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1、第一節(jié) 地基的破壞模式 第二節(jié) 臨塑荷載、臨界荷載的確定 第三節(jié) 地基極限承載力的計(jì)算 第四節(jié) 地基承載力的確定,第八章 地基承載力,基 本 概 念,地基破壞 地基土不能滿足上部結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度或變形要求，或由于動(dòng)力荷載作用產(chǎn)生液化、失穩(wěn)，其上的結(jié)構(gòu)物會(huì)發(fā)生急劇沉降、傾斜、導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物失去使用功能，這種狀態(tài)稱為地基破壞或喪失承載能力。,整體剪切破壞 局部剪切破壞 沖剪破壞,第一節(jié) 地基的破壞模式,一、整體的剪切破壞,整體剪切破壞的特征 （1）P-S曲線有明顯的直線段、曲線段與陡降段； （2）破壞從基礎(chǔ)邊緣開始，滑動(dòng)面貫通到地表； （3）基礎(chǔ)兩側(cè)的土體有明顯的隆起； （4）破壞時(shí)，基礎(chǔ)急劇下沉或向一邊傾
2、倒。,某谷倉(cāng)的地基整體破壞,二、局部剪切破壞,局部剪切破壞的特征 （1）P-S曲線無明顯的三階段，呈非線性關(guān)系； （2）地基破壞從基礎(chǔ)邊緣開始，但滑動(dòng)面未延伸到地表，而是終止 在地基土內(nèi)部某一位置； （3）基礎(chǔ)兩側(cè)的土體有微微隆起，不如整體剪切破壞時(shí)明顯； （4）基礎(chǔ)一般不會(huì)發(fā)生倒塌或傾斜破壞。 注：介于整體剪切破壞與沖剪破壞之間的一種破壞型式。,三、沖剪破壞,沖剪破壞特征 沖剪破壞一般發(fā)生于基礎(chǔ)剛度很大，且地基土十分軟弱的情況。 （1）基礎(chǔ)發(fā)生垂直剪切破壞，地基內(nèi)部不形成連續(xù)的滑動(dòng)面； （2）基礎(chǔ)兩側(cè)的土體沒有隆起現(xiàn)象，還隨基礎(chǔ)的“切入”微微下沉； （3）基礎(chǔ)破壞時(shí)只伴隨過大的沉降，沒有傾斜
3、的發(fā)生。,沖剪破壞,四、地基破壞模式的影響因素,（一）土的壓縮性 密實(shí)砂土和堅(jiān)硬的粘土將發(fā)生整體剪切破壞； 松散砂土或軟粘土可能出現(xiàn)局部剪切或沖剪破壞。 （二）基礎(chǔ)埋深及加荷速率 基礎(chǔ)淺埋、加荷速率慢整體剪切破壞； 基礎(chǔ)埋深較大、加荷速率較快局部剪切或沖剪破壞。,第二節(jié) 臨塑荷載、臨界荷載的確定,一、臨塑荷載Pcr 地基中即將出現(xiàn)塑性區(qū)時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載； 對(duì)應(yīng)P-S曲線直線段的終點(diǎn),二、臨塑荷載的理論推導(dǎo),（一）彈性力學(xué)解答,地表作用均布條形荷載，地表下任一點(diǎn)M處的大、小主應(yīng)力可按下式計(jì)算：（教材P.60公式2-34）,其中:PO均布條形荷載大?。?M點(diǎn)與荷載兩端點(diǎn)的夾角,(二)考慮基礎(chǔ)埋深時(shí)對(duì)彈
4、性力學(xué)解答的修正,在地基中任一點(diǎn)M，設(shè)基礎(chǔ)為無限長(zhǎng)條形基礎(chǔ)，則由基底附加應(yīng)力在 M點(diǎn)引起的大、小主應(yīng)力仍可近似用下式計(jì)算，即：,M點(diǎn)同時(shí)具有土的自重應(yīng)力。 假設(shè)當(dāng)土將產(chǎn)生塑性流動(dòng)，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土象流體一樣，各點(diǎn)處自重應(yīng)力沿各個(gè)方向的應(yīng)力相等。,(三)塑性區(qū)邊界方程的推導(dǎo),根據(jù)莫爾庫(kù)侖強(qiáng)度理論建立的極限平衡條件可知，當(dāng)土中某單元體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在單元體上的大、小主應(yīng)力滿足極限平衡條件:,上式即為塑性區(qū)的邊界方程，它是的函數(shù)?？衫L出塑性區(qū)的邊界線，如圖所示。,(四) 臨塑荷載,Zmax= 0意味著在地基內(nèi)部即將出現(xiàn)塑性區(qū)的情況，此時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載即為臨塑荷載 Pcr。,臨塑荷載 Pc
5、r,（說明：b為條形基礎(chǔ)寬度）,臨界荷載,公式的統(tǒng)一形式：,上述承載力系數(shù)都是土的內(nèi)摩擦角的函數(shù)， 為方便查用，已制成表格。,第三節(jié) 地基極限承載力的計(jì)算,地基的極限承載力 地基內(nèi)部整體達(dá)到極限平衡時(shí)的荷載。,求解方法： （1）根據(jù)靜力平衡和極限平衡條件建立微分方程，根據(jù)邊界條件求出地基整體達(dá)到極限平衡時(shí)各點(diǎn)應(yīng)力的精確解。由于這一方法只對(duì)一些簡(jiǎn)單的條件得到了解析解，其他情況則存在求解困難，故此法不常用； （2）求極限承載力的方法假定滑動(dòng)面法 假設(shè)滑動(dòng)面的形狀，然后以滑動(dòng)面所包圍的土體為隔離體，根據(jù)靜力平衡條件求出極限荷載。這種方法概念明確，計(jì)算簡(jiǎn)單，得到廣泛的應(yīng)用。,一、按極限平衡理論求解極限
