《地基承載力》PPT課件.ppt

,第九章：地基承載力理論,本章的主要內(nèi)容：地基破壞形式與地基承載力概念；臨塑荷載與臨界荷載的概念與計算；地基極限承載力的計算方法；,9.1概述,地基承載力-是指地基土單位面積上所能承受荷載的能力。,建筑物荷載通過基礎(chǔ)作用于地基，對地基提出兩個方面的要求：變形要求建筑物基礎(chǔ)在荷載作用下產(chǎn)生最大沉降量或沉降差，應(yīng)該在該建筑物所允許的范圍內(nèi)。穩(wěn)定要求建筑物的基底壓力，應(yīng)該在地基所允許的承載能力之內(nèi)。,地基承載力不足,9.2地基破壞模式,地基變形的三個階段,a.線性變形階段,oa段，荷載小，主要產(chǎn)生壓縮變形，荷載與沉降關(guān)系接近于直線，土中f,地基處于彈性平衡狀態(tài)；,b.彈塑性變形階段,ab段，荷載增加，荷載與沉降關(guān)系呈曲線，地基中局部產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)塑性變形區(qū)；,c.破壞階段,bc段，塑性區(qū)擴(kuò)大，發(fā)展成連續(xù)滑動面，荷載增加，沉降急劇變化。,地基破壞模式,整體剪切破壞:常發(fā)生在淺埋基礎(chǔ)下的密砂或硬粘土等堅實地基中。,ps曲線,地基破壞模式,整體剪切破壞的特征,地基破壞模式,局部剪切破壞:常發(fā)生于中等密實砂土中。,局部剪切破壞的特征,地基破壞模式,沖剪破壞：發(fā)生在松砂及軟土中,沖剪破壞的特征,地基破壞模式的影響因素與判別,地基土的條件：土的類別、密度、含水量、壓縮性、抗剪強(qiáng)度等；基礎(chǔ)條件：基礎(chǔ)型式、埋深、尺寸等。,其中土的壓縮性是影響破壞模式的主要因素。如果土的壓縮性低，土體相對比較密實，一般容易發(fā)生整體剪切破壞。反之，如果土比較疏松，壓縮性高，則會發(fā)生沖切剪切破壞。,地基承載力的確定方法,原位試驗法原位試驗法是一種通過現(xiàn)場直接試驗確定承載力的方法，現(xiàn)場直接試驗包括（靜）載荷試驗、靜力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、旁壓試驗等，其中以載荷試驗法為最直接、最可靠的方法。理論公式法理論公式法是根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)以理論公式計算確定承載力的方法。規(guī)范表格法當(dāng)?shù)亟?jīng)驗法,9.3地基的臨塑荷載與臨界荷載,臨塑荷載與臨界荷載的概念,臨塑荷載pcr：地基開始出現(xiàn)剪切破壞（即彈性變形階段轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃坞A段）時，地基所承受的基地壓力。,臨界荷載p：地基部分區(qū)域已發(fā)生剪切破壞（即地基處于彈塑性變形階段），但地基內(nèi)塑性區(qū)限制在一定范圍時地基所承受的基地壓力。,臨塑荷載,臨界荷載,基本原理與假定條件,基本原理依據(jù)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)的最大深度獲得地基承載力公式。假定條件地基為均質(zhì)半無限體，將地基中的剪切破壞區(qū)即塑性開展區(qū)限制在一定范圍內(nèi)。允許塑性區(qū)有一定的開展范圍又保證地基最大限度的安全承擔(dān)結(jié)構(gòu)荷載時的基地壓力確定地基的設(shè)計承載力,塑性區(qū)邊界與臨塑荷載的確定,塑性變形區(qū)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)，大、小主應(yīng)力滿足極限平衡條件：,塑性區(qū)邊界與臨塑荷載的確定,塑性變形區(qū)范圍,塑性區(qū)邊界方程,滿足極限平衡條件的地基塑性區(qū)邊界方程，給出了塑性區(qū)邊界上任意一點的坐標(biāo)z與0的關(guān)系。