注巖土力學(xué)講義土的抗剪強(qiáng)度課件

1、 第五節(jié) 地基承載力一、地基剪切破壞模式（一）地基基剪切破破壞的三三種模式式地基的剪切切破壞模模式主要要有三種種：整體體剪切破破壞、刺刺入剪切切破壞和和局部剪剪切破壞壞。（1）整體體剪切破破壞。有有輪廓分分明的從從地基到到地面的的連續(xù)剪剪切滑動(dòng)動(dòng)面，鄰鄰近基礎(chǔ)礎(chǔ)的土體體有明顯顯的隆起起，可使使上部結(jié)結(jié)構(gòu)隨基基礎(chǔ)發(fā)生生突然傾傾斜，造造成災(zāi)難難性破壞壞。 （22）刺入入剪切破破壞。地地基不出出現(xiàn)明顯顯連續(xù)的的剪切滑滑動(dòng)面，以以豎向下下沉變形形為主。隨隨荷載的的增加，地地基土不不斷被壓壓縮，基基礎(chǔ)豎向向下沉，垂垂直刺入入地基中中，基礎(chǔ)礎(chǔ)之外的的土體無(wú)無(wú)變形。基基礎(chǔ)除在在豎向有有突然的的小移動(dòng)動(dòng)之外，

2、既既沒(méi)有明明顯的失失穩(wěn)，也也沒(méi)有大大的傾斜斜。（3）局部部剪切破破壞。隨隨荷載的的增加，緊緊靠基礎(chǔ)礎(chǔ)的土層層會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)輪廓分分明的剪剪切滑動(dòng)動(dòng)面，滑滑動(dòng)面不不露出地地表，在在地基內(nèi)內(nèi)某一深深度處終終止?；A(chǔ)豎向向下沉顯顯著，基基礎(chǔ)周邊邊地表有有隆起現(xiàn)現(xiàn)象。只只有產(chǎn)生生大于基基礎(chǔ)寬度度之半的的下沉量量時(shí)，滑滑動(dòng)面才才會(huì)露于于地表。任任何情況況下，建建筑物均均不會(huì)發(fā)發(fā)生災(zāi)難難性傾倒倒，基礎(chǔ)礎(chǔ)總是下下沉，深深埋于地地基之中中。（二）破壞壞模式p-s曲線的的特點(diǎn)三種破壞模模式的p-s曲線雖雖然各有有特點(diǎn)，但但整體剪剪切破壞壞明顯存存在三個(gè)個(gè)變形階階段，見(jiàn)見(jiàn)圖18-29。1線性變變形階段段荷載p較小小時(shí)

3、，出出現(xiàn)oa直線段段，土粒粒發(fā)生豎豎向位移移，孔隙隙減小，產(chǎn)產(chǎn)生地基基的壓密密變形，土土中各點(diǎn)點(diǎn)均處于于彈性應(yīng)應(yīng)力平衡衡狀態(tài)，地地基中應(yīng)應(yīng)力一應(yīng)應(yīng)變關(guān)系系可用彈彈性力學(xué)學(xué)理論求求解。2塑性變變形階段段如圖中acc段，a點(diǎn)的荷荷載為地地基邊緣緣將出現(xiàn)現(xiàn)塑性區(qū)區(qū)的臨界界值，故故稱a點(diǎn)的荷荷載為臨臨塑荷載載pcr。曲曲線ac段表明p-s不再是是線性關(guān)關(guān)系，變變形速率率不斷加加大，主主要是塑塑性變形形。隨荷荷載的加加大，塑塑性變形形區(qū)從基基礎(chǔ)邊緣緣逐漸開(kāi)開(kāi)展并加加大加深深，荷載載加大到到c點(diǎn)時(shí)，塑塑性變形形區(qū)擴(kuò)展展為連續(xù)續(xù)滑動(dòng)面面，則地地基瀕臨臨失穩(wěn)破破壞，故故稱c點(diǎn)對(duì)應(yīng)應(yīng)的荷載載為極限限荷載pu。p

