土力学第八章地基承载力讲义课件.ppt

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1、土力学第一节第一节 地基的破坏模式地基的破坏模式第二节第二节 临塑荷载、临界荷载的确定临塑荷载、临界荷载的确定 第三节第三节 地基地基极限承载力的计算极限承载力的计算第四节第四节 地基承载力的确定地基承载力的确定 第八章 地基承载力土力学基基 本本 概概 念念地基破坏地基破坏 地基土不能满足上部结构物强度或变形要地基土不能满足上部结构物强度或变形要求，或由于动力荷载作用产生液化、失稳，其求，或由于动力荷载作用产生液化、失稳，其上的结构物会发生急剧沉降、倾斜、导致结构上的结构物会发生急剧沉降、倾斜、导致结构物失去使用功能，这种状态称为物失去使用功能，这种状态称为地基破坏地基破坏或或丧丧失承载能力

2、失承载能力。土力学整体剪切破坏整体剪切破坏 局部剪切破坏局部剪切破坏 冲剪破坏冲剪破坏第一节第一节 地基的破坏模式地基的破坏模式土力学一、整体的剪切破坏一、整体的剪切破坏 整体剪切破坏的特征整体剪切破坏的特征（1 1）P-SP-S曲曲线线有有明明显显的的直直线线段段、曲线段与陡降段；曲线段与陡降段；（2 2）破破坏坏从从基基础础边边缘缘开开始始，滑滑动面贯通到地表；动面贯通到地表；（3 3）基基础础两两侧侧的的土土体体有有明明显显的的隆起；隆起；（4 4）破破坏坏时时，基基础础急急剧剧下下沉沉或或向一边倾倒。向一边倾倒。土力学某谷仓的地基整体破坏土力学二、局部剪切破坏二、局部剪切破坏 局部剪切

3、破坏的特征局部剪切破坏的特征（1）P-S曲曲线线无无明明显显的的三三阶阶段段，呈呈非线性关系；非线性关系；（2）地地基基破破坏坏从从基基础础边边缘缘开开始始，但但滑滑动动面面未未延延伸伸到到地地表表，而而是是终终止止 在地基土内部某一位置；在地基土内部某一位置；（3）基基础础两两侧侧的的土土体体有有微微微微隆隆起起，不如整体剪切破坏时明显；不如整体剪切破坏时明显；（4）基基础础一一般般不不会会发发生生倒倒塌塌或或倾倾斜破坏。斜破坏。注注：介介于于整整体体剪剪切切破破坏坏与与冲冲剪剪破破坏坏之间的一种破坏型式。之间的一种破坏型式。土力学三、冲剪破坏三、冲剪破坏 冲剪破坏特征冲剪破坏特征冲冲剪剪破

4、破坏坏一一般般发发生生于于基基础础刚刚度度很很大，且地基土十分软弱的情况。大，且地基土十分软弱的情况。（1）基基础础发发生生垂垂直直剪剪切切破破坏坏，地地基内部不形成连续的滑动面；基内部不形成连续的滑动面；（2）基基础础两两侧侧的的土土体体没没有有隆隆起起现现象，还随基础的象，还随基础的“切入切入”微微下沉；微微下沉；（3）基基础础破破坏坏时时只只伴伴随随过过大大的的沉沉降，没有倾斜的发生。降，没有倾斜的发生。土力学冲剪破坏土力学四、地基破坏模式的影响因素地基破坏模式的影响因素（一）（一）土的压缩性土的压缩性 密实砂土和坚硬的粘土将发生整体剪切破坏；密实砂土和坚硬的粘土将发生整体剪切破坏；松散