如果荷載、基礎(chǔ)兩側(cè)超載q及土的、c、為已知，據(jù)此可繪出塑性區(qū)的邊界線。,塑性區(qū)邊界與臨塑荷載的確定,塑性變形區(qū)范圍,界定塑性區(qū)的范圍，不必描繪整個塑性區(qū)得邊界，只需知道塑性展開區(qū)相對該基底壓力p的最大深度zmax。,塑性區(qū)邊界與臨塑荷載的確定,臨塑荷載與臨界荷載,臨塑荷載：基礎(chǔ)邊緣地基中剛要出現(xiàn)塑性區(qū)時基底單位面積上所承擔(dān)的荷載，相當(dāng)于地基從壓縮階段過渡到剪切階段的界限荷載，根據(jù)塑性區(qū)邊界方程,令Zmax=0即可導(dǎo)得地基臨塑荷載的計算式。,承載力系數(shù)：,臨塑荷載由兩部分組成，第一部分為地基土粘聚力C的作用，第二部分為基礎(chǔ)兩側(cè)超載q或基礎(chǔ)埋深d的影響，這兩部分都是內(nèi)摩擦角的函數(shù)，隨c、d的增大而增大。,塑性區(qū)邊界與臨塑荷載的確定,臨塑荷載與臨界荷載,臨界荷載：指允許地基產(chǎn)生一定范圍塑性區(qū)所對應(yīng)的荷載。實踐表明，采用不允許地基產(chǎn)生塑性區(qū)的臨塑荷載作為地基容許承載力的話，就不能充分發(fā)揮地基的承載能力，取值偏于保守；工程實踐經(jīng)驗表明，在中心荷載作用下，控制塑性區(qū)最大開展深度zmax=1/4b，在偏心荷載下控制zmax=1/3b，對一般建筑物是允許的；p1/4、p1/3：分別是允許地基產(chǎn)生范圍塑性區(qū)所對應(yīng)的兩個臨界荷載。此時，地基變形會有所增加，須驗算地基的變形值不超過允許值。,塑性區(qū)邊界與臨塑荷載的確定,臨塑荷載與臨界荷載,zmax=1/4b,zmax=1/4b,中心荷載,偏心荷載,塑性區(qū)邊界與臨塑荷載的確定,臨塑荷載與臨界荷載,兩個臨界荷載由三部分組成，第一、二部分分別反映了地基土粘聚力和基礎(chǔ)埋深對承載力的影響，這兩部分組成了臨塑荷載；第三部分表現(xiàn)為基礎(chǔ)寬度和地基土重度的影響，實際上受塑性區(qū)開展深度的影響；它們都隨內(nèi)摩擦角的增大而增大，其值可從公式計算得到。分析臨界荷載的組成，可以看到它受地基土的性質(zhì)、基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)尺寸等因素的影響。,9.4地基極限承載力,地基極限承載力：地基在外荷載的作用下產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到極限平衡時的荷載。這也是地基承載力理論計算的一類方法。極限荷載的計算，極限承載力的求解方法有兩大類：按極限平衡理論求解，假定地基土是剛塑性體，當(dāng)應(yīng)力小于土體屈服應(yīng)力時，土體不產(chǎn)生變形，如同剛體一樣；當(dāng)達(dá)到屈服應(yīng)力時，塑性變形將不斷增加，直至土樣發(fā)生破壞。（普朗德爾和賴斯納極限承載力）按照假定滑動面求解，通過基礎(chǔ)模型試驗，研究地基整體剪切破壞模式的滑動面形狀，并簡化為假定滑動面，根據(jù)滑動土體的靜力平衡條件求解極限承載力（太沙基、漢森公式）,普朗特爾極限承載力理論,基本假定：條形基礎(chǔ)具有足夠大的剛度，底面光滑；地基材料具有剛塑性性質(zhì)且地基土重度為零；基礎(chǔ)置于地基表面；當(dāng)作用在基礎(chǔ)上的荷載足夠大時，基礎(chǔ)陷入地基中，地基產(chǎn)生如圖所示的整體剪切破壞。,？