土力学与土质学 (第6章)
土力学与土质学 (第6章）
第6章地基承载力 学习要求: 在了解地基破坏的阶段与破坏的模式基础上, 学会使用临界荷载公式、太沙基公式等承载力公式 验算地基的承载力。 基本内容: 6.1概述 6.2地基破坯模式 6.3地基的临塑荷载和塑性荷载 6,4地基极限承载力理论公式 6.5地基承载力特征值的确定
第6章 地基承载力 学习要求： 在了解地基破坏的阶段与破坏的模式基础上， 学会使用临界荷载公式、太沙基公式等承载力公式 验算地基的承载力。 基本内容： 6.1 概述 6.2 地基破坏模式 6.3 地基的临塑荷载和塑性荷载 6.4 地基极限承载力理论公式 6.5 地基承载力特征值的确定
6.1概述 ●地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷 载的能力。试验研究表明,在荷载作用下,建 筑物地基的破坏通常是由于承载力不足而引起 的剪切破坏。 ●研究地基承载力的目的是安全、正常使用 ●取值可分为其特征值(fa)和修正值(fa) ●影响土抗剪切破坏能力的因素很多 基础的形状、荷载的倾斜与偏心、覆盖层的抗 剪强度、地下水位、下卧层的影响
6.1 概述 ●地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷 载的能力。试验研究表明，在荷载作用下，建 筑物地基的破坏通常是由于承载力不足而引起 的剪切破坏。 ●研究地基承载力的目的是安全、正常使用。 ●取值可分为其特征值（fak）和修正值（ fa ） ●影响土抗剪切破坏能力的因素很多 基础的形状、荷载的倾斜与偏心、覆盖层的抗 剪强度、地下水位、下卧层的影响
6.2地基破坏的模式 为了了解地基承载力的概念及地基地基土受荷 后剪切破坏的过程和形状,可以通过现场载荷 试验或室内模拟试验来研究,这些试验实际上 是一种基础受荷的模拟试验 1一承压板;2—千斤顶 3一百分表;4一平台 5一支墩;6一堆载 地基土现场载荷试验图
6.2 地基破坏的模式 为了了解地基承载力的概念及地基地基土受荷 后剪切破坏的过程和形状，可以通过现场载荷 试验或室内模拟试验来研究，这些试验实际上 是一种基础受荷的模拟试验。 1－承压板；2－千斤顶 3－百分表；4－平台 5－支墩 ； 6－堆载 地基土现场载荷试验图
地基破坏的模式 根据试验结果可绘出载荷试验的p-s曲 Pa Pu p/kPa 线,如右图所示。如果ps曲线上能够 明显地区分其承载过程的三个阶段,则 可以较方便地定出该地基的比例界限荷 载pa和极限承载力p。若ps曲线上没有 明显的三个阶段,根据GBJ7-02《建筑 地基基础设计规范》,地基承载力基本 C 值可按载荷板沉降与载荷板宽度或直径 之比即s/b的值确定,对低压缩性土和 砂土可取s/b=0.01~0015,对中、高压 缩性土可取002
地基破坏的模式 根据试验结果可绘出载荷试验的p-s曲 线，如右图所示。如果p-s曲线上能够 明显地区分其承载过程的三个阶段，则 可以较方便地定出该地基的比例界限荷 载pa和极限承载力pu。若p-s曲线上没有 明显的三个阶段，根据GBJ 7-02《建筑 地基基础设计规范》，地基承载力基本 值可按载荷板沉降与载荷板宽度或直径 之比即s/b的值确定，对低压缩性土和 砂土可取s/b=0.01～0.015，对中、高压 缩性土可取0.02
地基破坏的模式及其特征 根据上图的A,B,C三条ps曲线分别 对应右图的三种地基破坏形式 (a)整体剪切破坏:三角压密区,形 成连续滑动面,两侧挤出并隆起,有明 显的两个拐点。浅基下密砂硬土坚实地基。 (b)局部剪切破坏:基础下塑性区到地 灭NN 基某一范围,滑动面不延伸到地面,基础 两侧地面微微隆起,没有出现明显的裂缝。 常发生于中等密实砂土中 (c)刺入剪切破坏(冲剪破坏):基础 下土层发生压缩变形,基础下沉,当荷载 VAYNAvAV. 继续增加,附近土体发生竖向剪切破坏, 三 使基础刺入土中,而基础两边的土体并没 有移动。常发生于松砂及软土中
地基破坏的模式及其特征 根据上图的A，B，C三条p-s曲线分别 对应右图的三种地基破坏形式。 （a）整体剪切破坏：三角压密区，形 成连续滑动面，两侧挤出并隆起，有明 显的两个拐点。 浅基下密砂硬土坚实地基。 （b）局部剪切破坏：基础下塑性区到地 基某一范围，滑动面不延伸到地面，基础 两侧地面微微隆起，没有出现明显的裂缝。 常发生于中等密实砂土中。 （c）刺入剪切破坏（冲剪破坏）：基础 下土层发生压缩变形，基础下沉，当荷载 继续增加，附近土体发生竖向剪切破坏， 使基础刺入土中，而基础两边的土体并没 有移动。常发生于松砂及软土中