5、砂土或软粘土可能出现局部剪切或冲剪破坏松散砂土或软粘土可能出现局部剪切或冲剪破坏。（二）（二）基础埋深及加荷速率基础埋深及加荷速率 基础浅埋、加荷速率慢基础浅埋、加荷速率慢整体剪切破坏；整体剪切破坏；基础埋深较大、加荷速率较快基础埋深较大、加荷速率较快局部剪切或冲剪破坏。局部剪切或冲剪破坏。土力学第二节第二节 临塑荷载、临界荷载的确定临塑荷载、临界荷载的确定 一、一、临塑荷载临塑荷载P Pcr cr地基中即将出现塑性区时对应的荷载；地基中即将出现塑性区时对应的荷载；对应对应P-S曲线直线段的终点曲线直线段的终点二、二、临塑荷载的理论推导临塑荷载的理论推导土力学（一）弹性力学解答（一）弹性力学解

6、答 地地表表作作用用均均布布条条形形荷荷载载，地地表表下下任任一一点点MM处处的的大大、小小主主应应力可按下式计算：（教材力可按下式计算：（教材P.60P.60公式公式2-342-34）其中其中:P:PO O均布条形荷载大小均布条形荷载大小；M点与荷载两端点的夹角点与荷载两端点的夹角土力学(二二)考虑基础埋深时对弹性力学解答的修正考虑基础埋深时对弹性力学解答的修正在地基中任一点在地基中任一点M，设基础为无限长条形设基础为无限长条形基础，则由基础，则由基底附加基底附加应力应力在在 M点引起的大、点引起的大、小主应力仍可近似用小主应力仍可近似用下式计算，即：下式计算，即：土力学M M点同时具有点同

7、时具有土的自重应力土的自重应力。假设当土将产生塑性流动假设当土将产生塑性流动，达到极限平衡状态，达到极限平衡状态时，土象流体一样，时，土象流体一样，各点处自重应力沿各个方各点处自重应力沿各个方向的应力相等向的应力相等。土力学(三三)塑性区边界方程的推导塑性区边界方程的推导根据莫尔库仑强度理论建立的极限平衡条件可知，当土根据莫尔库仑强度理论建立的极限平衡条件可知，当土中某单元体处于极限平衡状态时，作用在单元体上的大、中某单元体处于极限平衡状态时，作用在单元体上的大、小主应力满足极限平衡条件小主应力满足极限平衡条件:上式即为上式即为塑性区的边界方程塑性区的边界方程塑性区的边界方程塑性区的边界方程，

8、它是，它是 的函数。可绘出塑的函数。可绘出塑性区的边界线，如图所示。性区的边界线，如图所示。土力学(四四)临塑荷载临塑荷载 Z Zmaxmax=0=0意味着在地基内部即将出现塑性区的情况，此时对意味着在地基内部即将出现塑性区的情况，此时对应的荷载即为应的荷载即为临塑荷载临塑荷载 P Pcrcr。土力学临塑荷载临塑荷载 P Pcrcr（说明：说明：b为条形基础宽度）为条形基础宽度）临界荷载临界荷载土力学公式的统一形式：公式的统一形式：上述承载力系数都是上述承载力系数都是土的内摩擦角土的内摩擦角的函数，的函数，为方便查用，已制成表格。为方便查用，已制成表格。土力学第三节第三节 地基极限承载力的计算

9、地基极限承载力的计算 地基的极限承载力地基的极限承载力 地基内部整体达到极限平衡时的荷载。地基内部整体达到极限平衡时的荷载。求解方法求解方法：（1）根根据据静静力力平平衡衡和和极极限限平平衡衡条条件件建建立立微微分分方方程程，根根据据边边界界条条件件求求出出地地基基整整体体达达到到极极限限平平衡衡时时各各点点应应力力的的精精确确解解。由由于于这这一一方方法法只只对对一一些些简简单单的的条条件件得得到到了了解解析析解解，其其他他情情况则存在求解困难，故此法况则存在求解困难，故此法不常用不常用；（2）求极限承载力的方法）求极限承载力的方法假定滑动面法假定滑动面法 假假设设滑滑动动面面的的形形状状，

