地基承載力的確定及其工程實例.ppt

1,第三講淺基礎(chǔ),第一節(jié)概述第二節(jié)淺基礎(chǔ)的類型第三節(jié)淺基礎(chǔ)設(shè)計基本要求和荷載,2,第一節(jié)概述,其中地基又分為：,一、基本概念,基礎(chǔ),淺基礎(chǔ),深基礎(chǔ),地基,天然地基,人工地基,持力層：直接與基礎(chǔ)接觸并承擔(dān)主要荷載的地基土層,下臥層：在持力層下方的地基土層，可能不只一層。,基礎(chǔ),上部結(jié)構(gòu),下臥層,持力層,地基,3,基礎(chǔ)具有承上啟下的作用，當(dāng)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時，除了保證基礎(chǔ)本身有足夠的強度和穩(wěn)定性以支承上部結(jié)構(gòu)的荷載外，同時要考慮地基的強度、穩(wěn)定性及變形必須在容許范圍內(nèi)。因而基礎(chǔ)設(shè)計又稱為地基基礎(chǔ)設(shè)計。,二、地基基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素,進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮建筑物使用要求、上部結(jié)構(gòu)特點、地基土體條件、施工條件、工期條件和經(jīng)濟性等因素。,4,第二節(jié)淺基礎(chǔ)的類型,根據(jù)形狀和大小：獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)（包括十字交叉條形基礎(chǔ)）、筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、及殼體基礎(chǔ)等。根據(jù)基礎(chǔ)所用材料的性能：無筋擴展基礎(chǔ)（剛性基礎(chǔ)）和擴展基礎(chǔ)（柔性基礎(chǔ)）。根據(jù)基礎(chǔ)所用材料：磚基礎(chǔ)、三合土基礎(chǔ)、灰土基礎(chǔ)、毛石基礎(chǔ)、素砼或毛石砼基礎(chǔ)、鋼筋砼基礎(chǔ)等。,一、淺基礎(chǔ)的分類,5,無筋擴展基礎(chǔ)：通常是由磚、塊石、毛石、素砼、三合土和灰土等材料做成的墻下條形基礎(chǔ)或柱下獨立基礎(chǔ)。,二、無筋擴展基礎(chǔ),優(yōu)點：材料具有較好的抗壓性能，穩(wěn)定性好、施工簡便、造價低、能承受較大的豎向荷載。,缺點：自重大、材料抗拉、抗剪強度低，受構(gòu)造限制，一般基礎(chǔ)的相對高度都比較大，基礎(chǔ)埋深相對比較大，因此為節(jié)省材料和減輕自重，基礎(chǔ)常做成臺階形。,適用范圍：多用于6層和6層以下民用建筑和輕型廠房。,基本要求：基礎(chǔ)外伸寬度和基礎(chǔ)高度的比值在一定的限度內(nèi)，即寬高比不能超過規(guī)范規(guī)定的允許值，以免基礎(chǔ)內(nèi)拉應(yīng)力和剪應(yīng)力超過材料強度設(shè)計值。,6,鋼筋砼擴展基礎(chǔ)：主要有墻下鋼筋砼獨立基礎(chǔ)、墻下鋼筋砼條形基礎(chǔ)、柱下鋼筋砼獨立基礎(chǔ)、柱下鋼筋砼條形基礎(chǔ)、十字交叉條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)等。,三、擴展基礎(chǔ),優(yōu)點：材料具有較好的抗剪和抗彎能力，并具有耐久性和抗凍性好、構(gòu)造形式多樣、可滿足不同的建筑和結(jié)構(gòu)功能要求、能與上部結(jié)構(gòu)結(jié)合成整體共同工作等。,缺點：需用較多鋼筋，造價一般比無筋擴展基礎(chǔ)高。,適用范圍：一般在豎向荷載較大、地基承載力不高并受水平力和力矩作用、基礎(chǔ)需要“寬基淺埋”，且無筋擴展基礎(chǔ)不能滿足要求的情況下使用。,7,一、淺基礎(chǔ)設(shè)計基本原則,建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB50068-2001)總則中指出，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足下列要求：（1）安全性：建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常施工和正常使用過程中可能出現(xiàn)的各種情況，在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性；（2）適用性：建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中應(yīng)具有良好的工作性能；（3）耐久性：建筑結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下，應(yīng)能完好地使用到設(shè)計所規(guī)定的年限。