土力學(xué)北京交通大學(xué).ppt

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第8章地基承載力 1999年臺(tái)灣大地震中臺(tái)中縣由于液化引起的樓房倒塌 8 1概述 地基破壞的兩種情形 地基承載力 地基土單位面積上所能承受荷載的能力極限承載力 地基不致失穩(wěn)時(shí)單位面積上所能承受的最大荷載 建筑物荷載過大 超過地基承受能力產(chǎn)生過大的沉降或沉降差 結(jié)構(gòu)性喪失使用功能 容許承載力 考慮一定安全儲(chǔ)備后的地基承載力 設(shè)計(jì)要求 基底壓力不得超過地基的容許承載力進(jìn)行地基變形驗(yàn)算 加拿大特朗斯康谷倉(cāng)地基整體破壞 地基液化引起的建筑物破壞 某谷倉(cāng)的地基整體破壞 1940年在軟粘土地基上的某水泥倉(cāng)的傾覆 墨西哥某宮殿 左部分建于1709年 右部分建于1622年 沉降達(dá)2 2米 存在明顯的沉降差 比薩斜塔 不均勻沉降的典型 始建于1173年 60米高 1271年建成平均沉降2米 最大沉降4米 傾斜5 5 頂部偏心2 1米 相鄰建筑物施工引起的原有建筑物的局部?jī)A斜 膨脹土地基上建筑物的開裂 美國(guó) 加拿大 8 2地基的變形和失穩(wěn)破壞形式 8 2 1地基破壞的型式 載荷試驗(yàn) 可通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)或室內(nèi)模型試驗(yàn)研究 載荷板的尺寸較實(shí)際基礎(chǔ)小 一般約0 25 1 0m2 逐級(jí)施加荷載 測(cè)定各級(jí)荷載下載荷板沉降量及周圍土位移 直到地基土破壞 載荷試驗(yàn) 整體剪切破壞 地基破壞形式 局部剪切破壞 沖切破壞 整體剪切破壞 荷載較小 形成三角形壓密區(qū)I 荷載增加 形成 塑性區(qū) 荷載繼續(xù)增大 形成連續(xù)滑動(dòng)面 地基失穩(wěn)破壞 基礎(chǔ)兩側(cè)地面隆起較大 適用土性 密實(shí)的砂土 堅(jiān)硬的粘性土 基礎(chǔ)埋置較淺 整體剪切破壞的p s曲線 水泥倉(cāng)地基的整體破壞 局部剪切破壞 隨荷載增加 也產(chǎn)生壓密區(qū)I及塑性區(qū) 基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起 局部剪切破壞的p s曲線 也有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn) 但不明顯 適用土性 一般砂性土和粘性土 基礎(chǔ)有一定埋置深度 刺入剪切破壞 隨荷載增加 使基礎(chǔ)刺人土中 基礎(chǔ)兩邊的土體沒有移動(dòng)和隆起 p s曲線 適用土性 飽和軟粘土 松砂 基礎(chǔ)較深 1 3 2 整體剪切破壞 局部剪切破壞 沖剪破壞 在軟粘土上的密砂地基的沖剪破壞 密砂上由于動(dòng)力荷載引起的沖剪破壞 8 2 2地基的破壞過程 蘇聯(lián)學(xué)者格爾謝萬(wàn)諾夫 主要針對(duì)整體剪切破壞 壓密階段 地基破壞的幾個(gè)階段 剪切階段 破壞階段 2 剪切階段 ab段 沉降增長(zhǎng)率隨荷載增大而增加 出現(xiàn)塑性區(qū) 1 壓密階段 oa段 曲線接近直線 土體處于彈性平衡狀態(tài) 臨塑荷載pcr 極限荷載pu 3 破壞階段 bc段 沉降急劇下沉 8 3臨塑荷載和臨界荷載 8 3 1臨塑荷載 地基中將要出現(xiàn)但尚未出現(xiàn)塑性破壞 pcr 物理意義 在荷載p作用下 地基中將產(chǎn)生深度為zmax的塑性區(qū) 當(dāng)zmax 0時(shí) 對(duì)應(yīng)的荷載為pcr pcr 塑性區(qū)邊界方程的推導(dǎo) 模型 條形基礎(chǔ) 埋置深度為d 基底壓力為p 過程 計(jì)算任意點(diǎn)M由p引起的最大和最小主應(yīng)力 利用極限平衡條件 給出邊界方程 方法 1 將作用在基底面上的壓力分解為兩部分 2 假定K0 1 土重力產(chǎn)生的應(yīng)力為 d z 各個(gè)方向相等 無(wú)限均布荷載 d 基底范圍內(nèi)的均布荷載p0 p d 基底面上荷載的分解 3 條形荷載p0引起的大 小主應(yīng)力為 由式 4 46 4 兩部分疊加得 5 M點(diǎn)位于塑性區(qū)邊界 滿足極限平衡條件 為什么可以疊加 視角 0 6 將大 小主應(yīng)力代入 結(jié)論 深度z是視角 0的函數(shù) 于是可繪出塑性區(qū)邊界 見圖 塑性區(qū)邊界的確定 塑性區(qū)最大深度計(jì)算 對(duì) 0求導(dǎo)數(shù) 令其為零 于是 反過來(lái) 基底壓力為 臨塑荷載的確定 當(dāng)zmax 0 則 其中 注意 Nq Nc等均為承載力系數(shù) 與內(nèi)摩擦角有關(guān) 8 3 2地基的臨界荷載 若取zmax b 4 則 其中 Nq和Nc同前 N1 4為 N1 4也為承載力系數(shù) 與內(nèi)摩擦角有關(guān) 當(dāng)然 也可以確定 由臨塑荷載確定地基承載力往往過分保守 8 3 3討論 a 假定為條形基礎(chǔ) l b 10 屬平面應(yīng)變問題 b 如果為偏心或傾斜荷載 應(yīng)進(jìn)行修正 