4、-s曲線上上的峰值值荷載（圖圖中曲線線1、2）或p-s曲線變變化率變變?yōu)楹阒抵灯鹗键c(diǎn)點(diǎn)的荷載載（曲線線3）均定定為戶。值值。ac段上任任意一點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的的荷載均均稱為塑塑性荷載載。pcr與pu可視為為塑性荷荷載中的的特殊點(diǎn)點(diǎn)。3完全破破壞階段段p-s曲線線c點(diǎn)以下的階段段，基礎(chǔ)礎(chǔ)急劇下下沉，荷荷載不能能增加（圖圖中曲線線1、2）或荷荷載增加加不多（曲曲線3）。二、臨塑荷荷載、界界限荷載載、極限限荷載、破破壞荷載載臨塑荷載ppc是指地地基中剛剛要出現(xiàn)現(xiàn)塑性剪剪切區(qū)的的臨界荷荷載。塑性荷載是是指地基基中發(fā)生生任一大大小塑性性區(qū)時(shí)，其其相應(yīng)的的荷載。如如基底寬寬度為b，塑性性區(qū)開(kāi)展展深度為為b/4或b

5、/3時(shí)，相相應(yīng)的荷荷載為、稱為界界限荷載載。極限荷載ppu指使地地基發(fā)生生失穩(wěn)破破壞前的的那級(jí)荷荷載。破壞荷載是是指基地地發(fā)生失失穩(wěn)破壞壞時(shí)的荷荷載。三、地基承承載力概概念 地基基承載力力是指單單位面積積上地基基所能承承受的荷荷載。地地基承受受這一荷荷載時(shí)，在在強(qiáng)度方方面，相相對(duì)于破破壞狀態(tài)態(tài)的極限限荷載有有足夠大大的安全全儲(chǔ)備；而所產(chǎn)產(chǎn)生的變變形均在在容許的的范圍內(nèi)內(nèi)。 四、地地基承載載力的確確定方法法按應(yīng)地基基規(guī)范規(guī)規(guī)定確定定地基承承載力。地基承載力力特征值值也可由由載荷試試驗(yàn)或其其他原位位測(cè)試公公式計(jì)算算，并結(jié)結(jié)合工程程實(shí)踐經(jīng)經(jīng)驗(yàn)等方方法綜合確定定。（一）按地地基規(guī)范范規(guī)定定確定地地基承

6、載載力當(dāng)基礎(chǔ)寬度度大于3m或埋置置深度大大于0.55m時(shí)，從從荷載試試驗(yàn)或其其他原位位測(cè)試、經(jīng)經(jīng)驗(yàn)值等等方法確定的地地基承載載力特征征值，尚尚應(yīng)按下下式修正正(18-551)式中：faa-修正后后的地基基承載力力特征值值(kPPa)； fakk -地基承承載力特特征值(kPPa)，按規(guī)規(guī)范的原原則確定定；、-分別別為基礎(chǔ)礎(chǔ)寬度和和埋深的的地基承承載力修修正系數(shù)數(shù)，按基基底下土土的類別別查規(guī)范范表取值值；-基礎(chǔ)礎(chǔ)底面以以下土的的重度(kN/m3)，地下下水位以以下取浮浮重度； b-基基礎(chǔ)底面面寬度(m)，當(dāng)基基寬小于于3m按3m取值，大大于6m按6m取值；m-基基礎(chǔ)底面面以上土土的加權(quán)權(quán)平均重重