10、然然后后以以滑滑动动面面所所包包围围的的土土体体为为隔隔离离体体，根根据据静静力力平平衡衡条条件件求求出出极极限限荷荷载载。这这种种方方法法概概念念明明确，计算简单，得到广泛的应用。确，计算简单，得到广泛的应用。土力学一、按极限平衡理论求解极限荷载（方法一、按极限平衡理论求解极限荷载（方法1）1、静力平衡条件、静力平衡条件2、极限平衡条件、极限平衡条件在较简单的边界条件下求得其解析解在较简单的边界条件下求得其解析解 土力学（一）普朗特尔极限承载力公式（一）普朗特尔极限承载力公式（1920年）年）根根据据塑塑性性理理论论研研究究了了刚刚性性体体压压入入介介质质中中，介介质质达达到到破破坏坏时时，

11、滑滑动动面面的的形形状状及及极极限限压压应应力力的的公公式式。推推导导时时，假假设设：介介质质是是无无质质量量的的(=0)；荷荷载载为为无无限限长长的的条条形形荷载；荷载板底面是光滑的荷载；荷载板底面是光滑的。二、按假定滑动面确定极限荷载二、按假定滑动面确定极限荷载（方法（方法2 2）土力学普郎特尔导出极限承载力的理论解普郎特尔导出极限承载力的理论解:土力学（二）瑞斯诺极限承载力公式（二）瑞斯诺极限承载力公式 若考虑基础有若考虑基础有埋深埋深d，则将基底平面以上的则将基底平面以上的覆土以压应力覆土以压应力q q 代替，瑞斯诺代替，瑞斯诺(Reissuer,1924)得出极限承载力的表达式为：得

12、出极限承载力的表达式为：土力学（三）（三）太沙基极限承载力公式太沙基极限承载力公式 1、假定、假定（1）基基底底粗粗糙糙：由由于于在在基基底底下下存存在在摩摩擦擦力力，阻阻止止了了基基底底下下 I 区区土土楔楔体体的的剪剪切切位位移移，这这部部分分土土体体不不发发生生破破坏坏而而处处于弹性状态，象一个于弹性状态，象一个“弹性核弹性核”随着基础一起向下移动。随着基础一起向下移动。（2）地基土有重量）地基土有重量（0），但忽略地基土重度对滑移，但忽略地基土重度对滑移形状的影响。形状的影响。（3）不考虑基底两侧土体的抗剪强度，只作为超载考虑。）不考虑基底两侧土体的抗剪强度，只作为超载考虑。土力学太沙

13、基滑动面的形状太沙基滑动面的形状 土力学2、太沙基极限承载力公式、太沙基极限承载力公式N Nr r、N Nc c、N Nq q为无量纲的承载力系数，都是为无量纲的承载力系数，都是 的的函数，可通过查表图的方法求得。函数，可通过查表图的方法求得。土力学（四）魏西克极限承载力公式（四）魏西克极限承载力公式 条形基础在中心荷载作用下的极限承载力公式条形基础在中心荷载作用下的极限承载力公式公式的形式虽然与太沙基公式相同，但承载力公式的形式虽然与太沙基公式相同，但承载力系数取值都有所不同系数取值都有所不同。魏西克还研究了魏西克还研究了基础底面的形状基础底面的形状、荷载偏心荷载偏心、倾斜倾斜、基础两侧覆盖

14、土层的抗剪强度基础两侧覆盖土层的抗剪强度、基底和地基底和地面倾斜面倾斜、土的压缩性影响土的压缩性影响等，对等，对承载力公式进行承载力公式进行了修正了修正。土力学承载力公式修正承载力公式修正承载力公式修正承载力公式修正 （1）基础形状的影响：）基础形状的影响：（2 2）荷载偏心和倾斜的影响）荷载偏心和倾斜的影响（3）基础两侧的覆盖层抗剪强度的影响）基础两侧的覆盖层抗剪强度的影响土力学（五）汉森极限承载力公式（五）汉森极限承载力公式 考虑了基础形状与荷载倾斜的影响；考虑了基础形状与荷载倾斜的影响；系数系数查表查表土力学1地基承载力地基承载力 地基土单位面积上所能承受荷载的能力地基土单位面积上所能承

