大学精品课件：土力学1-第六章.ppt

1、 第六章第六章 地基承载力地基承载力 6 6.1 .1 概述概述 6.2 6.2 地基临塑压力地基临塑压力 6.3 6.3 地基极限承载力的理论近似解地基极限承载力的理论近似解 6.4 6.4 按规范确定地基承载力按规范确定地基承载力 6.5 6.5 原位测试确定地基承载力原位测试确定地基承载力 6.1 6.1 概述概述 一、地基承载力概念一、地基承载力概念 建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出 两个方面的要求两个方面的要求: : 1.1.变形要求变形要求 建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉 降差，应该在

2、该建筑物所允许的范围内降差，应该在该建筑物所允许的范围内 2.2.稳定要求稳定要求 建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载 能力之内能力之内 地基承载力：地基承载力：地基所能承受荷载的能力地基所能承受荷载的能力 二、地基变形的三个阶段二、地基变形的三个阶段 0 0 s p pcr pu a b c ppcr pcrppu ppu a.a.线性变形阶段线性变形阶段 塑性变塑性变 形区域形区域 连续滑动面连续滑动面 b.b.弹塑性变形阶段弹塑性变形阶段 c.c.破坏阶段破坏阶段 临塑荷载临塑荷载 极限荷载极限荷载 地基开始出现剪切破坏（即弹性变地基开始出现

3、剪切破坏（即弹性变 形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，形阶段转变为弹塑性变形阶段）时， 地基所承受的基底压力称为临塑荷地基所承受的基底压力称为临塑荷 载载p pcr cr 地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段 转变为破坏阶段）时，地基所承受转变为破坏阶段）时，地基所承受 的基底压力称为极限荷载的基底压力称为极限荷载p pu u 三、地基的破坏形式三、地基的破坏形式 1.1.整体剪切破坏整体剪切破坏 a. pa. p- -s s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段 b. b. 地基内产生塑性变形区，随着荷载增加

4、塑性变形区发展成连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 续的滑动面续的滑动面 c. c. 荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，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基础两侧地面明显隆起 2.2.局部剪切破坏局部剪切破坏 a. pa. p- -s s曲线转折点不明显，没有明显的直线段曲线转折点不明显，没有明显的直线段 b. b. 塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内 c. c. 荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起 3. 3.

5、 冲剪破坏冲剪破坏 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. c. 荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷 a. pa. p- -s s曲线没有明显的转折点曲线没有明显的转折点 四、确定地基容许承载力的方法四、确定地基容许承载力的方法 1 1、按控制地基中塑性区开展深度的方法、按控制地基中塑性区开展深度的方法 2 2、按理论公式确定地基的极限荷载，再除以安、按理论公式确定地基的极限荷载，再除以安 全系数的方法全系数的方法 3 3、按规范提供的经验公式确定地基容许承载力、按规范提供的经验公式确定地基容许承载力 4

6、 4、按原位测试的方法确定地基容许承载力、按原位测试的方法确定地基容许承载力 第六章第六章 地基承载力地基承载力 6.1 概述概述 6.2 地基临塑压力地基临塑压力 6.3 地基极限承载力的理论近似解地基极限承载力的理论近似解 6.4 按规范确定地基承载力按规范确定地基承载力 6.5 原位测试确定地基承载力原位测试确定地基承载力 6.2 6.2 地基临塑压力地基临塑压力 一、塑性区的发展范围一、塑性区的发展范围 z z b d q= = d p 0 1 3 3 )sin( 00 3 1 dp 根据弹性理论，根据弹性理论，地基中任地基中任 意点由条形均布压力所引意点由条形均布压力所引 起的附加大

7、、小主应力起的附加大、小主应力 假定在极限平衡区土的静止侧压力假定在极限平衡区土的静止侧压力 系数系数K K0 0=1=1，M M点点土的自重应力所引起土的自重应力所引起 的大小主应力均为的大小主应力均为 ( (d dz) ) ）（z)sin( 00 3 1 d dp M 则地基中则地基中M M点点大、小主应力大、小主应力 假定假定M M点达到极限平衡状态，大、小主应力满足极点达到极限平衡状态，大、小主应力满足极 限平衡条件限平衡条件 cctgzd dp dp )( sin sin 0 0 d cdp z tgsin sin)( 0 0 塑性区边界方程塑性区边界方程 塑性区最大深度塑性区最大深