7、度(kN/m3)，地下下水位以以下取有有效重度度； d-基基礎(chǔ)埋置置深度(m)，一般般自室外外地面標(biāo)標(biāo)高算起起，在填填方整平平地區(qū)，可可自填土土地面標(biāo)標(biāo)高處算算起，但但填土在在上部結(jié)結(jié)構(gòu)施工工后完成成時(shí)，應(yīng)應(yīng)從天然然地面標(biāo)標(biāo)高處算算起，對(duì)對(duì)于地下下室，如如采用箱箱形基礎(chǔ)礎(chǔ)或筏基基時(shí)，基基礎(chǔ)埋置置深度自自室外地地面標(biāo)高高處算起起，當(dāng)采采用獨(dú)立立基礎(chǔ)或或條形基基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)應(yīng)從室內(nèi)內(nèi)地面標(biāo)標(biāo)高處算算起?！纠?8-12】在相相同的砂砂土地基基上，甲甲、乙兩兩基礎(chǔ)的的底面均均為正方方形，且且埋深相相同?；A(chǔ)甲的的面積為為基礎(chǔ)乙乙的2倍，根根據(jù)載荷荷試驗(yàn)得得到的承承載力進(jìn)進(jìn)行深度度和寬度度修正后后，有：A

8、基礎(chǔ)甲甲的承載載力大于于基礎(chǔ)乙乙B基礎(chǔ)乙乙的承載載力大于于基礎(chǔ)甲甲C兩個(gè)基基礎(chǔ)的承承載力相相等D根據(jù)基基礎(chǔ)寬度度不同，基基礎(chǔ)甲的的承載力力可能大大于或等等于基礎(chǔ)礎(chǔ)乙的承承載力，但但不會(huì)小小于基礎(chǔ)礎(chǔ)乙的承承載力解 增大大基礎(chǔ)寬寬度和埋埋深可以以提高地地基承載載力。根根據(jù)建建筑地基基基礎(chǔ)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范范(GB500077-20011)，可對(duì)對(duì)基礎(chǔ)寬寬度在3- 6mm范圍內(nèi)內(nèi)的基礎(chǔ)礎(chǔ)地基承承載力進(jìn)進(jìn)行提高高修正。據(jù)據(jù)題意，影影響兩基礎(chǔ)地地基承載載力的因因素只有有基礎(chǔ)寬寬度。答案：D【例18-13】對(duì)于于相同的的場(chǎng)地，下下面哪種種情況可可以提高高地基承承載力并并減少沉沉降？A.加大基基礎(chǔ)埋深深，并加加做一

9、層層地下室室B基底壓壓力p(kkPa)不變，加加大基礎(chǔ)礎(chǔ)寬度C建筑物物建成后后抽取地地下水D建筑物物建成后后，填高高室外地地坪解 A項(xiàng)項(xiàng)，增大大基礎(chǔ)埋埋深可減減小基底底附加應(yīng)應(yīng)力，進(jìn)進(jìn)而減小小基礎(chǔ)沉沉降，且且由地基基承載力力特征值值計(jì)算公公式：可可知，埋埋深d值增大大，可適適當(dāng)提高高地基承承載力；B項(xiàng)，加加大基礎(chǔ)礎(chǔ)寬度可可提高地地基承載載力，但但當(dāng)基礎(chǔ)礎(chǔ)寬度過(guò)過(guò)大時(shí)，基基礎(chǔ)的沉沉降量會(huì)會(huì)增加；c項(xiàng)，抽抽取地下下水會(huì)增增大土的的自重應(yīng)應(yīng)力，進(jìn)進(jìn)而增大大基礎(chǔ)沉沉降量；D項(xiàng)，提提高室外外地坪，增增大了基基底附加加應(yīng)力，進(jìn)進(jìn)而會(huì)增增大基礎(chǔ)礎(chǔ)沉降量量。答案：A【例18-14】關(guān)于于地基承承載力特特征值的

10、的深度修修正式伽伽，下面面說(shuō)法不不正確的的是：A. 的最最大值為為B總是大大于或等等于0，不能能為負(fù)值值C總是大大于或等等于1D取基底底以上土土的重度度，地下下水以下下取浮重重度解 建建筑地基基與基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范規(guī)規(guī)定：“d為基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深，宜宜為室外外地面標(biāo)標(biāo)高算起起”。規(guī)范范中并未未對(duì)基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深最最大值作作出限值值。答案：A【例18-15】下面面哪種情情況不能能提高地地基承載載力：A.加大基基礎(chǔ)寬度度B增加基基礎(chǔ)埋深深C降低地地下水D增加基基礎(chǔ)材料料的強(qiáng)度度解：巖基的的破壞主主要為剪剪切破壞壞，因此此，從理理論上看看，極限限承載力力應(yīng)該主主要取決決于巖體體和結(jié)構(gòu)構(gòu)面的抗抗剪強(qiáng)度度。答案：D （

