地基承载力-ppt课件.ppt
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1、第六章第六章地基承载力地基承载力地基承载力地基承载力1 1 建筑物地基设计的基本要求建筑物地基设计的基本要求2 2 地基在外荷载作用下的破坏形式地基在外荷载作用下的破坏形式3 3 极限平衡理论求地基极限承载力极限平衡理论求地基极限承载力4 4 其他求极限承载力的方法其他求极限承载力的方法5 5 地基的临塑荷载、临界荷载与容地基的临塑荷载、临界荷载与容许承载力许承载力地基承载力地基承载力第一节 概述概述一、地基承载力定义极限承载力极限承载力 Ultimate bearing capacityUltimate bearing capacity 承载地基在发生剪切破坏时承载地基在发生剪切破坏时的荷载
2、强度的荷载强度 TheThe intensity of bearing pressure at intensity of bearing pressure at which the supporting ground is expected which the supporting ground is expected to fail in shearto fail in shear1 1 建筑物地基设计的基本要求建筑物地基设计的基本要求1 1)稳定要求:)稳定要求:荷载小于承载力(抗力)荷载小于承载力(抗力) p p p pu u /F/Fs s =f=f 2 2)变形要求)变形要求:变形小
3、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整体破坏 密实砂土,坚硬粘土,浅埋局部剪切破坏局部剪切破坏 土质较软冲剪破坏冲剪破坏 软粘土,深埋液化液化 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2.2.局部剪切局部剪切松软地基,埋深较大;松软地基,埋深较大;曲线开始就是非线性,曲线开始就是非线性,没有明显的骤降段没有明显的骤降段。3.3.冲剪破坏冲剪破坏松软地基,埋深较大;松软地基,埋深较大;荷载板几乎垂直下切,荷载板几乎垂直下切,两侧无土体隆起。两侧无土体隆起。1. 1.整体
4、破坏整体破坏土质坚实土质坚实, ,基础埋深浅;基础埋深浅;曲线开始近直线,随后曲线开始近直线,随后沉降陡增,两侧土体隆沉降陡增,两侧土体隆起。起。General shear failureLocal shear failurePunching shear failure1. 1.整体破坏整体破坏PS2.2.局部剪切局部剪切PS3.冲剪破坏冲剪破坏PS深深土土层层表表面面土土某谷仓的地基整体破坏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蓝粘土石头和粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向地基土可能的滑动方向岩石办公楼办公楼外墙外墙黄粘土黄粘土在软粘土上的密砂地
5、基的冲剪破坏2 2 地基破坏的形式地基破坏的形式1)竖直荷载下地基破坏的形式整体破坏整体破坏 密实砂土,坚硬粘土,浅埋局部剪切破坏局部剪切破坏 土质较软冲剪破坏冲剪破坏 软粘土,深埋液化液化 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深层滑动PhPv表层滑动表层滑动PhPvhvsPcAfPF301-12034 4 地基的变形地基的变形1 1 建筑物地基设计的基本要求建筑物地基设计的基本要求1 1)稳定要求:)稳定要求:荷载小于承载力(抗力)荷载小于承载力(抗力) p p p pu u /F/Fs
6、 s =f =f 2 2)变形要求:)变形要求:变形小于设计允许值变形小于设计允许值S S SS(1)(1)沉降量沉降量 (2)(2)沉降沉降差差相邻柱基相邻柱基(3)(3)倾斜倾斜砌体承重结构砌体承重结构 (4)(4)局部倾斜局部倾斜某宫殿,左部某宫殿,左部分建于分建于1709年;年;右部分建于右部分建于1622年。沉降年。沉降达达2.2米,存米,存在明显的沉降在明显的沉降差。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始建于1173年,年,60米高。米高。1271年建成年建成平均沉降平均沉降2米,米,最大沉降最大沉降4米。米。倾斜倾斜5.5 ,顶,顶部偏心部偏心2.1米
7、米Nishinomiya大桥的桥墩破坏大桥的桥墩破坏. 6个桥墩个桥墩中至少中至少2个严重破坏,其可能的原因是岸个严重破坏,其可能的原因是岸边桥墩的大变形导致第一组桥墩过载。边桥墩的大变形导致第一组桥墩过载。日本日本1995年年1月月17日阪日阪神大地震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)潜在性膨胀土的分潜在性膨胀土的分布于热带和温带的布于热带和温带的半干旱地区内。这半干旱地区内。这种条件助长了蒙特种条件助长了蒙特石形成。石形成。很多国家都发现了很多国家都发现了膨胀土。膨胀土。印度的黑棉土印度的黑棉土膨胀土上的基础膨胀土上的基础陈
8、孚华陈孚华TU443 1TU443 1膨胀土对建筑物的危害膨胀土对建筑物的危害活动区域活动区域如何满足地基设计的条件?如何满足地基设计的条件?承载力?承载力?变形?变形?确定承载力的三种方法确定承载力的三种方法载荷试验载荷试验理论公式计算理论公式计算经验方法经验方法1 1 荷载沉降曲线临塑荷载、极限荷载荷载沉降曲线临塑荷载、极限荷载pcrpu临塑荷载连续滑动面和极限荷载塑性区发展和临界荷载pcr pu地基土开始出现剪切破坏地基土开始出现剪切破坏s连续滑动面连续滑动面二、临塑荷载 临界荷载 极限荷载pcr pu1128允许地基中有一定的塑性区,作为设计承载力-考察地基中塑性区的发展考察地基中塑性
