1：puOA=B/2+M2：paOC=B/2tg(45+/2)-M3:cCE=dl-M4:ppGE=B/2e/2tg-M5:DAG=B/2tg(45+/2)e/2tgpuR隔离体r0rApppaDcOGEC2.极限承载力puctgNNtgeNCNDNpqctgqcqu)1()245(2Nq,Nc:承载力系数ctgNNtgeNcNDNpqctgcquq)1()245(2•如果=0,pu=?•什么情况下可以作为=0?•当地基中地下水上升到滑动区域内时,对极限承载力有影响吗?哪类土影响大,哪类土影响小?思考题*其它半经验承载力公式一.太沙基公式二.汉森公式三.其它承载力公式一.太沙基公式1.基本条件2.假设的滑裂面形状3.极限承载力公式1.基本条件（1）考虑地基土的自重基底土的重量0（2）基底可以是粗糙的0=0(不会超过,为什么?)（3）忽略基底以上部分土本身的阻力,简化为上部均布荷载q=DDmD2.假设的滑裂面形状被动区过渡区刚性核Ep=Ep1+Ep2+Ep3WpuB考虑刚性核的平衡1.当基底绝对粗糙时，夹角为；2.考虑刚性核的平