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1、第第6章章 地基承载力地基承载力6.1 6.1 地基的变形与稳定地基的变形与稳定6.3 6.3 普朗特地基极限承载力普朗特地基极限承载力6.5 6.5 太沙基太沙基地基极限承载力地基极限承载力6.7 6.7 按现场试验确定按现场试验确定地基承载力地基承载力6.2 6.2 地基临塑荷载和地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力有限塑性区深度承载力6.4 6.4 对对普朗特地基极限普朗特地基极限承载力的修正补充承载力的修正补充6.6 6.6 按建筑地基基础规范按建筑地基基础规范确定地基承载力确定地基承载力6.8 6.8 水平荷载作用下水平荷载作用下地基承载力地基承载力 6.1 6.1 地基的变形与稳定（
2、一）地基的变形与稳定（一）地基的变形与稳定（一）地基的变形与稳定（一）目的：合理进行地基基础设计目的：合理进行地基基础设计目的：合理进行地基基础设计目的：合理进行地基基础设计基本概念基本概念地基承地基承地基承地基承载载力力力力：地基在变形允许和稳定条件下单位面积承受荷载的能力。地基地基地基地基变变形形形形：主要是指地基的竖向变形即地基沉降，以及由此产生的地基横向变形。地基失地基失地基失地基失稳稳：荷载作用下，建筑物地基由于承载力不足引起的强度破坏（剪切破坏）。现场现场荷荷载试验载试验的荷的荷载载-变变形关系形关系p-s 曲线可以分为三个变形阶段：1. 直线变形阶段（p pcrcr临塑荷载临塑荷
3、载临塑荷载临塑荷载）；）；2. 局部剪裂阶段；3. 完全破坏阶段（ p pu u极限荷载极限荷载极限荷载极限荷载） 6.1 6.1 地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定（二）（二）（二）（二）埋深较埋深较浅的砂土浅的砂土和密实粘和密实粘性土地基性土地基基础埋基础埋深较大的深较大的软土地基软土地基opcrpu 6.1 6.1 地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定（三）（三）（三）（三）三个三个阶段的段的变形特征形特征直直直直线变线变形形形形阶阶段段段段：弹性变形阶段，主要是土的压密阶段；局部剪裂局部剪裂局部剪裂局部剪裂阶阶段段段段：荷载与变
4、形呈曲线关系，地基中出现局部剪切区（塑性变形区），产生较显著的侧向变形。荷载增大，曲线斜率逐渐增大达极限荷载；完全破坏完全破坏完全破坏完全破坏阶阶段段段段：地基土的塑性变形区已扩大联成连续的滑动面，发生剪切破坏，在地基四周形成隆起的土堆，完全破坏失稳。地基的三种破坏形式地基的三种破坏形式 地基破坏形式地基破坏形式地基破坏形式地基破坏形式 整体剪切破坏整体剪切破坏整体剪切破坏整体剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏冲切破坏冲切破坏冲切破坏冲切破坏 6.1 6.1 地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定（四）（四）（四）（四）整体剪切破坏整体剪切破坏整
5、体剪切破坏整体剪切破坏当基础荷荷荷荷载较载较小小小小时，基底压力p与沉降s近似成直直直直线线关系关系关系关系；随着荷荷荷荷载载增加增加增加增加，在基础边缘处的土开始发生剪切破坏，荷载继续增加，剪切破坏区逐渐扩大，压力p与沉降s之间成曲曲曲曲线线关系关系关系关系，属弹塑性变形阶段。若基础上的荷荷荷荷载继续载继续增加增加增加增加，剪切破坏区不断扩大，最终在地基中形成一连续连续的滑的滑的滑的滑动动面面面面，地基发生整体剪切破坏整体剪切破坏整体剪切破坏整体剪切破坏，两侧地面隆起。较密实砂土、较密实砂土、中等以上坚硬粘土中等以上坚硬粘土整体剪切破坏示意图整体剪切破坏示意图整体剪切破坏示意图整体剪切破坏示