建筑物地基承受上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)傳來的全部荷載。因此，地基計算的基本原則應(yīng)從保證上部結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性來考慮。,第三節(jié)淺基礎(chǔ)設(shè)計基本要求和荷載,8,二、地基基礎(chǔ)設(shè)計的技術(shù)要求,地基基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)滿足以下技術(shù)要求:(1)地基土抵抗剪切破壞和防止喪失穩(wěn)定，應(yīng)具有足夠的安全度，其設(shè)計通式為：式中：作用于地基土上的平均總壓力；地基承載力特征值（允許值）(2)基礎(chǔ)的沉降量應(yīng)小于地基的允許變形值：基礎(chǔ)的沉降量包括絕對沉降量和不均勻沉降量。(3)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的強度、剛度、耐久性及抗裂等。,9,三、地基基礎(chǔ)設(shè)計的兩種極限狀態(tài),極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)，而不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，這一特定狀態(tài)為結(jié)構(gòu)對于該功能的極限狀態(tài)。根據(jù)地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原則，地基基礎(chǔ)的極限狀態(tài)通?？煞譃橐韵聝煞N：承載能力極限狀態(tài)：以地基荷載超過其承載能力為依據(jù)各種失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞，包括在地基中形成了破壞；在結(jié)構(gòu)中形成了破壞或由于地基變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞兩種情況。正常使用極限狀態(tài)：以正常使用時地基或結(jié)構(gòu)的變形、裂縫、振動參數(shù)（老化蠕變）的限值為依據(jù)。有時間接通過應(yīng)力控制（例如最大塑性深度的限制容許承載力）,10,（1）上鋼一廠二轉(zhuǎn)爐車間：因地基變形過大的達(dá)到結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)的一個工程實例。該車間填土厚約1m，采用天然地基，基礎(chǔ)尺寸4.5*5.5m，基底壓力100120kPa，在3年內(nèi)柱的平均沉降速率一直保持在0.3mm/d左右，柱間差異沉降很大，最大為7.5，導(dǎo)致出現(xiàn)滑車現(xiàn)象，所有柱基均向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動，最大傾斜1.8，主跨內(nèi)34%的柱身開裂，吊車卡軌，車輪磨損嚴(yán)重。,11,（2）意大利比薩斜塔：是地基差異沉降過大的達(dá)到結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)典型工程實例。比薩斜塔建于1173年，5年后停工(4層93MN),1272年繼續(xù),5年后停工(7層35MN),13601370竣工(142MN).600多年來以每年傾斜1cm的速度增加,塔頂離開中線水平距離已達(dá)5m多。,12,四、地基基礎(chǔ)設(shè)計等級,我國的建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002）規(guī)定：根據(jù)地基復(fù)雜程度、建筑物規(guī)模和功能特征以及由于地基問題可能造成建筑物破壞或影響正常使用的程度，將地基基礎(chǔ)設(shè)計分為甲、乙、丙三個設(shè)計等級，設(shè)計時應(yīng)據(jù)具體情況，按照地基基礎(chǔ)設(shè)計等級進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計。所有建筑物的地基計算均應(yīng)滿足承載力計算的有關(guān)規(guī)定；設(shè)計等級為甲級、乙級的建筑物，均應(yīng)按地基變形設(shè)計；部分設(shè)計等級為丙級的建筑物可不作變形驗算，但特殊情況下，仍應(yīng)作變形驗算；對經(jīng)常受水平荷載作用的建筑物及斜坡上或邊坡附近的建筑物和構(gòu)筑物，尚應(yīng)驗算其穩(wěn)定性?；庸こ虘?yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗算當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺，建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時，尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗算。