地基破壞及地基承載力講義（清楚明了）

1、地基承載力第7章第7章 地基承載力二、按塑性取的發(fā)展深度確定承載力三、地基極限承載力一、地基破壞的模式地基承受建筑物荷載地基應(yīng)力狀態(tài)改變地基變形地基失穩(wěn)7.1 地基破壞的模式地基變形與地基土的壓縮性有關(guān)建筑物基礎(chǔ)沉降或沉降差上部結(jié)構(gòu)傾斜、開裂或損壞沉降傾斜開裂地基失穩(wěn)與地基土的強度有關(guān)地基土發(fā)生滑動剪切破壞上部結(jié)構(gòu)倒塌在粘土地基上的某谷倉地基破壞情況1940年在軟粘土地基上的某水泥倉的傾覆水泥倉地基整體破壞藍粘土石頭和粘土地基土可能的滑動方向巖石黃粘土地基土不堪重負而滑動地基承載力：地基承受荷載的能力。數(shù)值上用地基單位面積上所能承受的荷載來表示。極限承載力地基承受荷載的極限能力。數(shù)值上等于地基

2、所能承受的最大荷載。容許承載力 保留足夠安全儲備，且滿足一定變形要求的承載力。建筑物地基設(shè)計的基本要求：穩(wěn)定要求：荷載小于承載力（抗力）變形要求：變形小于設(shè)計允許值 SS與土的強度有關(guān)與土的壓縮性有關(guān)地基承載力沉降計算（分層總和法） 地基土體因承載能力不足出現(xiàn)的破壞均為剪切破壞淺基礎(chǔ)的地基剪切破壞的模式有：整體剪切破壞局部剪切破壞沖剪破壞整體剪切破壞的特點整體剪切破壞：是在基礎(chǔ)荷載作用下，地基發(fā)生連續(xù)剪切滑動面的破壞模式。由普朗德爾（Prandtl）在1920年提出。整體剪切破壞多發(fā)生于土質(zhì)堅實，基礎(chǔ)埋深淺的地基。opSpcra階段1彈性壓密階段當ppcr時：p由0逐漸增大；ps為線性關(guān)系；地

3、基土逐漸壓密，但不出現(xiàn)破壞；基礎(chǔ)下沉；Fp階段2局部破壞階段puopSpcrab當pcrppu時：隨p逐漸增大；地基土體沿形成的滑動面向外滑動；基礎(chǔ)四周地表隆起：基礎(chǔ)急劇下沉：臨塑荷載pcr極限荷載pu局部剪切破壞的特點局部剪切破壞：是在基礎(chǔ)荷載作用下，地基某一范圍內(nèi)發(fā)生剪切破壞區(qū)的破壞模式。由太沙基（Terzaghi）在1943年提出。局部剪切破壞多發(fā)生于土質(zhì)松軟，基礎(chǔ)埋深較大的地基。在荷載逐步施加的初始階段，ps就呈非線性關(guān)系并無明顯的拐點。隨p逐漸增大；基礎(chǔ)下的破壞區(qū)域不斷發(fā)展，連成整體。opSpu當壓力增加到pu時，剪切破壞面將繼續(xù)延伸到一定位置，但未到達地表?；A(chǔ)四周土被擠出，地面稍

4、有隆起。沖剪破壞的特點沖剪破壞：是在基礎(chǔ)荷載作用下，地基土體發(fā)生垂直剪切破壞，使基礎(chǔ)產(chǎn)生交大沉降的破壞模式。由德貝爾（De Beer）在1958年提出。沖剪破壞多發(fā)生于土質(zhì)松軟，基礎(chǔ)埋深大的地基。隨著壓力的增加，基礎(chǔ)持續(xù)下沉；因為地基土的較大壓縮以至于基礎(chǔ)呈現(xiàn)連續(xù)刺入。ps曲線從開始就呈非線性，沒有轉(zhuǎn)折點；OpS地基不出現(xiàn)連續(xù)滑動面，基礎(chǔ)側(cè)面地面不出現(xiàn)隆起，因而基礎(chǔ)邊緣下的地基垂直剪切破壞。地基承載力的確定以地基整體剪切破壞的模式確定承載力地基承載力的確定方法有：按塑性區(qū)的發(fā)展深度確定根據(jù)地基承載力的理論公式確定依據(jù)原位試驗確定1. 基本原理整體剪切破壞7.2 按塑性區(qū)的發(fā)展深度確定地基發(fā)生整

5、體剪切破壞；破壞區(qū)域的范圍隨壓力增大而增大；zmaxp破壞區(qū)域的最大深度與壓力有關(guān)；確定p與zmax之間的關(guān)系；限制zmax，得到p，作為地基承載力；2. 地基塑性變形區(qū)的邊界方程；q = 0dp0zMb條形基礎(chǔ)承受豎向均布基底壓力；d 0b由基底附加壓力在M點產(chǎn)生的主應(yīng)力為；M點位于塑性破壞區(qū)的邊緣上；（1）線荷載作用下的 地基附加應(yīng)力線荷載作用下的應(yīng)力狀態(tài)屬于彈性力學(xué)中的平面應(yīng)變問題，按廣義虎克定律和y0的條件可得： 因此，在平面問題中需要計算的應(yīng)力分量只有z、x和xz三個。假設(shè)地基中原有的自重應(yīng)力場為：則M點總的大、小主應(yīng)力為：因M點位于塑性破壞區(qū)的邊緣上；則M點的大、小主應(yīng)力滿足極限平

