《清华大学土力学与地基基础地基承载力.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《清华大学土力学与地基基础地基承载力.pptx（78页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学 1清华大学土力学与地基基础地基承载力地基承载力第八章Bearing Capacity of Foundation Soil第1 页/共78 页本章内容本章内容8.1 8.1 地基在外荷载作用下的破坏形式 地基在外荷载作用下的破坏形式8.2 8.2 极限平衡理论求地基极限承载力 极限平衡理论求地基极限承载力8.3 8.3 其他求极限承载力的方法 其他求极限承载力的方法8.4 8.4 临塑荷载、临界荷载与容许承载力 临塑荷载、临界荷载与容许承载力第2 页/共78 页8.1 8.1 地基破坏形式和变形 地基破坏形式和变形一、地基承载力定义 一、地基承载力定义极限承载力 极限承载力 Ultim
2、ate bearing capacity Ultimate bearing capacity地基在发生剪切破坏时的荷载强度 地基在发生剪切破坏时的荷载强度 ppuu pup(kPa)S(mm)第3 页/共78 页1 建筑物地基设计的基本要求1)稳定：荷载小于承载力(抗力)p(pu/Fs)=f 2)变形：变形小于设计允许值 S S(1)沉降量(2)沉降差(3)倾斜(4)局部倾斜地基破坏形式第4 页/共78 页二二 地基破坏的形式地基破坏的形式1 1 竖直荷载下地基破坏的形式 竖直荷载下地基破坏的形式 1)1)整体破坏 整体破坏 2)2)局部剪切破坏 局部剪切破坏 3)3)冲剪破坏 冲剪破坏 4)
3、4)液化 液化2 2 竖直和水平荷载下地基破坏形式 竖直和水平荷载下地基破坏形式 1)1)表面滑动 表面滑动 水平力大 水平力大 2)2)深层滑动 深层滑动 竖直荷载大 竖直荷载大地基破坏形式水闸浅层滑动PhPv第5 页/共78 页地基破坏形式General shear failure1).整体破坏土质坚实密实砂土，坚硬粘土基础埋深浅曲线开始近直线，随后沉降陡增，两侧土体隆起。ps局部塑性区 临塑荷载第6 页/共78 页某谷仓的地基整体破坏 某谷仓的地基整体破坏地基破坏形式1)整体破坏土质坚实基础埋深浅土体隆起第7 页/共78 页1940 1940年粘土地基上的某水泥仓的倾覆 年粘土地基上的某
4、水泥仓的倾覆-整体破坏 整体破坏地基破坏形式第8 页/共78 页水泥仓地基 水泥仓地基整体破坏示意图 整体破坏示意图蓝粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向岩石办公楼外墙黄粘土地基破坏形式第9 页/共78 页2).局部剪切松软地基，埋深较大；曲线开始就是非线性，没有明显的骤降段。Local shear failure局部剪切Ps地基破坏形式General shear failure1).整体破坏土质坚实,基础埋深浅曲线开始近直线，随后沉降陡增，两侧土体隆起。整体破坏Ps第10 页/共78 页3).冲剪破坏松软地基，埋深较大基础几乎垂直下切，两侧无土体隆起。Punching shear failur
5、ePS深土层表面土地基破坏形式沼泽湿地 载人航天器回收第11 页/共78 页在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏地基破坏形式第12 页/共78 页1)整体破坏土质坚实,基础埋深浅有完整破坏面两侧土体隆起2)局部剪切松软地基 埋深较大破坏面不贯通3)冲剪破坏松软地基，埋深大基础垂直下切两侧土体无隆起地基破坏形式PsPsps深土层表面土第13 页/共78 页11竖直荷载下地基破坏的形式竖直荷载下地基破坏的形式n n 整体破坏 密实砂土，坚硬粘土，浅埋n n 局部剪切破坏 土质较软n n 冲剪破坏 软粘土，深埋n n 液化 饱和松砂地基破坏形式第14 页/共78 页1964 1964年日本新泻地震引起的大