,13,14,五、荷載及其效應(yīng)組合的規(guī)定,1.作用在基礎(chǔ)上的荷載,FM,F,FH,FM,H,基礎(chǔ)上所受到的荷載一般為前兩種情況，通常橫向力不大，只做校核。,中心豎向荷載偏心豎向荷載中心豎向荷載及水平荷載偏心豎向荷載及水平荷載,包括上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載、土體體積力的作用和地下水作用，有時還要考慮環(huán)境變化對荷載的影響。,15,（1）上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載,無論是軸向力，水平力和力矩，都可能由恒荷載和活荷載二部分組成：恒荷載（永久作用）：主要指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)其量值不隨時間變化或變化與均值比可忽略不計的作用，包括建筑物和基礎(chǔ)自重、固定設(shè)備的重量等。恒荷載（永久作用）是長期作用在地基基礎(chǔ)上的，它是引起基礎(chǔ)沉降的主要原因，其取值一般采用標(biāo)準(zhǔn)值(結(jié)構(gòu)自重)作為代表值。,16,（1）上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載,無論是軸向力，水平力和力矩，都可能由恒荷載和活荷載二部分組成：活荷載：又可分為以下兩類：可變荷載：主要指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)其量值隨時間變化與均值比不可忽略的作用：屋面、樓面、吊車、雪、風(fēng)荷載；偶然荷載(特殊荷載)：主要指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)其值很大，持續(xù)時間很短的作用，如地震、風(fēng)力等。一般沉降計算僅考慮可變荷載，但在進(jìn)行穩(wěn)定驗算時需考慮偶然荷載。其取值根據(jù)設(shè)計要求采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值(標(biāo)準(zhǔn)值乘荷載組合值系數(shù))或準(zhǔn)永久值(標(biāo)準(zhǔn)值乘荷載準(zhǔn)永久值系數(shù))作為代表值。,17,（2）土體體積力的作用,土體體積力是地基基礎(chǔ)設(shè)計中非常重要的一種荷載，一般具有以下幾個特點：在結(jié)構(gòu)荷載施加以前就已經(jīng)存在，與地質(zhì)條件和環(huán)境條件變化密切相關(guān)；土體體積力對地基基礎(chǔ)的影響是多方面的，在不同條件下土體體積力可作為荷載考慮，但有時則是抗力的一部分，但在更多條件下表現(xiàn)為荷載和抗力的雙重作用。對擋土墻、堤壩等結(jié)構(gòu)物，土體體積力是設(shè)計的主要荷載；主要表現(xiàn)為一種恒荷載，但有時也可能成為一種偶然荷載，如泥石流等。,18,（3）水的作用,對于一般的地基基礎(chǔ)工程，水通常是工程成敗的控制因素，其作用一般表現(xiàn)為：水的浮力，是一種體積力，在設(shè)計計算中的難點是如何正確確定地下水位及粘性土中浮力能否100%發(fā)揮的問題；靜水壓力，特別應(yīng)注意粘性土中靜水壓力的發(fā)揮問題；動水力（滲透力），也是一種體積力，是土體發(fā)生滲透變形的原因，且影響作用于結(jié)構(gòu)物上的水壓力；改變土體的性質(zhì)，通常是土體性質(zhì)惡化的根本原因之一,19,2.荷載的代表值,（1）標(biāo)準(zhǔn)值：基本代表值，為設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計分布的特征值（如：均值、眾值、中值）（2）組合值：對于可變荷載，組合超越概率與其出現(xiàn)概率相同（等于標(biāo)準(zhǔn)值）如：1臺風(fēng)設(shè)防地震最大樓面荷載（3）頻遇值：對于可變荷載，超越概率為規(guī)定的較小比率；（4）準(zhǔn)永久值：對于可變荷載，在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時間為設(shè)計基準(zhǔn)期一半的荷載值。（人群活荷載沉降）,20,p,S：荷載,R：抗力,標(biāo)準(zhǔn)值,荷載與抗力的取值,21,荷載設(shè)計值S代表值分項系數(shù)（大于1）抗力設(shè)計值R代表值/分項系數(shù)（大于1）,荷載效應(yīng)：指在一定的外荷載作用下，在一定設(shè)計對象中的作用：軸力、水平力、力矩,荷載,荷載效應(yīng),22,3.