土力学与地基基础教学PPT地基承载力.ppt

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1、地基承载力,土力学与地基基础,5.4,地基承载力,二、按塑性区的发展深度确定承载力,三、地基极限承载力,四、按原位试验确定承载力,五、根据地基土强度指标确定承载力,一、地基破坏的模式,地基承受建筑物荷载,地基应力状态改变,地基变形,地基失稳,地基破坏的模式,地基变形与地基土的压缩性有关,建筑物基础沉降或沉降差,上部结构倾斜、开裂或损坏,沉降,倾斜,开裂,地基失稳与地基土的强度有关,地基土发生滑动剪切破坏,上部结构倒塌,在粘土地基上的某谷仓地基破坏情况,1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆,水泥仓地基整体破坏,蓝粘土,石头和粘土,地基土可能的滑动方向,岩石,黄粘土,地基土不堪重负而滑动,地基

2、承载力:,地基承受荷载的能力。数值上用地基单位面积上所能承受的荷载来表示。,极限承载力,地基承受荷载的极限能力。数值上等于地基所能承受的最大荷载。,容许承载力,保留足够安全储备,且满足一定变形要求的承载力。,建筑物地基设计的基本要求:,稳定要求:荷载小于承载力(抗力),变形要求:变形小于设计允许值 SS,与土的强度有关,与土的压缩性有关,地基承载力,沉降计算(分层总和法),地基土体因承载能力不足出现的破坏均为剪切破坏,浅基础的地基剪切破坏的模式有:,整体剪切破坏,局部剪切破坏,冲剪破坏,整体剪切破坏的特点,整体剪切破坏:是在基础荷载作用下,地基发生连续剪切滑动面的破坏模式。由普朗德尔(Pran

3、dtl)在1920年提出。,整体剪切破坏,多发生于土质坚实,基础埋深浅的地基。,pcr,a,阶段1弹性压密阶段,当ppcr时:,p由0逐渐增大;,ps为线性关系;,地基土逐渐压密,但不出现破坏;,基础下沉;,F,p,阶段2局部破坏阶段,pu,b,当pcrppu时:,随p逐渐增大;首先在基础边缘出现破坏区域,ps为曲线关系;,破坏区域的范围随p增大而发展;直至连成片。,基础沉降增大;,阶段3完全破坏段,当ppu时:,随p逐渐增大;地基土体沿形成的滑动面向外滑动;,基础四周地表隆起:,基础急剧下沉:,PS曲线特征具有明显的转折点;不会发生过大的沉降;一般发生在密砂和坚硬的粘土中;破坏有一定突然性。

4、,破坏特征产生近似线弹性变形;在基础的边缘以下土体首先发生剪切破坏;剪切破坏区也逐渐扩大;连续的滑动面,地基发生整体剪切破坏。,局部剪切破坏的特点,局部剪切破坏:是在基础荷载作用下,地基某一范围内发生剪切破坏区的破坏模式。由太沙基(Terzaghi)在1943年提出。,局部剪切破坏,多发生于土质松软,基础埋深较大的地基。,在荷载逐步施加的初始阶段,ps就呈非线性关系并无明显的拐点。,随p逐渐增大;基础下的破坏区域不断发展,连成整体。,pu,当压力增加到pu时,剪切破坏面将继续延伸到一定位置,但未到达地表。基础四周土被挤出,地面稍有隆起。,破坏特征基础的边缘以下土体首先发生剪切破坏;剪切破坏区也

5、逐渐扩大;基础两侧土体有部分隆起;滑动面没有发展到地面;基础没有明显的倾斜或倒塌。,ps曲线特征没有明显的转折点;其直线段范围较小;是一种以变形为主要特征的破坏模式。,冲剪破坏的特点,冲剪破坏:是在基础荷载作用下,地基土体发生垂直剪切破坏,使基础产生交大沉降的破坏模式。由德贝尔(De Beer)在1958年提出。,冲剪破坏,多发生于土质松软,基础埋深大的地基。,随着压力的增加,基础持续下沉;,因为地基土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入。,ps曲线从开始就呈非线性,没有转折点;,地基不出现连续滑动面,基础侧面地面不出现隆起,因而基础边缘下的地基垂直剪切破坏。,破坏特征基础产生连续沉降;基础周围的