11、二）按按荷載試試驗(yàn)確定定地基承承載力載荷試驗(yàn)是是地基承承載力的的原位測(cè)測(cè)試方法法。1淺層平平板載荷荷試驗(yàn)(1)地基基土淺層層平板載載荷試驗(yàn)驗(yàn)可適用用于確定定淺部地地基土層層的承壓壓板下應(yīng)應(yīng)力主要要影響范范圍內(nèi)的承載力力。承壓壓板面積積不應(yīng)小小于0.225m22，對(duì)于于軟土不不應(yīng)小于于0.55m2。(2)試驗(yàn)驗(yàn)基坑寬寬度不應(yīng)應(yīng)小于承承壓板寬寬度或直直徑的3倍。應(yīng)應(yīng)保持試試驗(yàn)土層層的原狀狀結(jié)構(gòu)和和天然濕度。宜宜在擬試試壓表面面用粗砂砂或中砂砂層找平平，其厚厚度不超超過(guò)20mmm。(3)加荷荷分級(jí)不不應(yīng)少于于8級(jí)，最最大加載載量不應(yīng)應(yīng)小于設(shè)設(shè)計(jì)要求求的兩倍倍。(4)每級(jí)級(jí)加載后后，按間間隔10mmi

12、n、10mmin、10mmin、15mmin、15mmin，以后后為每隔隔半小時(shí)時(shí)測(cè)讀一一次沉降降量，當(dāng)當(dāng)在連續(xù)續(xù)兩小時(shí)時(shí)內(nèi)，每每小時(shí)的的沉降量量小于O.11mm時(shí)，則則認(rèn)為已已趨穩(wěn)定定，可加加下一級(jí)級(jí)荷載。(5)當(dāng)出出現(xiàn)下列列情況之之一時(shí)，即即可終止止加載：承壓板周周圍的土土明顯地地側(cè)向擠擠出；沉降量ss急驟增增大，荷荷載一沉沉降（p-s）曲曲線出現(xiàn)現(xiàn)陡降段段；在某一級(jí)級(jí)荷載下下，24h內(nèi)沉降降速率不不能達(dá)到到穩(wěn)定；沉降量與與承壓板板寬度或或直徑之之比大于于或等于于0.006。當(dāng)滿足前三三種情況況之一時(shí)時(shí)，將其其對(duì)應(yīng)的的前一級(jí)級(jí)荷載定定為極限限荷載。(6)承載載力特征征值的確確定應(yīng)符符合下列

13、列規(guī)定：當(dāng)p-ss曲線上上有比例例界限時(shí)時(shí)，取該該比例界界限所對(duì)對(duì)應(yīng)的荷荷載值；極限荷載小小于對(duì)應(yīng)應(yīng)比倒界界限的荷荷載值的的2倍時(shí)，取取極限荷荷載值的的一半；不能按上述述兩款要要求確定定時(shí)，當(dāng)當(dāng)壓板面面積為0.2250. 50mm2，可取s/bb=0.010.0015所對(duì)應(yīng)的荷荷載，但但其值不不應(yīng)大于于最大加加載量的的一半。(7)同一一土層參參加統(tǒng)計(jì)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)應(yīng)少于3個(gè)，當(dāng)當(dāng)試驗(yàn)實(shí)實(shí)測(cè)值的的極差不不超過(guò)其其平均值值的30%時(shí)，取取此平均均值作為為該土層層的地基基承載力力特征值值fak。2深層平平板載荷荷試驗(yàn)要要點(diǎn)(1)深層層平板載載荷試驗(yàn)驗(yàn)可適用用于確定定深部地地基土層層及大直直徑樁樁樁