荷載效應(yīng)組合：按極限狀態(tài)設(shè)計時，為保證結(jié)構(gòu)的可靠性對于同時出現(xiàn)的各種荷載設(shè)計值的規(guī)定。,基本組合：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用與可變作用的組合；偶然組合：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，（永久作用）（可變作用）（一個偶然作用）的組合；（大于基本組合）標(biāo)準(zhǔn)組合：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，采用標(biāo)準(zhǔn)值，（或組合值）為荷載代表的組合；（頻遇組合）：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，對于可變荷載，采用頻遇值（或準(zhǔn)永久值）為荷載代表的組合準(zhǔn)永久組合：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，對于可變荷載，采用準(zhǔn)永久值為荷載代表的組合,23,3.荷載效應(yīng)組合,地基基礎(chǔ)設(shè)計所采用的荷載效應(yīng)最不利組合與相應(yīng)的抗力限值應(yīng)按下列規(guī)定：按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深時，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值。,SQ1k:在所有可變荷載中產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的一個,c：可變荷載的組合值系數(shù),24,3.荷載效應(yīng)組合,計算地基變形時，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合，不應(yīng)計入風(fēng)荷載和地震作用。相應(yīng)的限值應(yīng)為地基變形允許值。,q：準(zhǔn)永久值系數(shù),25,3.荷載效應(yīng)組合,在確定基礎(chǔ)高度、計算基礎(chǔ)內(nèi)力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，采用承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，采用相應(yīng)的分項系數(shù)。,基本組合由可變荷載控制時：SQ1k:在所有可變荷載中產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的一個,組合值系數(shù)c,基本組合由恒荷載控制時：組合值系數(shù)c,26,3.荷載效應(yīng)組合,計算擋土墻的土壓力、地基或斜坡穩(wěn)定及滑坡推力時，荷載效應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，但其分項系數(shù)均為1：,組合值系數(shù)c,27,4幾種荷載組合的應(yīng)用,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)組合穩(wěn)定分析基本組合，分項系數(shù)1，（單一安全系數(shù)法）結(jié)構(gòu)設(shè)計基本組合沉降計算準(zhǔn)永久組合,28,六、地基基礎(chǔ)設(shè)計的三種設(shè)計表達(dá)式,根據(jù)對荷載效應(yīng)和地基承載力的取值方法不同，地基基礎(chǔ)設(shè)計有三種設(shè)計表達(dá)式：(1)容許承載力法取荷載標(biāo)準(zhǔn)值（組合），安全度用允許承載力值（承載力特征值）控制；(2)安全系數(shù)法取荷載標(biāo)準(zhǔn)值（組合），地基承載力為極限承載力，安全度用安全系數(shù)控制；(3)分項系數(shù)法取荷載設(shè)計值，地基承載力為極限承載力，安全度用分項系數(shù)控制。,29,1容許承載力法,設(shè)計表達(dá)式為:式中基礎(chǔ)底面處的平均壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa;地基容許承載力(特征值)，kPa修正后的地基承載力特征值可以由載荷試驗（比例界限或s/b=0.01-0.02）/理論公式（塑性區(qū)開展范圍：臨界荷載P1/3，P1/4）,或規(guī)范推薦的地基承載力表求得。注意：在這種設(shè)計中，工程的安全性和可靠性是無定量的概念的。因而是一種經(jīng)驗的設(shè)計方法。,30,2極限承載力安全系數(shù)法,設(shè)計表達(dá)式:式中基礎(chǔ)底面處的平均壓力標(biāo)準(zhǔn)值,；地基極限承載力,；安全系數(shù)。