8、度zmax max 01 sin cos 0 0 dp d dz d dp z tg c 2 ctg max 当当zmax max 0 0，地基所地基所 能承受的基底附加能承受的基底附加 压力为压力为临塑荷载临塑荷载 d ctg ctgcd pcr 2 )( 塑性区开展深度在塑性区开展深度在 某一范围内所对应某一范围内所对应 的荷载为的荷载为界限荷载界限荷载 d ctg bdctgc p 2/ )4/( 4/1 d ctg bdctgc p 2/ ) 3/( 3/1 中心荷载中心荷载 偏心荷载偏心荷载 【例】某条基，底宽某条基，底宽b b=1.5m=1.5m，埋深埋深d d=2m=2m，地基土

9、的重度地基土的重度 1919kN/mkN/m3 3，饱和土的重度饱和土的重度 sat sat 2121kN/mkN/m3 3, ,抗剪强度指标为抗剪强度指标为 =20=20，c c=20kPa,=20kPa,求求(1)(1)该地基承载力该地基承载力p p1/4 1/4 ,(2) ,(2)若地下水若地下水 位上升至地表下位上升至地表下1.51.5m，承载力有何变化承载力有何变化 【解】解】 kPad ctg bdctgc p1 .244 2/ )4/( 4/1 (1)(1) (2) (2) 地下水位以下土的重度用有效重度地下水位以下土的重度用有效重度 3 /0 .11mkN wsat kPad

10、ctg bdctgc p7 .225 2/ )4/( 0 0 4/ 1 3 0 /0 .17 2 115 . 0195 . 1 mkN 说明：说明：当地下水位上升时，地基的承载力将降低当地下水位上升时，地基的承载力将降低 第六章第六章 地基承载力地基承载力 6.1 概述概述 6.2 地基临塑压力地基临塑压力 6.3 地基极限承载力的理论近似解地基极限承载力的理论近似解 6.4 按规范确定地基承载力按规范确定地基承载力 6.5 原位测试确定地基承载力原位测试确定地基承载力 6.3 6.3 地基极限承载力的近似解地基极限承载力的近似解 一、普朗特一、普朗特维西克理论维西克理论 P b c c d

11、d 4545o o / 2 4545o o / 2 ： 将无限长，将无限长，底面光滑底面光滑的荷载的荷载 板至于板至于无质量的土无质量的土( ( 0)0)的表面上，的表面上， 荷载板下土体处于塑性平衡状态时，荷载板下土体处于塑性平衡状态时， 塑性区分成五个区塑性区分成五个区 区：区：主动朗肯主动朗肯 区，区， 1 1竖直向，竖直向， 破裂面与水平面破裂面与水平面 成成4545o o /2/2 区：区：普朗特区，普朗特区， 边界是对数螺线边界是对数螺线 区：区：被动朗肯被动朗肯 区，区， 1 1水平向，水平向， 破裂面与水平面破裂面与水平面 成成4545o o /2/2 则地基的极限压力可写为则

12、地基的极限压力可写为 1)2/45(tan)tanexp(ctg 02 c N qcu dNcNp 1 )2/45(tan)tanexp( 02 q N bNpu 2 1 2 式中：式中： 假设地基土假设地基土无黏聚力无黏聚力，基础置于地基表层，基础置于地基表层 此时地基的极限压力可写为此时地基的极限压力可写为 一般情况下地基极限压力为一般情况下地基极限压力为 bNdNcNp qcu 2 1 第六章第六章 地基承载力地基承载力 6.1 概述概述 6.2 地基临塑压力地基临塑压力 6.3 地基极限承载力的理论近似解地基极限承载力的理论近似解 6.4 按规范确定地基承载力按规范确定地基承载力 6.

13、5 原位测试确定地基承载力原位测试确定地基承载力 6.6.4 4 按规范确定地基承载力按规范确定地基承载力 铁路桥涵地基基础设计规范铁路桥涵地基基础设计规范 TB10002.5TB10002.520052005 J464J46420052005 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 GB50007GB5000720022002 铁路桥涵地基基础设计规范铁路桥涵地基基础设计规范 一、基本容许承载力一、基本容许承载力 指基础宽度指基础宽度b2mb2m，埋置深度，埋置深度H3mH3m 时的承载力，一般以时的承载力，一般以0 0表示表示 粘性土粘性土 Q Q4 4年代：液性指数和孔隙比，年代：液性