6、面积地基液化 年日本新泻地震引起的大面积地基液化 地基破坏形式第15 页/共78 页地基液化引起的建筑物破坏地基破坏形式第16 页/共78 页11竖直荷载下地基破坏的形式竖直荷载下地基破坏的形式n n 整体破坏 密实砂土，坚硬粘土，浅埋n n 局部剪切破坏 土质较软n n 冲剪破坏 软粘土，深埋n n 液化 饱和松砂地基破坏形式第17 页/共78 页2 2 竖直荷载和水平荷载下地基破坏形式竖直荷载和水平荷载下地基破坏形式水闸表层滑动PhPv地基破坏形式坝深层滑动PhPv Pv第18 页/共78 页地基破坏的形式 地基破坏的形式1 1 竖直荷载下地基破坏的形式 竖直荷载下地基破坏的形式 1)1)
7、整体破坏 整体破坏 密实砂土，坚硬粘土，浅埋 密实砂土，坚硬粘土，浅埋 2)2)局部剪切破坏 局部剪切破坏 土质较软 土质较软 3)3)冲剪破坏 冲剪破坏 软粘土，深埋 软粘土，深埋 4)4)液化 液化 饱和松砂 饱和松砂2 2 竖直和水平荷载下地基破坏形式 竖直和水平荷载下地基破坏形式 1)1)表面滑动 表面滑动 水平力大 水平力大 2)2)深层滑动 深层滑动 竖直荷载大 竖直荷载大地基破坏形式小结第19 页/共78 页思考题思考题1 垂直均布荷载作用下,地基失稳有几种形式?土层的性质各应该是什么样的?2 承受垂直和水平荷载的地基其失稳形式有几种？举出这类土工建筑物的例子。3 如何确定地基的
8、承载力？地基破坏形式与变形第20 页/共78 页确定承载力的三种方法载荷试验理论公式计算经验方法千斤顶荷载板地基破坏形式与变形第21 页/共78 页8.2 8.2 地基承载力 地基承载力-条形基础 条形基础 一、普朗特 一、普朗特-瑞斯纳承载力公式 瑞斯纳承载力公式1.1.极限平衡理论：极限平衡理论：平衡方程 平衡方程 极限平衡条件 极限平衡条件 假设与边界条件 假设与边界条件2.2.普朗特 普朗特-瑞斯纳承载力公式 瑞斯纳承载力公式 条形基础地基的滑裂面形状 条形基础地基的滑裂面形状 极限承载力 极限承载力p pu u地基承载力qmDD第22 页/共78 页1 1 极限平衡理论：极限平衡理论
9、：1)1)平面问题的平衡方程 平面问题的平衡方程(1)(2)2)极限平衡条件（3）z zx x xz地基承载力Z第23 页/共78 页2 2普朗特 普朗特(Prandtl)(Prandtl)的基本假设 的基本假设1)基础底面绝对光滑(，竖直荷载是主应力2)无重介质的假设：即=0：3)基础底面为地表面，q mD做为均布荷载根据公式(1)、(2)和(3)及边界条件，利用塑性力学滑移线法求解条形基础的地基承载力 Pu 这一假定下的精确解或解析解地基承载力(1)DmDpu第24 页/共78 页二 二.普朗特 普朗特-瑞斯纳承载力公式 瑞斯纳承载力公式1.1.条形基础地基的滑裂面形状 条形基础地基的滑裂
10、面形状无重介质地基的滑裂线网BEFB实际地面DCp地基承载力第25 页/共78 页 Nq,Nc:承载力系数f()2.2.极限承载力极限承载力ppuu地基承载力第26 页/共78 页1.朗肯主动区：pu为大主应力，BC与水平方向夹角45 22.过度区：r=r0e tg 3.朗肯被动区：水平方向为大主应力，EF与水平方向夹角45-2地基中的极限平衡区BEFBp实际地面DCIIIIIIr0r地基承载力45-245 2IIII第27 页/共78 页I I 区 区垂直应力pu为大主应力，与水平方向夹角45 2=pu kapuPu地基承载力第28 页/共78 页III 区水平方向为大主应力，与水平方向夹角