15、受荷载的能力 2极限承载力极限承载力 地基土体内部整体达到极限平衡时的承载力。地基土体内部整体达到极限平衡时的承载力。当荷载超过地基极限承载力时，地基将失稳。当荷载超过地基极限承载力时，地基将失稳。3容许承载力容许承载力 使土的强度、变形均满足要求的承载力。使土的强度、变形均满足要求的承载力。一、基一、基一、基一、基 本本本本 概概概概 念念念念第四节第四节 地基承载力的确定地基承载力的确定 土力学 说明：说明：地地基基容容许许承承载载力力的的确确定定是是长长期期工工程程实实践践的的结结果果，反映了一个国家地基基础研究的水平。反映了一个国家地基基础研究的水平。以以建建筑筑地地基基基基础础设设计

16、计规规范范为为例例，其其名名称称在在1957、1974、1989、2001年年的的规规范范中中分分别别为为地地耐力、标准值、设计值、特征值。耐力、标准值、设计值、特征值。土力学 4地基承载力特征值地基承载力特征值 由由载载载载荷荷荷荷试试试试验验验验测测定定的的地地基基土土压压压压力力力力变变变变形形形形曲曲曲曲线线线线线线性性变变化化段段内内规规定定的的变变形形所所对对应应的的压压力力值值，其其最最大值为比例界限值。大值为比例界限值。土力学二、地基承载力特征值的确定方法二、地基承载力特征值的确定方法（一）理论公式法（一）理论公式法根据整体剪切破坏的模式，假设滑裂面，按极根据整体剪切破坏的模式

17、，假设滑裂面，按极限平衡条件求得的极限承载力公式，用限平衡条件求得的极限承载力公式，用极限承极限承载力除以安全系数载力除以安全系数获得地基承载力。获得地基承载力。如如港口工程技术规范港口工程技术规范JTJ219-87中推荐的中推荐的地基极限承载力公式，安全系数为地基极限承载力公式，安全系数为23。土力学（二）地基载荷试验法（二）地基载荷试验法浅层平板载荷试验浅层平板载荷试验深层平板载荷试验深层平板载荷试验确定方法：确定方法：P-s曲线直线段末端曲线直线段末端陡降型曲线陡降型曲线极限荷载除以安全系数极限荷载除以安全系数变形控制变形控制缓变型曲线缓变型曲线土力学（一）（一）公路桥涵地基与基础设计规

18、范公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ 02485）1 1、规范承载力表规范承载力表 根据大量的地基根据大量的地基载荷试验载荷试验资料及已资料及已建成桥梁建成桥梁的使用的使用经验，经过统计分析后得到的经验，经过统计分析后得到的。2、承载力的深宽修正承载力的深宽修正设设计计的的基基础础宽宽度度b 2m，埋埋置置深深度度d3m（但但d/b4时时），地地基基容容许许承承载载力力可可以以在在查查表表的的基基础础上上修修正正提提高高，规规范范给给出了下述计算公式：出了下述计算公式：三、按规范确定三、按规范确定土力学（二）（二）港口工程地基规范港口工程地基规范（JTJ25098）当当地地基基有有效效宽宽度

19、度小小于于或或等等于于3.0m、基基础础埋埋深深为为0.51.5m时时，地地基基承承载载力力设设计计值值根根据据岩岩石石和和土土的的野野外外特特征征、密密实实度度或或标标准准贯贯入入锤锤击击数数，按按表表格确定。格确定。土力学（三）（三）建筑地基基础规范建筑地基基础规范50007-2002当基础当基础宽度大于宽度大于3m或或埋深大于埋深大于0.5m时，从载时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定地荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定地基承载力特征值，尚应按下式修正：基承载力特征值，尚应按下式修正：地地基基承承载载力力特特征征值值可可由由荷荷载载试试验验或或其其他他原原位位测试测试、公式计算、并结合工程实践经验确定。、公式计算、并结合工程实践经验确定。