14、指数和孔隙比，表表6 6- -3 3 Q Q3 3年代：压缩模量，年代：压缩模量，表表6 6- -4 4 残积土：压缩模量，残积土：压缩模量，表表6 6- -5 5 砂性土：砂性土：密实度和颗粒继配，密实度和颗粒继配，表表6 6- -6 6 碎石土：碎石土：密实度和土的分类，密实度和土的分类，表表6 6- -7 7 考虑水的影响考虑水的影响 考虑填充物和碎石考虑填充物和碎石 的坚硬程度的影响的坚硬程度的影响 岩石：岩石：岩石坚硬程度，节理和裂隙发育情况，岩石坚硬程度，节理和裂隙发育情况，表表6 6- -8 8 二、承载力的修正二、承载力的修正 当基础宽度当基础宽度b b大于大于2m2m，埋置深

15、度，埋置深度H H大于大于3m3m且深度与宽度且深度与宽度 比小于等于比小于等于4 4时的承载力可表示为时的承载力可表示为 )3()2( 22110 Hkbk b b基础宽度基础宽度( (m m) )，当大于，当大于10m10m时，以时，以10m10m计算计算 H H基础埋置深度基础埋置深度( (m m) ) 1 1基底以下持力层土的天然重度基底以下持力层土的天然重度 2 2基底以上土的天然重度基底以上土的天然重度 K K1 1,k,k2 2宽度、深度修正系数，与持力层土的类型宽度、深度修正系数，与持力层土的类型 有关，表有关，表6 6- -9 9 一、按抗剪强度指标确定地基承载力一、按抗剪强

16、度指标确定地基承载力 1.1.抗剪强度指标标准值抗剪强度指标标准值c ck k、 k k a.a.根据室内根据室内n n组三轴试验组三轴试验 结果，计算土性指标的平结果，计算土性指标的平 均值、标准差和变异系数均值、标准差和变异系数 / n i i n1 1 ) 1/()( 1 2 2 nn n i i 平均值平均值 标准差标准差 变异系数变异系数 b.b.计算内摩擦角和粘聚力计算内摩擦角和粘聚力 的统计修正系数的统计修正系数 、 、c c 2 678. 4704. 1 1 nn cc nn 2 678. 4704. 1 1 c.c.计算内摩擦角和粘聚力计算内摩擦角和粘聚力 的标准值的标准值

17、k cck c 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 2.2.确定地基承载力特征值确定地基承载力特征值 当当e0.0330.033b b，根据土的抗根据土的抗 剪强度指标确定地基承载力剪强度指标确定地基承载力 kcmdba cMdMbMf fa 土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值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（可根据承载力系数（可根据 k k查表得到查表得到) ) 地基土的重度，地下水位以下取浮重度地基土的重度，地下水位以下取浮重度 d基础埋置深度基础埋置深度( (m) )，从室外地面标高计算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

18、以下取浮重度基础底面以上土的加权重度，地下水位以下取浮重度 b 基础宽度，大于基础宽度，大于6 6m时，按时，按6 6m取值，对于砂土小于取值，对于砂土小于 3 3m时按时按3 3m取值取值 ck 基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值 二、承载力特征值修正二、承载力特征值修正 当当b3m3m或或d0.5m0.5m，地基承载力特征值应该进行修正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，根据强度指标确定地基承载力特征值，根据强度指标确定 b、d宽度和埋深的修正系数，表宽度和埋深的修正系数，

19、表6 6- -2222 )5 . 0()3(dbff mbbaka 注：注：当计算所得当计算所得f fa a1.1f1.1fak ak时，取 时，取fa=1.1ffa=1.1fak ak 第六章第六章 地基承载力地基承载力 6.1 概述概述 6.2 地基临塑压力地基临塑压力 6.3 地基极限承载力的理论近似解地基极限承载力的理论近似解 6.4 按规范确定地基承载力按规范确定地基承载力 6.5 原位测试确定地基承载力原位测试确定地基承载力 6.6.5 5 按原位测试确定地基承载力按原位测试确定地基承载力 一、载荷试验法一、载荷试验法 二、静力触探试验法二、静力触探试验法 三、动力触探试验法三、动力触探试验法 四、标准贯入试验法四、标准贯入试验法 五、旁压试验法五、旁压试验法 六、十字板试验法六、十字板试验法 本章作业本章作业 P201 6P201 6- -1,61,6- -3,63,6- -7,67,6- -8 8