11、45-23=mD1 kpmDq=mD地基承载力第29 页/共78 页IIII区：区：过度区过度区：极限平衡第二区：r=r0e tg r0r地基承载力第30 页/共78 页作用在隔离体上的力：pu、D、pa、pp、c、R所有力对A点力矩平衡puR隔离体r0rApppaDc三 三.采用刚体极限平衡求极限承载力（自学）采用刚体极限平衡求极限承载力（自学）地基承载力第31 页/共78 页r=r0e tg=R 过顶点Atg=dr/r d=r0etg d tg r0e tg d=tg=d Rdrdlrd=A地基承载力第32 页/共78 页2.2.刚性体平衡得到同样的极限承载力 刚性体平衡得到同样的极限承载
12、力p pu u Nq,Nc:承载力系数地基承载力第33 页/共78 页如果=0,pu=?(什么情况下可以作为=0?)当地基中地下水上升到滑动区域内时,对极限承载力有影响吗?哪类土影响大,哪类土影响小?思考题地基承载力第34 页/共78 页*其它半经验承载力公式其它半经验承载力公式二.太沙基公式三.汉森公式四.其它承载力公式地基承载力第35 页/共78 页二 二.太沙基公式 太沙基公式1.1.基本条件 基本条件2.2.假设的滑裂面形状 假设的滑裂面形状3.3.极限承载力公式 极限承载力公式地基承载力被动区过渡区刚性核第36 页/共78 页1.1.基本假设 基本假设(1)(1)考虑地基土的自重 考
13、虑地基土的自重 基底土的重量 基底土的重量 0 0(2)(2)基底可以是粗糙的 基底可以是粗糙的 0 0=0=0(不会超过 不会超过,为什么 为什么?)?)(3)(3)忽略基底以上部分土本身的阻力 忽略基底以上部分土本身的阻力,简化为上部均布 简化为上部均布荷载 荷载q=q=m mD DDmD地基承载力第37 页/共78 页2.2.假设的滑裂面形状 假设的滑裂面形状被动区过渡区刚性核地基承载力第38 页/共78 页Ep=Ep1+Ep2+Ep3Wp uB 考虑刚性核的平衡1.当基底绝对粗糙时，夹角为；2.考虑刚性核的平衡：荷载：pu自重：W粘聚力：c被动土压力EpEp1：土体自重Ep2：滑裂面上
14、粘聚力Ep3：侧向荷载地基承载力第39 页/共78 页地基承载力第40 页/共78 页太沙基公式中的承载力因数 N、Nq、Nc查图 查图8-18 8-18，以，以 为变量 为变量比 比普朗特 普朗特-瑞斯纳承载力公式偏大，因为考虑了基底 瑞斯纳承载力公式偏大，因为考虑了基底摩擦和土体自重 摩擦和土体自重(二)局部剪切破坏(非整体破坏)地基承载力第41 页/共78 页极限承载力 极限承载力p pu u的组成 的组成 BN/2cNcDqNq地基承载力第42 页/共78 页极限承载力的三部分极限承载力的三部分滑动土体自重产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力侧荷载D产生的抗力第43 页/共78 页(1
15、)影响滑裂面形状的大小，承载力因数的大小.滑动土体的体积,q的分布范围,滑裂面的大小.pu地基承载力讨论-Prandtl解(1)的影响第44 页/共78 页(2)宽度B增加为2B,滑动体体积增加为原来的22倍，由此增加的承载力增加为原来的2倍.(BN/2线性增加)B增加，q的分布面积线性增加，qNq不变。B增加，滑裂面面积线性增加，cNc不变pupu地基承载力第45 页/共78 页(3)qNq,与侧面荷载大小，和荷载分布范围有关-滑裂面形状有关。滑裂面形状与有关。Nq,是的函数pupu地基承载力第46 页/共78 页(4)cNc,与粘聚力，和滑裂面长度有关-滑裂面形状有关。滑裂面形状与有关。N
