土力学第6章地基承载力课件.ppt
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- 土力学 地基承载力 课件
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1、土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院地基变形指竖向变形(地基沉降)以及由此产生地基变形指竖向变形(地基沉降)以及由此产生的地基横向变形。的地基横向变形。第一节第一节 地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基稳定地基稳定是指在环境条件及力场条件变化的情况下,是指在环境条件及力场条件变化的情况下,能够保持原来的存在状态,否则就称为失稳。岩土能够保持原来的存在状态,否则就称为失稳。岩土界把地基的强度(抗剪强度)破坏称为界把地基的强度(抗剪强度)破坏称为失稳失稳。地基失稳的基本形式:地基失稳的基本形式:整体剪切破坏局部剪切破坏冲切破坏土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学
2、建设工程学院吉林大学建设工程学院整体剪切破坏整体剪切破坏a a.p-s.p-s曲线上有两个明显的转折点,可区分曲线上有两个明显的转折点,可区分地基变形的三个阶段,如地基变形的三个阶段,如s-ps-p曲线中的曲线中的线线b.b.地基内产生塑性变形区,随着荷载增加地基内产生塑性变形区,随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面塑性变形区发展成连续的滑动面c.c.荷载达到极限荷载后,基础急剧下沉,并荷载达到极限荷载后,基础急剧下沉,并可能向一侧倾斜,基础两侧地面明显隆起可能向一侧倾斜,基础两侧地面明显隆起 对于压缩性比较小的地基对于压缩性比较小的地基土如比较密实的砂类土和坚硬土如比较密实的砂类土和坚硬
3、程度中等以上的粘土中,一般程度中等以上的粘土中,一般会出现整体剪切破坏。会出现整体剪切破坏。土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院局部剪切破坏局部剪切破坏a.p-sa.p-s曲线转折点不明显,没有曲线转折点不明显,没有明显的直线段,如前图中的明显的直线段,如前图中的s-ps-p曲曲线中的线中的 线线b.b.塑性变形区不延伸到地面,限塑性变形区不延伸到地面,限制在地基内部某一区域内制在地基内部某一区域内c.c.荷载达到极限荷载后,基础两荷载达到极限荷载后,基础两侧地面微微隆起侧地面微微隆起冲切破坏冲切破坏b.b.地基不出现明显连续滑动面地基不出现明显连续滑动面 c
4、.c.荷载达到极限荷载后,基础两侧荷载达到极限荷载后,基础两侧地面不隆起,而是下陷地面不隆起,而是下陷a.p-sa.p-s曲线没有明显的转折点,如前曲线没有明显的转折点,如前图中的图中的s-ps-p曲线中的曲线中的 线线压缩性较大的松砂、一般粘性土压缩性较大的松砂、一般粘性土等,易出现局部剪切破坏。等,易出现局部剪切破坏。饱和软粘土、松的粉砂、细砂、湿限饱和软粘土、松的粉砂、细砂、湿限性黄土和新填土等,常出现冲切破坏性黄土和新填土等,常出现冲切破坏土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院影响地基破坏形式的因素影响地基破坏形式的因素基础的形状,地基的压缩性特征,基础
5、埋深,荷载大小、性质,加荷方式、速度,应力水平,应力路径等。右图中,右图中,p pcrcr称为称为临塑荷临塑荷载载,即直线段,即直线段(弹性弹性)的结束,的结束,曲线段(弹塑性)的开始;曲线段(弹塑性)的开始;p pu u称为极限荷载,即曲线段称为极限荷载,即曲线段的结束,陡降段的开始。的结束,陡降段的开始。土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院第二节第二节 地基的临塑荷载和有限塑性区深度承载力地基的临塑荷载和有限塑性区深度承载力 右图为压缩性小的地基上荷载右图为压缩性小的地基上荷载试验得到的试验得到的e-pe-p曲线。曲线上第一阶曲线。曲线上第一阶段段OaOa
6、段基本呈直线段基本呈直线-弹性阶段;第二弹性阶段;第二阶段阶段abab段呈典型的曲线,土处于弹段呈典型的曲线,土处于弹塑性阶段;第三阶段即塑性阶段;第三阶段即b b点以下呈陡点以下呈陡降段,变形急剧增加,表明已破坏。降段,变形急剧增加,表明已破坏。A A点为第一阶段末尾,称为比例极点为第一阶段末尾,称为比例极限,对应于临塑荷载限,对应于临塑荷载p pcrcr;如果允许一定范围的弹塑性区,则将与此相对应的荷载称为有如果允许一定范围的弹塑性区,则将与此相对应的荷载称为有限塑性区深度荷载;限塑性区深度荷载;如果荷载继续增加,到一定规模时必然导致整体剪切破坏,故,如果荷载继续增加,到一定规模时必然导致
7、整体剪切破坏,故,b b点对应的荷载称为极限荷载。点对应的荷载称为极限荷载。土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院第二节第二节 地基的临塑荷载和有限塑性区深度承载力地基的临塑荷载和有限塑性区深度承载力临塑荷载临塑荷载也称为比例极也称为比例极限荷载或限荷载或容许承载力容许承载力临塑荷载的求解临塑荷载的求解推导推导 右图所示为条形基础、均布荷载右图所示为条形基础、均布荷载基底下任一点处的附加应力状态。基底下任一点处的附加应力状态。对对M点有点有)sin(0001P)sin(0003P见公式(3.6.9)土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工
8、程学院 M点总应力是附加应力和自重应点总应力是附加应力和自重应力之和,若侧压力系数为力之和,若侧压力系数为1,则上式,则上式可写成可写成)()sin(0001zdp)()sin(0003zdp在极限平衡或临塑状态时,应满足库仑莫尔极限平衡条件临塑条件sincot23131c见式(见式(5.3.85.3.8)土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院上面两式结合起来,并考虑到上面两式结合起来,并考虑到 p0=p-d可得到可得到dcdpztansinsin00式中,z为塑性区域的深度为获得为获得z z 的最大值,取的最大值,取z z对对0 0的导数,的导数,若令上式等于