6、衡條件；將M點的大、小主應(yīng)力代入上式，得：該式即為地基塑性變形區(qū)的邊界方程。表示在一定基底壓力p作用下，塑性區(qū)邊界上任一點的深度z與0角的關(guān)系。pzmax求塑性變形區(qū)邊界方程的極值。令得該式即為地基塑性變形區(qū)的最大深度與基底壓力p的關(guān)系。3. 臨塑荷載令zmax=0，得臨塑荷載pcr為：臨塑荷載由兩部分組成:這兩部分都是內(nèi)摩擦角的函數(shù)。第一部分為地基土粘聚力的作用;第二部分為基礎(chǔ)兩側(cè)超載或基礎(chǔ)埋深的影響;3. 臨界荷載臨界荷載：是指允許地基產(chǎn)生一定范圍塑性區(qū)所對應(yīng)的荷載。允許塑性區(qū)開展深度的范圍大小與建筑物的重要性、荷載性質(zhì)和大小、基礎(chǔ)形式和特性、地基土的物理力學(xué)性質(zhì)等有關(guān)。 根據(jù)工程實踐經(jīng)驗

7、，在中心荷載作用下，控制塑性區(qū)最大開展深度為b/4，偏心荷載作用下控制為b/3，對一般建筑物是允許的。令zmax=b/4，得p1/4為：令zmax=b/3，得p1/3為：第一部分表現(xiàn)為基礎(chǔ)寬度和地基土重度的影響；第二、第三部分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。pcr、p1/3、p1/4可寫成統(tǒng)一形式：7.3 地基極限承載力一、普朗德爾-瑞斯納公式 普朗德爾（Prandtl，1920）利用塑性力學(xué)的滑移線場理論，針對無埋深條形基礎(chǔ)得到極限承載力的理論解，瑞斯納（Reissner，1924）將其推廣到有埋深的情況。假定：1. 條形基礎(chǔ)，具有足夠大的剛度；2. 基底

8、完全光滑；3. 地基土體具有剛塑性，重度為零；4. 基礎(chǔ)埋深為零。當荷載達到極限荷載pu時，地基內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)的滑裂面。普朗德爾將整個塑性區(qū)域分為五個部分：1個區(qū)朗肯主動區(qū)： pu為大主應(yīng)力，AC與水平向夾角45 2 2個區(qū)過渡區(qū)： r=r0etg2個區(qū)朗肯被動區(qū)：水平方向為大主應(yīng)力，EF與水平向夾角45- 2 b地面 A B C E Fpu=pu paI 區(qū)III 區(qū)0d3= 0d 1 ppr0rpupppacR隔離體分析Ab地面 A B C E F在該式的基礎(chǔ)上，瑞斯納（Reissner，1924）進一步考慮基礎(chǔ)埋深對承載力的影響，把基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)基底兩側(cè)土體重量作為作用在基底面上的超載q=0

9、d，得到相應(yīng)的地基極限承載力公式：二、太沙基極限承載力公式基本假設(shè)：1 基底完全粗糙。當?shù)鼗茐臅r，基礎(chǔ)底下的土楔體ABC處于彈性平衡狀態(tài)，稱為彈性核。AC面與水平面呈角。ABC2 地基破壞時沿著CDF曲面滑動，出現(xiàn)連續(xù)的滑動面。DF面與水平面的夾角為45- /2。ADF為朗肯被動區(qū)，ACD為對數(shù)螺線過渡區(qū)。pu90 45- /2q = 0dABCDF3 將基底以上的地基土看作均布荷載q=0d，不考慮其強度。bCBDFEAG地面4 條形基礎(chǔ)作用均布壓力，地基發(fā)生整體剪切破壞。隔離體分析N 、 Nq 、 Nc承載力系數(shù)，都是土的內(nèi)摩擦角的函數(shù)，可從下圖中實線查得。太沙基極限承載力公式可近似推廣到

10、圓形、方形基礎(chǔ)，及局部剪切破壞情況。局部剪切破壞：Nc、Nq、Nr：修正后的承載力系數(shù)，可由修正后的內(nèi)摩擦角查圖中虛線得到。局部破壞整體破壞圓形基礎(chǔ)：方形基礎(chǔ)整體破壞局部破壞其他極限承載力計算公式 一、魏錫克（Vesic,A.S)極限承載力公式在普朗德爾理論的基礎(chǔ)上，考慮土的自重。 二、梅耶霍夫(Meyerhof,G.G.)極限承載力公式考慮基底以上土體抗剪強度時地基的極限承載力。 三、漢森(Hansen,J.S.)極限承載力公式漢森在極限承載力上的主要貢獻就是對承載力進行數(shù)項修正，包括非條形荷載的基礎(chǔ)形狀修正,埋深范圍內(nèi)考慮土抗剪強度的深度修正，基底有水平荷載時的荷載傾斜修正,地面有傾角b 的地面修正以及基底有傾角時的基底修正。極限承載力pu的組成及影響因素：滑動土體自重產(chǎn)生的抗力取決于