6、意图F F 6.1 6.1 地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定（五）（五）（五）（五） 局部剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏局部剪切破坏 介于整体剪切破坏和冲剪破坏之间的一种破坏型式。剪切破坏也从基础边缘开始，但滑滑滑滑动动面不面不面不面不连续连续、不完整不完整不完整不完整，基础两侧隆起不明显，压力和沉降关系曲线属II类曲线。压缩性较大的松砂压缩性较大的松砂一般粘性土一般粘性土局部剪切破坏示意图局部剪切破坏示意图局部剪切破坏示意图局部剪切破坏示意图F F 6.1 6.1 地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定地基的变形与稳定（六）（六）（六）（六） 冲剪
7、破坏冲剪破坏冲剪破坏冲剪破坏 由于基础下软弱土的压缩变形使基础连续下沉，如荷载继续增加到某一数值时，基础侧面附近的土体因垂直剪切而破坏垂直剪切而破坏垂直剪切而破坏垂直剪切而破坏。冲剪破坏时，地基中没有出没有出没有出没有出现现明明明明显显的的的的连续连续滑滑滑滑动动面面面面，基础四周的地面不隆起，基础没有很大的倾斜，压力沉降关系曲线属II类曲线。饱和软粘土、松散的粉饱和软粘土、松散的粉土、细砂、新填土、湿土、细砂、新填土、湿陷性黄土浸水陷性黄土浸水冲剪破坏示意图冲剪破坏示意图冲剪破坏示意图冲剪破坏示意图F F 6.2 6.2 地基地基地基地基临临临临塑荷塑荷塑荷塑荷载载载载和有限塑性区深度承和有
8、限塑性区深度承和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承载载载载力力力力（一）（一）（一）（一）基本概念基本概念地基地基地基地基临临临临塑荷塑荷塑荷塑荷载载载载：a 点对应荷载，也称比例极限。有限塑性区深度有限塑性区深度有限塑性区深度有限塑性区深度荷荷荷荷载载：从 a 点开始土体进入塑性区。如果允许地基中一定范围内进入弹塑性阶段，即地基中有可以控制的塑性区发展，与此塑性区深度对应的荷载。荷载试验的荷载试验的荷载试验的荷载试验的p p- -s s曲线曲线曲线曲线 6.2 6.2 地基地基地基地基临临临临塑荷塑荷塑荷塑荷载载载载和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承载载
9、载载力力力力（二）（二）（二）（二） 地基地基临塑荷塑荷载的确定的确定 条形基础均布荷载下，地基中M点附加附加附加附加应应力力力力，采用密歇尔的弹性力学解答，可以表示为： 假设自重应力场与静水应力场相同，侧压力系数为1，则M点总应总应力力力力为：均布荷载条形荷载下地基中的附均布荷载条形荷载下地基中的附加应力加应力F F 当M点应力达到极限平衡状极限平衡状极限平衡状极限平衡状态态态态即临塑状态，应满足摩摩摩摩尔尔尔尔库仑库仑库仑库仑极限平衡条件： 得地基中塑性区的深度塑性区的深度塑性区的深度塑性区的深度z z为： 由 可得 ， 代入上式有： 6.2 6.2 地基地基地基地基临临临临塑荷塑荷塑荷塑
10、荷载载载载和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承载载载载力力力力（三）（三）（三）（三）地基中塑性区的最大深度z zmaxmax=0=0时为临临临临塑状塑状塑状塑状态态态态，对应的荷载为临临临临塑荷塑荷塑荷塑荷载载载载：若允许地基进入一定深度塑性区（z zmaxmax=b=b/4/4、b b/3/3 , b为基底宽度），则有限塑性区深度承有限塑性区深度承有限塑性区深度承有限塑性区深度承载载载载力力力力： 6.2 6.2 地基地基地基地基临临临临塑荷塑荷塑荷塑荷载载载载和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承载载载载力力力力（四）
11、（四）（四）（四）适用条件以上公式基于条形基础推导，属弹性力学平面问题，若将其解答用于矩形、方形及矩形、方形及矩形、方形及矩形、方形及圆圆圆圆形基形基形基形基础础础础时则偏于安全。上述公式基于中心垂直荷载或均布荷载推导，不能用于偏心荷偏心荷偏心荷偏心荷载载载载或或或或倾倾倾倾斜荷斜荷斜荷斜荷载载载载，应将公式进行修正。自重自重自重自重应应应应力力力力场为场为场为场为静水静水静水静水应应应应力力力力场场场场的假定的假定的假定的假定用于饱和软粘土时误差不大，但对大多数土都相差较大，应对其进行改进。对于内摩擦角内摩擦角内摩擦角内摩擦角=0=0=0=0的情况，用罗比达法则处理后再求解得到，pcr=p1