9、若令上式等于0 0,)1sincos(00dpddzsincos020dcdpztan)2(cotmaxzmax代表地基中处于弹塑性状态或进入塑性区的最大深度土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院当当z zmaxmax=0 0时称为临塑状态,如图中的时称为临塑状态,如图中的a a点,据此可以求出其中的点,据此可以求出其中的p p即即为临塑荷载,可以用为临塑荷载,可以用p pcrcr表示。表示。dcdpcr2cot)cot(有效塑性区深度荷载:有效塑性区深度荷载:工程上允许地基从顶不向下在一定深度内进入塑性工作状态,可工程上允许地基从顶不向下在一定深度内进入塑性工
10、作状态,可以提高地基承载力。那么在中心荷载下可以允许以提高地基承载力。那么在中心荷载下可以允许对于小偏心荷载作用下可以允许的对于小偏心荷载作用下可以允许的p值对应于值对应于bz41maxbz31max土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院dbcdp2cot)41cot(4/1AGppp/4/1dbcdp2cot)31cot(3/1AGppp/3/1土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院有限塑性区深度荷载在设计中采用的形式:cdbrMcMdMp4/1式中,M,Md,Mc为关于摩擦角 的函数。临塑荷载使用中需注意的问题临塑荷载使用中需
11、注意的问题1.1.公式推导是来自条形基础,若用于方形、圆形等基公式推导是来自条形基础,若用于方形、圆形等基础时,偏于安全。础时,偏于安全。2.2.公式推导是基于中心垂直均布荷载推导的,因此不公式推导是基于中心垂直均布荷载推导的,因此不适合偏心的和倾斜荷载。适合偏心的和倾斜荷载。3.3.公式推导中假定任意深处各方向上的应力相等,不公式推导中假定任意深处各方向上的应力相等,不符合实际。符合实际。土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院普朗特的基本假设:(1)地基土是均匀,各向同性的。(2)基础底面光滑,即基础底面与土之间无摩擦力存在,所以基底的压应力垂直于地面。(3)
12、当地基处于极限平衡状态时,将出现连续的滑动面。第三节第三节 普朗特普朗特地基极限承载力地基极限承载力土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院普朗特极限承载力理论普朗特极限承载力理论 将无限长,将无限长,底面光滑底面光滑的荷载板至于的荷载板至于无质量的无质量的土土(0)0)的表面上,荷载板下土体处于塑性的表面上,荷载板下土体处于塑性平衡状态时,塑性区分成五个区平衡状态时,塑性区分成五个区区:区:主动朗肯区,主动朗肯区,1 1竖直向,破裂面与水竖直向,破裂面与水平面成平面成4545o o /2/2区:区:普朗特区,边界普朗特区,边界是对数螺线是对数螺线 区:区:被动朗
13、肯区,被动朗肯区,1 1水平向,破裂面与水水平向,破裂面与水平面成平面成4545o o /2/2puoc/cff245245aa/dq土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院不考虑土的自重和基础埋深时,得到不考虑土的自重和基础埋深时,得到cuNcp1)245(tancot02taneNc式中式中 ,为,为 地基极限地基极限承载力因数;承载力因数;c c为土的内聚力。为土的内聚力。赖斯纳赖斯纳改进了普朗特假设后得到浅基础地基极限承载力改进了普朗特假设后得到浅基础地基极限承载力qcuNqNcpqNdq,式中式中 ,为,为 地基极限承载力因数;地基极限承载力因数;c c
14、为土的内聚力。为土的内聚力。)245(tan2tan eNq)1(cotqcNN土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院若考虑滑动范围内土自重的影响,可采用若考虑滑动范围内土自重的影响,可采用bNNqNcpqcu21式式中中 为地基土的重度,为地基土的重度,b为基底宽度,为基底宽度,N 为考虑土自重时的地基极限承为考虑土自重时的地基极限承载力系数。载力系数。对对N N的求解,普朗特给出了表达式的求解,普朗特给出了表达式)245tan(2)245(tan2)245tan(tan31)245tan(tan3tan91)245(tan1812tan23tan2322ee
15、NbNqNcNpqcu21)1(cotqcNN其他学者也相继给出计算公式,但尤以魏希克(其他学者也相继给出计算公式,但尤以魏希克(VesicVesic)提出的公式更有代表性:)提出的公式更有代表性:式中)245(tan2tan eNqtan)1(2qNN土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院cqcNNlbS1关于基础形状的修正关于基础形状的修正第四节第四节 对普朗特理论的修正补充对普朗特理论的修正补充对不同形状基础,采用修正系数对不同形状基础,采用修正系数矩形基础矩形基础条形基础条形基础tan1lbSqlbS4.01cqcNNS1tan1qS6.0S土质学与土力
16、学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院偏心荷载时地基极限承载力降低偏心荷载时地基极限承载力降低。魏西克建议的倾斜因数为魏西克建议的倾斜因数为修正原理:修正原理:把偏心变为中心荷载,如条形基础宽为把偏心变为中心荷载,如条形基础宽为b b,偏心距为,偏心距为e e,则修改后,则修改后的基底宽度变为的基底宽度变为bebebb2)2(20/ci荷载偏心和倾斜作用的修正因数荷载偏心和倾斜作用的修正因数blebbell2,2/如矩形基础长、宽为如矩形基础长、宽为l l、b b,可能存在双偏心,通过在,可能存在双偏心,通过在l l,b b上上处理,得到修改的基底长,宽为处理,得到修改的基
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