14、端土層層在承壓壓板下主主要影響范圍內(nèi)內(nèi)的承載載力。(2)深層層平板載載荷試驗(yàn)驗(yàn)的承壓壓板采用用直徑為為0.88m的剛性性板，緊緊靠承壓壓板周圍圍外側(cè)的的土層高度應(yīng)不少少于80ccm。(3)加荷荷等級(jí)可可按預(yù)估估極限承承載力的的1/1101/115分級(jí)施施加。(4)每級(jí)級(jí)加荷后后，第一一個(gè)小時(shí)時(shí)內(nèi)按間間隔10mmin、10mmin、10mmin、15mmin、15mmin，以后后為每隔隔半小時(shí)時(shí)測(cè)讀一一次沉降降量。當(dāng)當(dāng)在連續(xù)續(xù)兩小時(shí)時(shí)內(nèi)，每每小時(shí)的的沉降量量小于0.11mm時(shí)，則則認(rèn)為已已趨穩(wěn)定定，可加加下一級(jí)級(jí)荷載。(5)當(dāng)出出現(xiàn)下列列情況之之一時(shí)，可可終止加加載：沉降量ss急驟增增大，荷荷載

15、-沉降( pp-s)曲線上上有可判判定極限限承載力力的陡降降段，且且沉降量量超過(guò)0.004d(d為承壓壓板直徑徑)；在某級(jí)荷荷載下，24h內(nèi)沉降降速率不不能達(dá)到到穩(wěn)定；本級(jí)沉降降量大于于前一級(jí)級(jí)沉降量量的5倍；當(dāng)持力層層土層堅(jiān)堅(jiān)硬，沉沉降量很很小時(shí)，最最大加載載量不小小于設(shè)計(jì)計(jì)要求的的2倍。(6)承載載力特征征值的確確定應(yīng)符符合下列列規(guī)定：當(dāng)p-ss曲線上上有比例例界限時(shí)時(shí)，取該該比例界界限所對(duì)對(duì)應(yīng)的荷荷載值；滿足前三三條終止止加載條條件之一一時(shí)，其其對(duì)應(yīng)的的前一級(jí)級(jí)荷載定定為極限限荷載，當(dāng)當(dāng)該值小小于對(duì)應(yīng)應(yīng)比例界界限的荷荷載值的的2倍時(shí)，取取極限荷荷載值的的一半；不能按上上述兩款款要求確確定

16、時(shí)，可可取s/dd=0.010.0015所對(duì)應(yīng)應(yīng)的荷載載值，但但其值不不應(yīng)大于最大加載載量的一一半。(7)同一一土層參參加統(tǒng)計(jì)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)應(yīng)少于三三點(diǎn)，當(dāng)當(dāng)試驗(yàn)實(shí)實(shí)測(cè)值的的極差不不超過(guò)平平均值的的30%時(shí)，取取此平均均值作為為該土層層的地基基承載力力特征值值fak。（三）按土土的抗剪剪強(qiáng)度指指標(biāo)計(jì)算算地基承承載力（不不常用）當(dāng)荷載偏心心距e小于或或等于0.0033的基礎(chǔ)礎(chǔ)地面寬寬度（即即：e0. 0333l，而l指的是是彎矩作作用方向向的基礎(chǔ)礎(chǔ)底面尺尺寸）時(shí)時(shí)，根據(jù)據(jù)由試驗(yàn)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)計(jì)得到的的土的抗抗剪強(qiáng)度度指標(biāo)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，可可按下式式計(jì)算地地基土承承載力特特征值(18-552)式中： fa由