12、/4=p1/3。说明土质越软，临塑荷载越小，一旦出现塑性区就立即破坏。 6.2 6.2 地基地基地基地基临临临临塑荷塑荷塑荷塑荷载载载载和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承和有限塑性区深度承载载载载力力力力（五）（五）（五）（五）普朗特地基滑动模型普朗特地基滑动模型被动变形区被动变形区 ( 1 3) 6.3 6.3 普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载载力力力力（一）（一）（一）（一）基本假定基本假定基本假定基本假定：普朗特普朗特普朗特普朗特(Prandtl, 1920)根据塑性理论，假设均质土地基、不计土体自重、条形无埋深基础、中心荷载及基
13、底光滑，地基发生整体剪切破坏。普朗特普朗特普朗特普朗特未考虑基础埋深及地基滑动范围内土体自重，因此地基极限承载力为： Nc地基极限承地基极限承地基极限承地基极限承载载力因数力因数力因数力因数：莱斯莱斯莱斯莱斯纳纳(Reissner, 1924)，考虑基础埋深并把埋深范围内土体换算成基底平面上的垂直等效荷载 得： 6.3 6.3 普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载载力力力力（二）（二）（二）（二）进一步考虑滑动范围内土体自重影响，许多学者采用下述表达式： N考虑地基土自重的地基极限承地基极限承地基极限承地基极限承载载力因数力因数力因数力因数。许多学者提出了解析
14、公式和经验近似公式。基础底面地基土重度基础底面地基土重度 6.3 6.3 普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载载力力力力（三）（三）（三）（三）魏西克魏西克魏西克魏西克(Vesic, 1973)，地基极限承载力公式： Nc、Nq、N地基极限承载力因数，都是内摩擦角的函数，有表可以查得。 6.3 6.3 普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载载力力力力（四四四四）有一条形基础，宽度b=2.5m，埋深d=1.6m，地基土重度 =19kN/m3，c=17kPa，=20o，按普朗特普朗特普朗特普朗特地基地基地基地基承承承承载载力改力改力
15、改力改进进公式公式公式公式求该基础下地基极限承地基极限承地基极限承地基极限承载载力力力力。解： 由=20o ，查表6.3.1可得地基极限承载力因数： 由式（6.3.6）计算可得：例例例例题题题题1 1 6.4.1 关于基关于基础形状的修正系数形状的修正系数 原式是按条形基条形基条形基条形基础础求解的，对其它形状基础可以分别求出各分项的基基基基础础形状修正系数形状修正系数形状修正系数形状修正系数，用Sc 、Sq 、S表示。 矩形基矩形基矩形基矩形基础础（长为l，宽为b） 方形、方形、方形、方形、圆圆形基形基形基形基础础（b/l=1） 条形基条形基条形基条形基础础（b/l0） 6.4 6.4 对对
16、对对普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载载力的修正力的修正力的修正力的修正补补补补充（一）充（一）充（一）充（一） 6.4.2 荷荷载偏心和偏心和倾斜作用的修正系数斜作用的修正系数 偏心荷偏心荷偏心荷偏心荷载载作用下，地基极限承载力有所降低。可通过修改基底尺寸把偏心荷载变为中心荷载。 条形基条形基条形基条形基础础，设偏心距为eb，修改后基底修改后基底修改后基底修改后基底宽宽度度度度为： 矩形基矩形基矩形基矩形基础础，同理有有效长度和有效宽度： 并可确定基底有效面积。 6.4 6.4 对对对对普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载