16、c,是的函数pu地基承载力第47 页/共78 页1)整体破坏土质坚实,基础埋深浅有完整破坏面2)局部剪切松软地基 埋深较大破坏面不贯通3)冲剪破坏松软地基，埋深大基础垂直下切小结地基破坏形式PsPsps深土层表面土第48 页/共78 页极限承载力理论界和半理论解1 Prantl解 假设和滑裂面形状BEFBp实际地面CIIIIIID45o/245o/2小结地基承载力第49 页/共78 页2 Tezaghi 2 Tezaghi解 解Tezaghi Tezaghi 滑裂面形状 滑裂面形状小结地基承载力45o/2第50 页/共78 页8.3 8.3 地基的设计 地基的设计(容许 容许)承载力 承载力一
17、 设计承载力 f 及影响因素1 容许承载力 满足地基基础的稳定和变形要求的承载力 f pu/Fs,s s容许承载力第51 页/共78 页特征值fa(设计承载力)2)局部塑性区2 临塑荷载 临界荷载 极限荷载 地基承受荷载的不同阶段3)极限承载力临塑荷载 临界荷载 极限荷载1)弹性阶段-临塑荷载第52 页/共78 页 荷载沉降曲线 临塑荷载、极限荷载pcr临塑荷载pu连续滑动面和极限荷载pcr pu塑性区发展和临界荷载pcr pu地基土开始出现剪切破坏s连续滑动面2 临塑荷载 临界荷载 极限荷载临塑荷载 临界荷载 极限荷载第53 页/共78 页允许地基中有一定的塑性区，作为设计承载力 允许地基中
18、有一定的塑性区，作为设计承载力3 地基承载力设计值 f 的确定办法 要求较高：f=Pcr 一般情况下：f=P1/4 或 P1/3 中国取P1/4 用极限荷载计算：f=Pu/Fs Fs-安全系数临塑荷载 临界荷载 极限荷载第54 页/共78 页考察地基中塑性区的发展 考察地基中塑性区的发展n n 地基土中某一点应力状态：地基土中某一点应力状态：，n n 极限平衡应力状态 极限平衡应力状态(塑性区 塑性区)3 地基承载力设计值 f 的确定办法临塑荷载 临界荷载 极限荷载第55 页/共78 页条形荷载塑性区的计算 条形荷载塑性区的计算n n 自重应力：自重应力：s1 s1=(d+z d+z)s3 s
19、3=k=k0 0(d+z d+z)n n 弹性区的附加应力：弹性区的附加应力：DzM2合力：1，3 设k0=1.0临塑荷载 临界荷载 极限荷载第56 页/共78 页塑性区的计算 塑性区的计算弹性区的合力DzM2极限平衡条件：临塑荷载 临界荷载 极限荷载第57 页/共78 页塑性区的计算 塑性区的计算将 将 1,3 1,3 代入极限平衡条件，代入极限平衡条件，表示该点既满足弹性区；也 表示该点既满足弹性区；也满足塑性区 满足塑性区 是弹塑像区的 是弹塑像区的边界。在荷载 边界。在荷载p p作用下，得 作用下，得到方程 到方程 z=f()(3)DzM2临塑荷载 临界荷载 极限荷载第58 页/共78
20、 页塑性区的最大深度 塑性区的最大深度Z Zmax max塑性区的最大深度ZmaxDM2临塑荷载 临界荷载 极限荷载第59 页/共78 页塑性区的最大深度塑性区的最大深度ZZmaxmaxn n 对应Zmax=0临塑荷载；n n 对应Zmax=B/4，B/3临界荷载。n n Pcr p1/4,p1/3=NB/2+Nq d+Ncc(对于三个荷载，三个系数不同)临塑荷载 临界荷载 极限荷载第60 页/共78 页各种临界荷载的承载力系数各种临界荷载的承载力系数 NNqq N Nc c NN ppcrcr 1+/ctg-/2+)(1-Nq)ctg 0 pp1/4 1+/ctg-/2+)(1-Nq)ctg