地基極限承載力可由載荷試驗和地基極限承載力理論公式求得。,注意：在這一理論方法中，其安全程度用單一的安全系數(shù)K表示，但這一安全系數(shù)反映多大的失事概率是不得而知的。,31,3極限承載力分項系數(shù)法,基本表達(dá)式：S即為荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值；抗力的設(shè)計值R即為地基承載力的特征值，由地基極限承載力的極限值除以抗力分項系數(shù)求得，或由抗剪強度指標(biāo)的設(shè)計值直接代入極限荷載公式求得。的設(shè)計值計算公式如下：式中：抗剪強度指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值抗剪強度指標(biāo)的分項系數(shù),32,GB50007-2002的設(shè)計理論應(yīng)用,地基承載力容許承載力穩(wěn)定分析單一安全系數(shù)結(jié)構(gòu)計算可靠度的分項系數(shù),33,建筑物荷載通過基礎(chǔ)作用于地基，建筑物因地基問題引起破壞，一般有兩種情形：,A.強度和穩(wěn)定性問題,建筑物荷載過大，超過了地基所能夠承受的最大荷載而使地基失穩(wěn)破壞。,B.變形問題,因建筑物荷載作用，地基基礎(chǔ)產(chǎn)生過大的變形，而使建筑物產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性損壞或喪失使用功能。,地基承載力：地基在單位面積上所能承受荷載的能力，以kPa計。,第四節(jié)地基承載力,34,1、地基變形的三個階段,a.線性變形階段(壓密階段),oa段，荷載小，荷載與沉降關(guān)系接近于直線，土中各點的f,地基處于彈性平衡狀態(tài)，沉降主要因土的壓密變形引起。,b.彈塑性變形階段(剪切階段),ab段，沉降的增長率隨荷載的增大而增大，荷載與沉降關(guān)系呈曲線，地基局部產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)塑性變形區(qū).,塑性變形區(qū),在b點地基瀕臨破壞（即彈塑性變形階段的終點）時，地基所承受的最大基底壓力稱為極限荷載pu。,在a點地基開始出現(xiàn)剪切破壞（即彈性變形階段的終點）時，地基所承受的最大基底壓力稱為臨塑荷載pcr（比例界限）,35,1、地基變形的三個階段,塑性變形區(qū),連續(xù)滑動面,c.破壞階段,bc段，當(dāng)荷載超過極限荷載后，塑性區(qū)發(fā)展成連續(xù)滑動面，即使荷載不增加，沉降也無法穩(wěn)定，地基失穩(wěn)破壞。,總之，從變形角度上講，壓密階段主要是土體壓密引起的彈性變形，剪切階段主要是土體剪切引起的塑性區(qū)（即塑性變形）發(fā)生與發(fā)展階段；破壞階段主要是塑性區(qū)連成一個整體，土中形成一個連續(xù)滑動面后變形急劇發(fā)展階段。,36,2、地基的破壞形式,（1）整體剪切破壞（generalshearfailure）,a.p-s曲線上有兩個明顯的轉(zhuǎn)折點，可區(qū)分地基變形的三個階段,b.地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連續(xù)的滑動面。,c.荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起。,37,（2）局部剪切破壞（localshearfailure）,a.p-s曲線有轉(zhuǎn)折點，但轉(zhuǎn)折點不明顯，沒有明顯的直線段。,b.塑性變形區(qū)限制在地基內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi)，土中滑動面并不延伸到地面。,c.荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起，附近地表沒有明顯的裂縫。,38,（3）沖剪破壞（punchingshearfailure）,b.地基不出現(xiàn)連續(xù)滑動面，基礎(chǔ)附近土體發(fā)生豎向剪切破壞,c.荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面不隆起，而是下陷。,a.p-s曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點,沒有明顯比例界限和極限荷載,39,主要取決于土的壓縮性，一般密砂和堅硬粘土多發(fā)生整體剪切破壞，中密砂和一般粘性土多發(fā)生局部剪切破壞，而松砂和軟粘土常發(fā)生局部剪切破壞或沖剪破壞。,此外，還與基礎(chǔ)埋深、加荷速率等有關(guān)，埋深淺、荷載施加快時，地基趨于整體剪切破壞，埋深大、荷載施加較慢時，地基多發(fā)生局部剪切破壞或沖剪破壞。