17、载力的修正力的修正力的修正力的修正补补补补充（二）充（二）充（二）充（二）倾倾斜荷斜荷斜荷斜荷载载作用下，魏西克建作用下，魏西克建议荷荷荷荷载倾载倾斜因数斜因数斜因数斜因数为： p，T 分别为倾斜荷载的垂直和水平分量。矩形基础，条形基础，m=2 6.4 6.4 对对对对普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载载力的修正力的修正力的修正力的修正补补补补充（三）充（三）充（三）充（三） 6.4 6.4 对对对对普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载载力的修正力的修正力的修正力的修正补补补补充（四）充（四）充（四）充（四） 6.4.3 基
18、基础埋置深度的修正系数埋置深度的修正系数 对于深埋基深埋基深埋基深埋基础础，汉汉森森森森和魏西克魏西克魏西克魏西克建议使用基础埋置深度修正系数dc 、dq 、d 。 当各类情况下的地基极限承载力的修正系数求出后，得到地基极限承载力计算公式： 6.4.4 饱和和软粘土地基的极限承粘土地基的极限承载力力 饱饱和和和和软软粘土粘土粘土粘土内摩擦角0，当=0时，Nc=5.14，Nq=1.00，N=0，可得条形基条形基条形基条形基础础地基极限承载力： 饱和软粘土矩形基矩形基矩形基矩形基础础地基极限承载力，斯肯普顿给出了以下的经验公式：c为粘聚力，l、b 、d分别为基础的长宽和埋置深度。 6.4 6.4
19、对对对对普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载载力的修正力的修正力的修正力的修正补补补补充（五）充（五）充（五）充（五） 6.4.5 地基滑地基滑动的影响的影响宽度和深度度和深度按照普朗特普朗特普朗特普朗特地基计算模型，分析地基滑动的影响影响影响影响宽宽宽宽度度度度及 最大影响深度最大影响深度最大影响深度最大影响深度。影响宽度（图中af 或 af）最大影响深度 6.4 6.4 对对对对普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承普朗特地基极限承载载载载力的修正力的修正力的修正力的修正补补补补充（六）充（六）充（六）充（六）太沙基地基滑动模型太沙基地基滑动模型
20、弹性压密核弹性压密核被动极限被动极限平衡状态平衡状态 ( 16m,时，取b=6m；基础埋深的计算按规范要求进行，一般自室外地坪算起。地基宽度修正系数地基宽度修正系数基底面地基土重度基底面地基土重度基底以上土重度基底以上土重度埋深的修正系数埋深的修正系数岩石地基承载力特征值r 折减系数； frk 岩石饱和单轴抗压强度标准值，两者取值均可见现行地基规范。国家规范湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2004）给出地基承载力公式为符号意义同前。 6.6 6.6 按建筑地基基按建筑地基基按建筑地基基按建筑地基基础规础规础规础规范确定地基承范确定地基承范确定地基承范确定地基承载载载载力（二）力（二）力
21、（二）力（二） 6.7 6.7 按按按按现场试验现场试验现场试验现场试验确定地基的承确定地基的承确定地基的承确定地基的承载载载载力（一）力（一）力（一）力（一） 基本概念现场试验现场试验也称原位试验，包括： 荷载试验、静力触探、动力触探试验、十字板剪切试验、旁压仪试验、大型剪切试验等。现场试验优优点点点点： 减少了取样程序，减少了扰动和误差影响，提高了试验结果的可靠性。 6.7 6.7 按按按按现场试验现场试验现场试验现场试验确定地基的承确定地基的承确定地基的承确定地基的承载载载载力（二）力（二）力（二）力（二） 现场现场现场现场荷荷荷荷载试验载试验载试验载试验目的目的目的目的：确定地基承载力
22、和变形模量。 试验试验要求要求要求要求： 试坑标高应与基底标高一致，试坑的平面尺寸至少大于试验承压板宽度（方形板）或直径（圆形板）的三倍，以避免坑周土体对承压板下地基变形的影响。 试验试验步步步步骤骤： 在试坑中心部对地基施加垂直荷载，测出承压板所受压力即地基所受压力与地基下沉量。根据计算公式得到地基的变变形模量形模量形模量形模量，可以预测地基沉降。根据荷载试验数据绘成 p p- -s s曲曲曲曲线线，可以确定地基的承地基的承地基的承地基的承载载力力力力。现场现场现场现场荷荷荷荷载试验载试验载试验载试验装置装置装置装置图图图图（a）堆重千斤顶式（b）地锚千斤顶式（c）基槽承载式 6.7 6.7