,區(qū)：主動朗肯區(qū)，1豎直向，破裂面與水平面成45o/2,普朗特爾極限承載力理論,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,考慮基礎(chǔ)埋深d時：,條形基礎(chǔ)的普朗特爾極限承載力理論解，滑動面較符合實際，但因不考慮基礎(chǔ)底面以下土的自重，故而是不合理的。,太沙基極限承載力理論,基本假定：均質(zhì)地基、條形基礎(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，即基礎(chǔ)底面與土之間有摩擦力存在；當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度為d時，基底面以上兩側(cè)土體用相當(dāng)?shù)木贾煤奢d代替。,適用范圍：適用于基礎(chǔ)底面粗糙的條形基礎(chǔ)；并推廣應(yīng)用于方形基礎(chǔ)與圓形基礎(chǔ)。,太沙基極限承載力理論,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,太沙基理論的極限承載力理論解：,承載力系數(shù)Nr、Nq、Nc：,太沙基極限承載力理論,與有關(guān)的承載力系數(shù)Nr、Nq、Nc，太沙基給出關(guān)系曲線，可以根據(jù)相關(guān)曲線得到。,太沙基極限承載力理論,條形基礎(chǔ)（松軟地基）對于地基發(fā)生局部剪切破壞的情況，太沙基建議對土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行折減，即?。?圓形或方形基礎(chǔ)太沙基建議按下列半經(jīng)驗公式計算地基極限承載力。方形基礎(chǔ)（寬度為b）整體剪切破壞pu=1.2cNc+qNq+0.4bN局部剪切破壞pu=0.8cNc+qNq+0.4bN圓形基礎(chǔ)（半徑為b）整體剪切破壞pu=1.2cNc+qNq+0.6bN局部剪切破壞pu=0.8cNc+qNq+0.6bN,太沙基極限承載力理論,太沙基極限承載力理論,根據(jù)太沙基理論求得的是地基極限承載力，在此一般取它的(1/21/3)作為地基容許承載力，它的取值大小與結(jié)構(gòu)類型、建筑物重要性、荷載的性質(zhì)等有關(guān)，即對太沙基理論的安全系數(shù)一般取K=23。,地基承載力設(shè)計值f=pu/FsFs：地基極限荷載安全系數(shù)，F(xiàn)s=23,漢森和魏錫克極限承載力,適用條件傾斜荷載作用基礎(chǔ)形狀基礎(chǔ)埋深的影響,漢森和魏錫克極限承載力,極限承載力公式：,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),9.5地基容許承載力和承載力特征值,地基容許承載力：地基穩(wěn)定有足夠安全度的承載能力，它相當(dāng)于地基極限承載力除以一個安全系數(shù)，此即定值法確定的地基承載力；同時必須驗算地基變形不超過允許變形值。地基承載力特征值：地基穩(wěn)定有保證可靠度的承載能力，它作為隨機(jī)變量是以概率理論為基礎(chǔ)的，分項系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計法確定的地基承載力；同時也要驗算地基變形不超過允許變形值。,本章要點,地基承載力的概念地基破壞形式及特征地基承載力確定方法及載荷試驗臨塑荷載及臨界荷載的概念及計算地基極限承載力理論及應(yīng)用,例題1：某條形基礎(chǔ)底寬3m，基礎(chǔ)埋深1.5m。地基土=19kN/m3，sat=20kN/m3，c=10kPa，=10。試確定：（1）地基的臨界荷載p1/4、p1/3；（2）如地下水位上升至基礎(chǔ)底面，其值如何變化