,（4）影響地基破壞型式的主要因素,40,3、確定地基承載力的方法,（1）理論公式計算法：主要包括兩類，一類是根據(jù)土體極限平衡條件推導(dǎo)的臨塑荷載和臨界荷載計算公式；另一類是根據(jù)地基土剛塑性假設(shè)而導(dǎo)得的極限承載力計算公式。（2）現(xiàn)場原位試驗法：主要有載荷試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、靜力觸探試驗等。（3）根據(jù)工程經(jīng)驗與臨近工程資料確定,41,（1)按塑性區(qū)開展深度確定地基承載力,基本假定和推導(dǎo)思路,基本假定：地基為均質(zhì)各向同性的半無限線彈性體，地基土的側(cè)壓力系數(shù)為1，基礎(chǔ)為柔性條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)上作用的荷載為條形均布荷載。,推導(dǎo)思路：首先依據(jù)線彈性理論求出地基任意點自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的表達(dá)式，再應(yīng)用極限平衡條件推求塑性區(qū)邊界方程，從而通過限定塑性開展區(qū)的最大深度獲得相應(yīng)的地基承載力理論計算公式。,42,（1)按塑性區(qū)開展深度確定地基承載力,塑性區(qū)的發(fā)展范圍,根據(jù)彈性理論，地基中任意點由條形均布壓力所引起的附加大、小主應(yīng)力,假定在極限平衡區(qū)土的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0=1，M點土的自重應(yīng)力所引起的大小主應(yīng)力均為(dz),M點達(dá)到極限平衡狀態(tài)，即位于塑性區(qū)邊界，大、小主應(yīng)力滿足極限平衡條件,43,塑性區(qū)邊界方程,塑性區(qū)最大深度zmax,臨塑荷載pcr和臨界荷載,當(dāng)zmax0(即地基中即將出現(xiàn)塑性區(qū)時)，地基所能承受的基底附加壓力為臨塑荷載,44,允許地基中塑性區(qū)開展深度在某一范圍內(nèi)所對應(yīng)的荷載為臨界荷載,中心荷載,偏心荷載,上述理論公式的使用范圍,適用于條形基礎(chǔ)，當(dāng)用于矩形基礎(chǔ)時，結(jié)果偏安全；,計算土中由自重產(chǎn)生的主應(yīng)力時，假定土的側(cè)壓力系數(shù)為1，且未考慮基礎(chǔ)剛度的影響,與實際情況不符；,計算臨界荷載時，土中已經(jīng)出現(xiàn)塑性區(qū)，但公式仍用彈性理論計算土中應(yīng)力，這在理論上是互相矛盾的。此種誤差將隨塑性區(qū)范圍的擴大而增大。,地基承載力計算公式的普遍形式：,注意：第一項對應(yīng)基底以下土重度；第二項對應(yīng)基底以上土重度，地下水位以下一律取浮重度；第三項對應(yīng)粘聚力。,45,目前規(guī)范中承載力的確定,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB500072002）建議的計算地基承載力特征值理論公式法：fa=Mbb+Mdmd+Mcckfa:承載力特征值（允許值或設(shè)計值）參照臨界荷載p1/4=Nb/2+Nqd+Ncc，但地基承載力系數(shù)N在內(nèi)摩擦角240時根據(jù)經(jīng)驗和載荷試驗結(jié)果進(jìn)行了修正（對于砂土p1/4計算結(jié)果偏?。?dāng)內(nèi)摩擦角比較大時，2MbN。注意：該公式僅適用于偏心距e不大于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度的情況，且應(yīng)滿足變形要求。,46,（2)按極限荷載確定地基承載力,普朗特爾地基極限承載力理論,1920年，普朗特爾根據(jù)塑性理論，在研究剛性物體壓入均勻、各向同性、較軟的無重量介質(zhì)時，導(dǎo)出達(dá)到破壞時的滑動面形狀及極限承載力公式,將無限長，底面光滑的剛性荷載板至于無質(zhì)量的土(0)的表面上，荷載板下土體處于塑性平衡狀態(tài)時，塑性區(qū)分成五個區(qū),區(qū)：主動朗肯區(qū)，1豎直向，破裂面與水平面成45o/2,區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對數(shù)螺線,r=r0etg,區(qū)：被動朗肯區(qū)，1水平向，破裂面與水平面成45o/2,47,普朗特爾理論的極限承載力基本解,式中：,承載力系數(shù),當(dāng)基礎(chǔ)有埋深d時（忽略基礎(chǔ)底面以上兩側(cè)土的抗剪強度,但仍不考慮基底下土自重）,式中承載力系數(shù)：,雷斯諾對普朗特爾公式的修正,泰勒對普朗特爾公式的補充,若考慮土體自重時,?。?式中承載力系數(shù)：,代入前面公式，整理后得：,48,斯肯普頓地基極限承載力公式,對于飽和軟粘土（0），連續(xù)滑動面II區(qū)由對數(shù)螺旋線蛻變成圓弧，取OCDI為隔離體，則OC面所受的主動土壓力為：,DI面所受的被動土壓力為：,考慮CD粘聚力c，各力對A點求矩，整理后有：,注意：斯肯普頓地基承載力公式一般只適用于飽和軟粘土。