6、荷載（方法1）,1、靜力平衡條件,2、極限平衡條件,在較簡(jiǎn)單的邊界條件下求得其解析解,（一）普朗特爾極限承載力公式（1920年）,根據(jù)塑性理論研究了剛性體壓入介質(zhì)中，介質(zhì)達(dá)到破壞時(shí)，滑動(dòng)面的形狀及極限壓應(yīng)力的公式。推導(dǎo)時(shí)，假設(shè)：介質(zhì)是無質(zhì)量的(=0)；荷載為無限長(zhǎng)的條形荷載；荷載板底面是光滑的。,二、按假定滑動(dòng)面確定極限荷載（方法2）,普郎特爾導(dǎo)出極限承載力的理論解:,（二）瑞斯諾極限承載力公式,若考慮基礎(chǔ)有埋深d，則將基底平面以上的覆土以壓應(yīng)力q 代替，瑞斯諾(Reissuer,1924)得出極限承載力的表達(dá)式為：,（三）太沙基極限承載力公式 1、假定 （1）基底粗糙：由于在基底下存在摩擦力
7、，阻止了基底下 I 區(qū)土楔體的剪切位移，這部分土體不發(fā)生破壞而處于彈性狀態(tài)，象一個(gè)“彈性核”隨著基礎(chǔ)一起向下移動(dòng)。 （2）地基土有重量（ 0），但忽略地基土重度對(duì)滑移形狀的影響。 （3）不考慮基底兩側(cè)土體的抗剪強(qiáng)度，只作為超載考慮。,太沙基滑動(dòng)面的形狀,2、太沙基極限承載力公式,Nr、Nc、Nq為無量綱的承載力系數(shù)，都是 的函數(shù)，可通過查表圖的方法求得。,（四）魏西克極限承載力公式 條形基礎(chǔ)在中心荷載作用下的極限承載力公式,公式的形式雖然與太沙基公式相同，但承載力系數(shù)取值都有所不同 。,魏西克還研究了基礎(chǔ)底面的形狀、荷載偏心、傾斜、基礎(chǔ)兩側(cè)覆蓋土層的抗剪強(qiáng)度、基底和地面傾斜、土的壓縮性影響等，
8、對(duì)承載力公式進(jìn)行了修正。,承載力公式修正,（1）基礎(chǔ)形狀的影響：,（2）荷載偏心和傾斜的影響,（3）基礎(chǔ)兩側(cè)的覆蓋層抗剪強(qiáng)度的影響,（五）漢森極限承載力公式,考慮了基礎(chǔ)形狀與荷載傾斜的影響； 系數(shù)查表,1地基承載力 地基土單位面積上所能承受荷載的能力 2極限承載力 地基土體內(nèi)部整體達(dá)到極限平衡時(shí)的承載力。 當(dāng)荷載超過地基極限承載力時(shí)，地基將失穩(wěn)。 3容許承載力 使土的強(qiáng)度、變形均滿足要求的承載力。,一、基 本 概 念,第四節(jié) 地基承載力的確定,說明：,地基容許承載力的確定是長(zhǎng)期工程實(shí)踐的結(jié)果，反映了一個(gè)國(guó)家地基基礎(chǔ)研究的水平。 以建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范為例，其名稱在1957、1974、1989、
9、2001年的規(guī)范中分別為地耐力、標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值、特征值。,4地基承載力特征值 由載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基土壓力變形曲線線性變化段內(nèi)規(guī)定的變形所對(duì)應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值。,二、地基承載力特征值的確定方法,（一）理論公式法 根據(jù)整體剪切破壞的模式，假設(shè)滑裂面，按極限平衡條件求得的極限承載力公式，用極限承載力除以安全系數(shù)獲得地基承載力。 如港口工程技術(shù)規(guī)范JTJ219-87中推薦的地基極限承載力公式，安全系數(shù)為23。,（二）地基載荷試驗(yàn)法 淺層平板載荷試驗(yàn) 深層平板載荷試驗(yàn) 確定方法： P-s曲線直線段末端陡降型曲線 極限荷載除以安全系數(shù) 變形控制緩變型曲線,（一）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （
10、JTJ 02485） 1、規(guī)范承載力表 根據(jù)大量的地基載荷試驗(yàn)資料及已建成橋梁的使用經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析后得到的 。,2、 承載力的深寬修正 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)寬度b 2m，埋置深度d3m（但d/b4時(shí)），地基容許承載力可以在查表的基礎(chǔ)上修正提高，規(guī)范給出了下述計(jì)算公式：,三、按規(guī)范確定,（二）港口工程地基規(guī)范（JTJ25098）,當(dāng)?shù)鼗行挾刃∮诨虻扔?.0m、基礎(chǔ)埋深為0.51.5m時(shí)，地基承載力設(shè)計(jì)值根據(jù)巖石和土的野外特征、密實(shí)度或標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)，按表格確定。,（三）建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范50007-2002,當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋深大于0.5m時(shí)，從載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式修正：,地基承載力特征值可由荷載試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、公式計(jì)算、并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。,
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