c 假定自重應(yīng)力為靜水壓力 與實(shí)際情況有差異 問題 按臨塑荷載或臨界荷載確定地基承載力是否考慮了安全系數(shù) 8 4 1普朗特爾一雷斯諾公式 基本假定 8 4地基的極限承載力 1 介質(zhì)無(wú)重量 2 基礎(chǔ)底面完全光滑 3 將基底平面當(dāng)成地基表面 不考慮其剪切抗力 理論推導(dǎo) I朗肯主動(dòng)區(qū) 滑動(dòng)面與水平方向夾角45 2II過渡區(qū) 形成一組對(duì)數(shù)螺旋線和一組輻射線III朗肯被動(dòng)區(qū) 滑動(dòng)面與水平方向夾角45 2 分析模型 由力矩平衡條件 對(duì)點(diǎn)a取矩為零 得 Nq Nc 地基極限承載力系數(shù) 是內(nèi)摩擦角 的函數(shù) 分析 極限承載力由基礎(chǔ)側(cè)面土重量和滑動(dòng)面上粘聚力產(chǎn)生不考慮基底以下土的重量 即滑動(dòng)土體不產(chǎn)生抗力不考慮兩側(cè)土體的剪切抗力 8 4 2太沙基公式 基本假定 計(jì)算公式 基底以下土體是有重度的 基礎(chǔ)底面完全粗糙 與地基土之間存在摩擦力 基底以上兩側(cè)土體仍假定為均布荷載 地基滑動(dòng)面形狀為對(duì)數(shù)螺旋線 N Nq Nc 內(nèi)摩擦角的函數(shù) 但與前面不一樣 見圖8 8 適用于地基土較密實(shí) 發(fā)生整體剪切破壞的情況對(duì)壓縮性較大的軟弱土 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)修正對(duì)于方形基礎(chǔ)或圓形基礎(chǔ) 也需修正 圖8 8太沙基承載力系數(shù)表 8 4 3梅耶霍夫公式 基底粗糙考慮基底以上土的抗剪強(qiáng)度對(duì)數(shù)螺旋線滑裂面 具體推導(dǎo)見教材 8 4 4漢森公式 埋深修正 8 4 5關(guān)于地基極限承載力的討論 1 地基極限承載力由三部分抗力組成 2 N Nq和Nc隨 值的增大而增大 3 對(duì)于無(wú)粘性土 埋置深度對(duì)承載力有重要作用 a 土體重度 產(chǎn)生的抗力 b 基礎(chǔ)兩側(cè)均布荷載q產(chǎn)生的抗力 c 粘聚力c產(chǎn)生的抗力 例題8 1 條形基礎(chǔ) 寬度b 2m 埋深d 1 5m 地基為粘性土 地下水位在基礎(chǔ)底面處 地基土GS 2 7 e 0 7 水位以上飽和度Sr 0 8 c 10kPa 20 計(jì)算 a 臨塑荷載 b 臨界荷載 c 太沙基極限荷載 d 比較 基底下土的有效重度 2 計(jì)算得Nc 5 65 Nq 3 05 N1 4 0 51 N1 3 0 69 解 1 基底以上土重度 4 太沙基極限承載力 由 20 查圖8 8中實(shí)線可得N 4 5 Nq 8 Nc 18 而q 0d 代入式 8 27 得 5 比較可見 pcr p1 4 p1 3 pu 地基承載力安全系數(shù)為K pu pcr 3 16 3 臨塑荷載 臨界荷載 pcr 142 46kPa p1 4 152 46kPa p1 3 155 98kPa 8 5按規(guī)范確定地基承載力 不同地區(qū) 行業(yè)有不同規(guī)范 確定原則 1 基底壓力不能超過地基的承載能力 2 建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生的變形不能超過允許變形值 8 5 2 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 先確定地基基本承載力 0 再根據(jù)尺寸修正為容許承載力 基本承載力 基礎(chǔ)寬度b 2m 埋置深度h 3m 基本思想 理論分析 確定原則 土性指標(biāo) 原位測(cè)試 安全儲(chǔ)備 結(jié)果見表8 2至表8 10 8 5 3 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 自學(xué) 地基容許承載力 當(dāng)b 2m h 3m 且h b 4時(shí) 0 k1 1 b 2 k2 2 h 3 修正后得 其中 k1和k2為寬度和深度修正系數(shù) 見表8 11 保證淺基礎(chǔ) 例題8 3 地下水位在地表下2m處 水位以下w 32 GS 2 68 wL 40 wP 18 地下水位以上 18kN m3 寬度4m的條形基礎(chǔ)埋置于地表下5m處 確定地基承載力 按照 橋規(guī) 法 解 基本承載力 持力層為飽和土 Sr 1 得 液性指數(shù) 根據(jù)表8 5 用內(nèi)插法得 0 201 7kPa 地基容許承載力 由IL 0 636 0 5 查表8 11得kl 0 k2 1 5 由于IP 22 17 持力層不透水 1采用飽和重度 而 2采用基底以上土的加權(quán)重度 2 18 4kN m3 于是可得 293 7kPa 8 6原位測(cè)試確定地基承載力 載荷試驗(yàn)靜力觸探法 間接測(cè)定承載力 但結(jié)果比較可靠動(dòng)力觸探法標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)旁壓試驗(yàn) 靜力觸探試驗(yàn) 樁基礎(chǔ)載荷試驗(yàn) 作業(yè) 8 18 38 48 5 武漢大學(xué)風(fēng)光