17、土的的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)確定的的地基承承載力特特征值(kPPa)；Mb、Mdd、Mc承載力力系數(shù)，可可查相應(yīng)應(yīng)表格；b基礎(chǔ)礎(chǔ)底面寬寬度，b66m時(shí)按6m計(jì)，對(duì)對(duì)于砂土土b33m時(shí)按3m計(jì)； ck-基底下下一倍基基寬深度度范圍內(nèi)內(nèi)的黏聚聚力標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值(kPPa)；d、m同前。（四）按理理論計(jì)算算公式確確定地基基承載力力 1斯斯肯普頓頓地基極極限承載載力公式式 斯肯普普頓公式式應(yīng)用于于飽和軟軟黏土地地基（=0）。(18-553)它是飽和軟軟黏土地地基在條條形荷載載作用下下的極限限承載力力公式。是是普朗特特爾一雷雷斯諾極極限荷載公式在=0時(shí)的的特例。對(duì)于矩形基基礎(chǔ)，參參考前人人的研究究成果，斯斯肯普頓頓

18、( AA.WSkeemptton，19552)給出的的地基極極限承載載力公式式為 (18-54)式中：c-地基土土黏聚力力(kPPa)取基底底以下0.7707bb深度范范圍內(nèi)的的平均值值，考慮慮飽和黏黏性土和和粉土在在不排水水條件下下的短期期承載力力時(shí)，黏黏聚力應(yīng)應(yīng)采用土土的不排排水抗剪剪強(qiáng)度cu；b、l、dd-分別為為基礎(chǔ)的的寬度、長(zhǎng)長(zhǎng)度和埋埋深(m)； -基礎(chǔ)礎(chǔ)埋置深深度d范圍內(nèi)內(nèi)土的加加權(quán)平均均重度(kN/m3)。工程實(shí)際證證明，用用斯肯普普頓公式式計(jì)算的的軟土地地基承載載力與實(shí)實(shí)際情況況是比較較接近的的，安全全系數(shù)K可取1.11.3。2太沙基基地基極極限承載載力公式式太沙基( K. T

19、errzagghi，19443)提出了了條形淺淺基礎(chǔ)的的極限荷荷載公式式。太沙沙基從實(shí)實(shí)用的角角度考慮認(rèn)為，當(dāng)當(dāng)基礎(chǔ)的的長(zhǎng)寬比比l/b5及基礎(chǔ)礎(chǔ)的埋置置深度d6時(shí)，就就可視為為是條形形淺基礎(chǔ)礎(chǔ)?；滓陨系耐镣馏w看作作是作用用在基礎(chǔ)礎(chǔ)兩側(cè)底底面上的的均布荷荷載q= d，并假假定基礎(chǔ)礎(chǔ)底面是是粗糙的的。太沙基的極極限承載載力公式式 (118-555)式中：N、Nq、Nc為承載載力系數(shù)數(shù)，它們們都是無(wú)無(wú)量綱系系數(shù)，僅僅與土的的內(nèi)摩擦擦角有關(guān)關(guān)，可由由表18-4查得。太沙基公式式承載力力系數(shù)表表表18-4O5010015020025030。350400450NOO511.201.804.011.021

20、.845.4125326Nq1.01.642.694.457.4212.722.541.481.3173.33Nc5.717.329.5812.917.625.137.257.795.7172.22公式(188-555)只適用用于條形形基礎(chǔ)，對(duì)對(duì)于圓形形或方形形基礎(chǔ)，太太沙基提提出了半半經(jīng)驗(yàn)的的極限荷荷載公式式。圓形形基礎(chǔ) (188-566)式中：R-圓形基基礎(chǔ)的半半徑；其余符號(hào)意意義同前前。方形基礎(chǔ) (118-557)式(1855)式(188-577)只適用用于地基基土是整整體剪切切破壞的的情況，即即地基土土較密實(shí)實(shí)，其p-s曲線有有明顯的的轉(zhuǎn)折點(diǎn)點(diǎn)，破壞壞前沉降降不大等等。對(duì)于于松軟土土質(zhì)，地地基破壞壞是局部部剪切破破壞，沉沉降較大大，其極極限荷載載較小。太太沙基建建議在這這種情況況下采用用較小的的；、c值代入入上述各各式計(jì)算算極限