6、部分土体也产生下陷;不出现明显的破坏区和滑动面;基础没有明显的倾斜;在压缩性较大的松砂软土易发生;以变开为特征的破坏模式。,地基承载力的确定,以地基整体剪切破坏的模式确定承载力,地基承载力的确定方法有:,按塑性区的发展深度确定,根据地基承载力的理论公式确定,依据原位试验确定,地基承载力,二、按塑性区的发展深度确定承载力,三、地基极限承载力,四、按原位试验确定承载力,五、根据地基土强度指标确定承载力,一、地基破坏的模式,1.基本原理整体剪切破坏,按塑性区的发展深度确定,地基发生整体剪切破坏;,破坏区域的范围随压力增大而增大;,破坏区域的最大深度与压力有关;,确定p与zmax之间的关系;,限制zm

7、ax,得到p,作为地基承载力;,2.地基塑性变形区的边界方程;,q=0d,p,0,z,M,b,条形基础承受竖向均布基底压力;,0,b,由基底附加压力在M点产生的主应力为;,M点位于塑性破坏区的边缘上;,按塑性区的发展深度确定,假设地基中原有的自重应力场为:,则M点总的大、小主应力为:,因M点位于塑性破坏区的边缘上;,则M点的大、小主应力满足极限平衡条件;,按塑性区的发展深度确定,将M点的大、小主应力代入上式,得:,该式即为地基塑性变形区的边界方程。表示在一定基底压力p作用下,塑性区边界上任一点的深度z与0角的关系。,按塑性区的发展深度确定,求塑性变形区边界方程的极值。,令,得,该式即为地基塑性

8、变形区的最大深度与基底压力p的关系。,按塑性区的发展深度确定,3.临塑荷载,令zmax=0,得临塑荷载pcr为:,承载力系数:,临塑荷载由两部分组成:,这两部分都是内摩擦角的函数。,第一部分为地基土粘聚力的作用;,第二部分为基础两侧超载或基础埋深的影响;,临塑荷载 例题4.4P167,3.临界荷载,临界荷载:是指允许地基产生一定范围塑性区所对应的荷载。,允许塑性区开展深度的范围大小与建筑物的重要性、荷载性质和大小、基础形式和特性、地基土的物理力学性质等有关。,根据工程实践经验,在中心荷载作用下,控制塑性区最大开展深度为b/4,偏心荷载作用下控制为b/3,对一般建筑物是允许的。,令zmax=b/

9、4,得p1/4为:,令zmax=b/3,得p1/3为:,第一部分表现为基础宽度和地基土重度的影响;第二、第三部分反映了地基土粘聚力和基础埋深对承载力的影响,这两部分组成了临塑荷载。,临界荷载 例题4.5,地基承载力,二、按塑性区的发展深度确定承载力,三、地基极限承载力,四、按原位试验确定承载力,五、根据地基土强度指标确定承载力,一、地基破坏的模式,太沙基极限承载力公式,基本假设:,1 基底完全粗糙。,当地基破坏时,基础底下的土楔体ABC处于弹性平衡状态,称为弹性核。AC面与水平面呈角。,A,B,C,2 地基破坏时沿着CDF曲面滑动,出现连续的滑动面。DF面与水平面的夹角为45-/2。ADF为朗

10、肯被动区,ACD为对数螺线过渡区。,pu,90,45-/2,q=0d,A,B,C,D,F,3 将基底以上的地基土看作均布荷载q=0d,不考虑其强度。,4 条形基础作用均布压力,地基发生整体剪切破坏。,隔离体分析,N、Nq、Nc承载力系数,都是土的内摩擦角的函数,可从下图中实线查得。,极限承载力pu的组成及影响因素:,滑动土体自重产生的抗力,取决于土的重度以及滑动土体的体积。随基础宽度的增大,滑动土体的长度和深度增大。即极限承载力随基础宽的的增加而线性增大。,滑动面上的粘聚力产生的抗力,取决于土的粘聚力及滑动面的长度。,侧荷载 0d 产生的抗力,来自于基底以上土体的上覆力,基础埋深越大,极限承载

11、力越大。,同时土的内摩檫角影响着滑动面的形状。随内摩檫角的增加,极限承载力增大,按原位试验确定地基承载力,一、按载荷试验确定地基承载力特征值fak,载荷板,千斤顶,百分表,在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的浅部地基土体直接加荷,所测得的成果一般能反映相当于12倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。,载荷试验的ps曲线,2.当极限荷载小于对应比例界限荷载值的2倍时,取极限荷载值的一半;,承载力特征值fak的确定:,1.当ps曲线上有比例界限(临塑荷载)时,取该比例界限所对应的荷载值;,3.当不能满足上述二点时,按下述方法确定:,如承压板面积为0.250.50m2,可取s/b=0.010.015(b承压板宽度或直径)所对应的荷载,但其值不应大于最大加载量的一半。,同一土层参加统计的试验点不应少于3点,各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%,取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。,

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