9、区的发展地基土中某一点应力状态: ,极限平衡应力状态(塑性区)sin23131ctgc条形荷载塑性区的计算自重应力:自重应力:l s1s1= = ( (d+zd+z) )l s3s3=k=k0 0 ( (d+zd+z) )弹性区的附加应力:弹性区的附加应力:合力合力= =: 1 1, 3 3l设设k k0 0 =1.0 =1.0l s1s1= = s3s3= = ( (d+zd+z) )sin(3 , 1dpdzM塑性区的计算塑性区的计算弹性区的合力: 极限平衡条件:)()sin(3 , 1zddpsin23131ctgcdzM塑性区的计算应力代入极限平衡条件式应力代入极限平衡条件式得得-弹塑
10、区边界方程:弹塑区边界方程:lz=z=f(f() ) DzMdctgcdpz)sinsin(dctgcdpz)sinsin(弹塑区边界方程弹塑区边界方程塑性区的最大深度Zmaxdctgcdpz)sinsin(20,zdMmax:2Z最大时当2zb( ,z)DmaxZDpDDmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDbDpmaxZDbDpmaxZDbDpmaxZD2DpmaxZD( ,z)2DpmaxZD( ,z)2DpmaxZDz( ,z)2DpmaxZDz( ,z)2Dp
11、maxZDbz( ,z)2DpmaxZDbz( ,z)2DpmaxZD2zb( ,z)DmaxZDpDDmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDDpmaxZDbDpmaxZDbDpmaxZDbDpmaxZD2DpmaxZD( ,z)2DpmaxZD( ,z)2DpmaxZDz( ,z)2DpmaxZDz( ,z)2DpmaxZDbz( ,z)2DpmaxZDbz( ,z)2DpmaxZD对应对应Z Zmaxmax=0=0临塑荷载临塑荷载2cotcot2cot2cot2cotcotc,N
12、qNccNDqNcrpDDccrp0饱和粘土地基破坏区为半圆与b无关确定临塑荷载max0zDDccrp2cotcotDccrp0Dccrp2213p14p最大塑性区深度为最大塑性区深度为b/4或或b/3时所对应的时所对应的 p确定临界荷载34maxbbZdctgbdctgcp2/)4/(4/1dctgbdctgcp2/)3/(3/1对应对应Z Zmaxmax=0=0临塑荷载;临塑荷载;对应对应Z Zmaxmax=B/4=B/4,B/3B/3临界荷载。临界荷载。p pcrcr p p1/41/4, p, p1/31/3=N=N B B /2+N/2+Nq q d+N d+Nc cc c(对于三个
13、荷载,三个系数不同。)(对于三个荷载,三个系数不同。)矛 盾出现塑性后,仍用弹性公式计算应力。各种临界荷载的承载力系数 N Nq q N Nc c N N p pcrcr 1+1+ / / ctgctg - - /2+/2+ ) (1- ) (1- N Nq q ) )ctgctg 0 0 p p1/4 1/4 1+1+ / / ctgctg - - /2+/2+ ) (1- ) (1- N Nq q ) )ctgctg (N(Nq q-1)/2-1)/2p p1/3 1/3 1+1+ / / ctgctg - - /2+/2+ ) (1- ) (1- N Nq q ) )ctgctg 2(N
14、2(Nq q-1)/3-1)/3极限状态极限状态Limit stateLimit state结构或结构的一部分超过某一特定状态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而不能满足设计规定的某一功能要求时某一功能要求时 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承载能力极限状态 一般是结构的内力超过其承载能力一般是结构的内力超过其承载能力正常使用极限状态正常使用极限状态 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根据承载
15、能力极限状态确定地基的承载力三三 地基承载力的理论公式地基承载力的理论公式1 极限状态定义地基承载力理论公式法 普朗特-瑞斯纳承载力公式一一. . 极限平衡理论:极限平衡理论:1.1.平衡方程平衡方程2.2.极限平衡条件极限平衡条件3.3.假设与边界条件假设与边界条件二二. .普朗特普朗特- -瑞斯纳承载力公式瑞斯纳承载力公式1. 1. 条形基础地基条形基础地基的滑裂面形状的滑裂面形状2. 2. 极限承载力极限承载力p pu uD D平面问题的平衡方程xzxzz(1)0zxxzx(2)极限平衡条件极限平衡条件Sincctg23131(3) z zx x xz三、普朗特三、普朗特(Prandtl
16、)(Prandtl)的基本假设的基本假设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=0D D1. 1. 极限平衡区与滑裂面的形状极限平衡区与滑裂面的形状无重介质地基的滑裂线网无重介质地基的滑裂线网BEFBp实际地面实际地面DC45290452IIIIIIIIIIIkp四、地基极限承载力的理论近似解(Prandtl-Vesic 公式)10kp0c kpkkkpppI:主动区II:过渡区III:被动区0DDq201.主动区: pu为大主应力,(与水平方向夹角45/2)2.被动区:水平方向为大主应力,与水平方向夹角45-/23.过度区:r=r0et
17、g 地基中的极限平衡区地基中的极限平衡区BEFBp实际地面实际地面DCIIIIIIr0r I 区垂直应力垂直应力p pu u为大主应力,为大主应力,(与水平方向夹角(与水平方向夹角45452 2) =pu kapuPu处于破坏的临界状态处于破坏的临界状态A点所代表的截面为剪破面点所代表的截面为剪破面该截面与该截面与 主应力面的夹角为主应力面的夹角为1245290)(S 5 5 土的土的抗剪强度抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论24529013)(S13tan cSA。90极限应力圆极限应力圆r0rAababIII 区水平方向为大主应力,水平方向为大主应力,与水
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