二、破坏模式的判别 鬼锡克( Vesic,AS)建议用土的相对压缩性来判别 土的破坏形式,即土的刚度指标大于土的临界刚度指 标时,则认为土是相对不可压缩的,这时的地基将发 生整体剪切破坏:;反之,则认为土是相对可压缩的, 地基可能发生局部或冲剪破坏 (c+q tan o) 2(1+u(c+g tan o) ==exp(33-0.45)cot(45 式中:G、E分别为土的剪切、变形模量;μ-泊松比;c-内聚力。 为土的内摩擦角;q-地基中膨胀区平均超载压力,取z-b/2
二、破坏模式的判别 魏锡克（Vesic，A.S）建议用土的相对压缩性来判别 土的破坏形式，即土的刚度指标大于土的临界刚度指 标时，则认为土是相对不可压缩的，这时的地基将发 生整体剪切破坏；反之，则认为土是相对可压缩的， 地基可能发生局部或冲剪破坏。 ) 2 exp(3.3 0.45 )cot(45 2 1 ( tan ) 2(1 )( tan ) 0 ( ) 0 0 = − − + + = + = l b I c q E c q G I r cr r 式中：G、E分别为土的剪切、变形模量；μ-泊松比；c-内聚力。 为土的内摩擦角；q0 -地基中膨胀区平均超载压力，取z=b/2
、地基破坏的三个阶段 由地基破坏的p-s曲线形态来看,地基破坏的过程 般将经历如下三个阶段: (1)压密阶段(或称线弹性变形阶段) ps曲线接近于直线,各点剪应力均小于土的抗剪强度,处于 弹性平衡状态。此阶段荷载板的沉降主要是由于土的压密变形 引起的,如图中pS曲线上的oa段。通常将ps曲线上相应于a 点的荷载称为比例界限荷载p2。 (2)剪切阶段(或称弹塑性变形阶段) ps曲线已不再保持线性关系,沉降的增长率随荷载的增大而 增加。塑性区。b点对应的荷载称为极限荷载
三、地基破坏的三个阶段 由地基破坏的p-s曲线形态来看，地基破坏的过程一 般将经历如下三个阶段： （1）压密阶段（或称线弹性变形阶段） p-s曲线接近于直线，各点剪应力均小于土的抗剪强度，处于 弹性平衡状态。此阶段荷载板的沉降主要是由于土的压密变形 引起的，如图中p-s曲线上的oa段。通常将p-s曲线上相应于a 点的荷载称为比例界限荷载pa。 （2）剪切阶段（或称弹塑性变形阶段） p-s曲线已不再保持线性关系，沉降的增长率随荷载的增大而 增加。塑性区。 b点对应的荷载称为极限荷载pu
地基破坏的三个阶段(续) (3)破坏阶段 Pa Pu p/kPa 当荷载超过极限荷载后,荷载板 急剧下沉,即使不增加荷载,沉 降也不能稳定,这表明地基进入 了破坏阶段。在这一阶段,由于 土中塑性区范围的不断扩展,最 后在土中形成连续滑动面,土从 载荷板四周挤出隆起,基础急剧 下沉或向一侧倾斜,地基发生整 体剪切破坏。破坏阶段相当于右 图中p-s曲线上的bc段
地基破坏的三个阶段（续） （3）破坏阶段 当荷载超过极限荷载后，荷载板 急剧下沉，即使不增加荷载，沉 降也不能稳定，这表明地基进入 了破坏阶段。在这一阶段，由于 土中塑性区范围的不断扩展，最 后在土中形成连续滑动面，土从 载荷板四周挤出隆起，基础急剧 下沉或向一侧倾斜，地基发生整 体剪切破坏。破坏阶段相当于右 图中p-s曲线上的bc段
6.3临塑荷载和塑性荷载 在条形均布荷载作用下,根据地基中应力分布和土极限平衡条件, 可得到基底压力p与基础下塑性区开展的最大深度z的关系: 分别令二m=0和m=b/4(b为基础宽度),对应的基底压力即为临 塑荷载p和塑性荷载p1,即 丌(yl+c.cotq) P +rd=cN+rN cot p p=cN +rdN + roN 中NN,N4称为承载力系数,它只与土的内摩擦角有关
6.3 临塑荷载和塑性荷载 在条形均布荷载作用下，根据地基中应力分布和土极限平衡条件， 可得到基底压力p与基础下塑性区开展的最大深度zmax的关系： 分别令zmax=0和zmax =b/4(b为基础宽度),对应的基底压力即为临 塑荷载pcr和塑性荷载p1/4，即 cr Nc d N d d c d c p + = + − + + = 2 cot ( cot ) 1/ 4 dN bN 1/ 4 p cN c d = + + 中 Nc ,Nd ,N1/4 称为承载力系数，它只与土的内摩擦角有关