,49,太沙基地基極限承載力理論,基本假設(shè)：均質(zhì)各向同性有質(zhì)量剛塑性地基；條形剛性基礎(chǔ)；中心荷載；地基破壞形式為整體剪切破壞；基礎(chǔ)底面粗糙；只考慮基底兩側(cè)土的自重而不考慮其抗剪強度。,區(qū)：彈性壓密區(qū)(彈性核),區(qū)：普朗特爾區(qū)，邊界是對數(shù)螺線,區(qū)：被動朗肯區(qū)，1水平向，破裂面與水平面成45o/2,注意：當(dāng)基地完全光滑時450/2；當(dāng)基地完全粗糙時；,50,pu,D,被動區(qū),過度區(qū),剛性核,彈性楔體受力：自重:W基底上的極限荷載:Pu兩斜面上的粘聚力:C兩斜面上的反力:Pp,51,太沙基理論的極限承載力理論解,Nr、Nq、Nc均為承載力系數(shù)，均與內(nèi)摩擦角有關(guān)，太沙基給出了其關(guān)系曲線，可以根據(jù)相關(guān)曲線得到,上式適用于條形基礎(chǔ)整體剪切破壞情況，對于局部剪切破壞，將c和tan均降低1/3,方形基礎(chǔ),局部剪切破壞時地基極限承載力,Nr、Nq、Nc為局部剪切破壞時承載力系數(shù)，也可以根據(jù)相關(guān)曲線得到,對于方形和圓形基礎(chǔ)，太沙基提出采用經(jīng)驗系數(shù)修正后的公式,圓形基礎(chǔ),52,漢森極限承載力理論,對于均質(zhì)各向同性地基、受中心傾斜荷載作用時,式中：,漢森公式,Sr、Sq、Sc基礎(chǔ)的形狀系數(shù)ir、iq、ic荷載傾斜系數(shù)dr、dq、dc深度修正系數(shù)gr、gq、gc地面傾斜系數(shù)br、bq、bc基底傾斜系數(shù)Nr、Nq、Nc承載力系數(shù),說明：相關(guān)系數(shù)均可以有相關(guān)公式進(jìn)行計算,53,極限地基承載力pu的組成,pu,D,cNc,qNq,B/2N,滑動土體自重產(chǎn)生的抗力滑裂面上的粘聚力產(chǎn)生的抗力基礎(chǔ)兩側(cè)均布荷載D產(chǎn)生的抗力,54,（3)按原位測試成果確定地基承載力,載荷試驗法,由拐點得地基極限承載力pu，除以安全系數(shù)K得容許承載力p,p-s曲線確定地基承載力特征值（允許地基承載力）:,1.p-s曲線有明確的比例界限時，取比例界限所對應(yīng)的荷載值,2.極限荷載能確定，且值小于對應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半,3.不能按上述兩點確定，且壓板面積為0.250.5m2時，取s/b=0.010.015對應(yīng)荷載值；但值不應(yīng)大于最大加載量的一半。,55,靜力觸探試驗法,Qf,Qc,用靜壓力將裝有探頭的觸探器壓入土中，通過壓力傳感器及電阻應(yīng)變儀測出土層對探頭的貫入阻力。探頭貫入阻力的大小直接反映了土的強度的大小，把貫入阻力與荷載試驗所得到的地基容許承載力建立相關(guān)關(guān)系，從而即可按照實測的貫入阻力確定地基的容許承載力值。還可以把土的貫入阻力與土的變形模量及壓縮模量建立相關(guān)關(guān)系，從而可以確定變形模量和壓縮模量,方法介紹：,雙橋探頭阻力Q可分為兩個部分,1.錐尖阻力Qc,2.側(cè)壁摩阻力Qf,比貫入阻力：單橋探頭單位截面積的阻力,56,靜力觸探試驗過程示意圖,57,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗法,試驗時，先行鉆孔，再把上端接有鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)貫入器放至孔底，然后用質(zhì)量為63.5kg的錘，以76cm的高度自由下落將貫入器先擊入土中15cm，然后測繼續(xù)打30cm的所需要錘擊數(shù)，該擊數(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù),方法介紹：,建立標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與地基承載力之間的對應(yīng)關(guān)系，可以得到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)下的地基承載力,58,由原位試驗得到的地基承載力特征值的修正,當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從載荷試驗或其它原位測試、經(jīng)驗值等方法確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式進(jìn)行寬度和深度修正：,注意：由地基承載力理論公式計算的地基承載力特征值，由于已經(jīng)考慮了基礎(chǔ)寬度和埋深的影響，不需要再利用上式進(jìn)行寬度和深度修正。,