21、(Nq-1)/2pp1/3 1+/ctg-/2+)(1-Nq)ctg 2(Nq-1)/3临塑荷载 临界荷载 极限荷载第61 页/共78 页极限承载力和容许承载力的区别 极限承载力和容许承载力的区别n n 极限承载力pu 地基达到完全剪切破坏时的荷载n n 容许承载力f 同时满足强度和变形要求的荷载容许承载力第62 页/共78 页确定地基承载力设计值的方法 确定地基承载力设计值的方法1.现场试验法：载荷试验、标准贯入试验、静力触探等。要进行修正2.规范公式计算法，不做宽度深度修正3.根据经验确定容许承载力，做宽度深度修正容许承载力第63 页/共78 页目前规范中设计承载力的确定目前规范中设计承载
22、力的确定1.静载荷试验fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)fak:静载荷试验确定的承载力-特征值fa：深宽修正后的承载力特征值荷载板容许承载力第64 页/共78 页目前规范中设计承载力的确定 目前规范中设计承载力的确定n n 2.承载力 公式法：fa=Mbb+Md md+Mcck fa:承载力特征值（设计值）相当与 p1/4=NB/2+Nq d+Ncc但当内摩擦角比较大时，2Mb N基础工程表2-73 经验类比法确定设计承载力容许承载力第65 页/共78 页小结小结Prandtl 基底光滑,无重介质Terzaghi 可光滑,可粗糙,0地基承载力极限承载力容许承载力PcrP1/4P1/
23、3BpuDC45245-290o设计承载力第66 页/共78 页目前规范中设计承载力的确定 目前规范中设计承载力的确定1.静载荷试验fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)fak:静载荷试验确定的承载力-特征值fa：深宽修正后的承载力特征值荷载板容许承载力第67 页/共78 页承载力的特征值 承载力的特征值 f fak ak荷载沉降曲线有直线段 荷载沉降曲线有直线段 取 取 比例界限 比例界限p pcr cr 当 当p pu u2.0 2.0 p pcr cr时 时 取 取p pu u/2/2渐变型曲线 渐变型曲线 s/s/B B=0.010.015=0.010.015低压缩性土 低压缩
24、性土 s/s/B B=0.02=0.02高压缩性土 高压缩性土地基勘察方法 pu pcrs(mm)荷载沉降曲线(kPa)第68 页/共78 页目前规范中设计承载力的确定 目前规范中设计承载力的确定n n 2.承载力 公式法：fa=Mb b+Md md+Mcck fa:承载力特征值（设计值）相当与 p1/4=N B/2+Nq d+Ncc其中ck,k 为抗剪强度指标的标准值 即试验参数的平均值乘以统计修正系数容许承载力第69 页/共78 页思考题 思考题n n 大型建筑物往往是由沉降控制设计n n 小型建筑物往往由承载力控制设计。为什么(基础的宽度对于地基的承载力和沉降各由什么影响？)地基承载力第
25、70 页/共78 页三 地基变形 变形小于设计允许值 S S(1)沉降量(2)沉降差(3)倾斜(4)局部倾斜地基破坏形式第71 页/共78 页某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降达2.2米，存在明显的沉降差。墨西哥的沉降问题世界著名地基变形第72 页/共78 页比萨斜塔-不均匀沉降的典型始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。倾斜5.5，顶部偏心2.1米地基变形第73 页/共78 页相邻建筑物施工引起的原有建筑物的局部倾斜（软粘土地基）地基变形第74 页/共78 页膨胀土地基上建筑物的开裂（美国加拿大）潜在性膨胀土的分布限与热带和温带的半干旱地区内。这种条件助长了蒙特石形成。很多国家都发现了膨胀土。印度的黑棉土膨胀土上的基础陈孚华TU443 1地基变形第75 页/共78 页膨胀土对建筑物的危害活动区域地基变形第76 页/共78 页本章结束第77 页/共78 页