23、 按按按按现场试验现场试验现场试验现场试验确定地基的承确定地基的承确定地基的承确定地基的承载载载载力（三）力（三）力（三）力（三） 荷荷荷荷载载分分分分级级与加与加与加与加载标载标准准准准： 第一级荷载取为包括试验设备自重在内的压力等于试坑底面处原来的自重应力。以后每级加荷量的大小，对于松土、软土一般为 1025 kPa；对于较坚硬的土，一般为50kPa。 总荷载应逼近地基的极限荷载或依试验要求而定。 在每级荷载作用下，若连续两小时内地基沉降的位移计读数小于0.1mm/h，则可认为在该级荷载下地基沉降已达到稳定，可以加下一级荷载。 6.7 6.7 按按按按现场试验现场试验现场试验现场试验确定地
24、基的承确定地基的承确定地基的承确定地基的承载载载载力（四）力（四）力（四）力（四）现场现场现场现场荷荷荷荷载载载载试验终试验终止止止止标标准准准准：承压板周围的地面有挤出隆起、发生裂缝现象；当荷载增量很小而沉降呈急剧增大；在荷载不变的情况下，沉降量在24小时内几乎等速增加；已达到s/b0.8(s是沉降量，b是承压板宽度或直径)；试验加荷的压力已大于等于设计荷载的两倍。 6.7 6.7 按按按按现场试验现场试验现场试验现场试验确定地基的承确定地基的承确定地基的承确定地基的承载载载载力（五）力（五）力（五）力（五）(a) 低压缩性土低压缩性土(b) 高压缩性土高压缩性土现场现场现场现场荷荷荷荷载试
25、验载试验载试验载试验确定地基的承确定地基的承确定地基的承确定地基的承载载载载力方法力方法力方法力方法低低低低压缩压缩压缩压缩性土性土性土性土：p-s曲线有明显地直线段和陡降段， p1为临塑荷载，也为承载力标准值；高高高高压缩压缩压缩压缩性土性土性土性土：无明显直线段，后期变化缓慢，取粘性土s/b=0.02或砂类土s/b=0.015对应的荷载为承载力标准值 。 6.7 6.7 按按按按现场试验现场试验现场试验现场试验确定地基的承确定地基的承确定地基的承确定地基的承载载载载力（六）力（六）力（六）力（六） 6.8 6.8 水平荷水平荷水平荷水平荷载载载载作用下的地基承作用下的地基承作用下的地基承作
26、用下的地基承载载载载力（一）力（一）力（一）力（一） 6.8.1 地基承受地基承受水平荷水平荷水平荷水平荷载载载载作用的情况作用的情况 1地震作用力 2强风力 3挡水结构及地基上作用的水压力 4河流、冰块对桥墩的冲刷、撞击及对河岸的淘刷作用 5近海结构上冰块的撞击 6海浪作用 7车辆荷载对路面产生的水平作用 8护坡桩、抗滑桩上所受的水平土压力 9地下工程衬砌结构所受的水平构造作用力 10在工业废渣堆填土中矿物水化、水解产生的膨胀力 11地基冻结产生的冻胀力 12地基中、边坡中的孔隙水压力 13洪水产生的水平冲击力 14泥石流产生的水平冲击力 6.8.2 地基、基地基、基础在水平荷在水平荷载作用
27、下的作用下的验算算海上采油平台地基的水平稳定性验算 pHf 地基破坏时的水平荷载 A 基底面积 pV 作用在地基上的水平荷载 6.8 6.8 水平荷水平荷水平荷水平荷载载载载作用下的地基承作用下的地基承作用下的地基承作用下的地基承载载载载力（二）力（二）力（二）力（二）f pv和基底水平面之间的滑动摩擦因数p1 桩的抗滑力，根据经验取 d、l 桩的直径和桩长Ks 安全因数加抗滑桩的基础加抗滑桩的基础带抗滑桩基础的稳定性验算 6.8 6.8 水平荷水平荷水平荷水平荷载载载载作用下的地基承作用下的地基承作用下的地基承作用下的地基承载载载载力（三）力（三）力（三）力（三） 地基的稳定性验算 滑滑滑滑动动动动力力力力：建筑物和基础自重，渗流力J 阻滑力阻滑力阻滑力阻滑力：滑动面上的摩阻力，地基粘聚力 运用圆弧滑动面法，对圆弧中心求阻滑力矩阻滑力矩阻滑力矩阻滑力矩Mr和滑滑滑滑动动动动力矩力矩力矩力矩Ms ，得稳定性安全因数： 6.8 6.8 水平荷水平荷水平荷水平荷载载载载作用下的地基承作用下的地基承作用下的地基承作用下的地基承载载载载力（四）力（四）力（四）力（四）本电子课件中部分未列入的章节可作为选学内容。各个学校可根据学时情况作适当的调整。