地基承載力的評估及計算方法.ppt

地基承載力的評估及計算方法,6.1概述,地基承載力是指地基土單位面積上所能承受荷載的能力，以kPa計。一般用地基承載力特征值來表述。地基承載力的特征值是指由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值地基承載力可分為允許承載力和極限承載力允許承載力是指地基土允許承受荷載的能力極限承載力是地基土發(fā)生剪切破壞而失去整體穩(wěn)定時的基底最小壓力。,概述,地基土沉降變形,建筑物基礎(chǔ)沉降和沉降差,變形要求,概述,荷載過大超過地基承載力,地基產(chǎn)生滑動破壞,穩(wěn)定要求,概述,確定地基承載力的方法有載荷試驗法、理論計算法、規(guī)范查表法、經(jīng)驗估算法等在工程設(shè)計中為了保證地基土不發(fā)生剪切破壞而失去穩(wěn)定，同時也為使建筑物不致因基礎(chǔ)產(chǎn)生過大的沉降和差異沉降，而影響其正常使用，必須限制建筑物基礎(chǔ)底面的壓力，使其不得超過地基的承載力設(shè)計值,6.2地基的破壞模式,現(xiàn)場載荷試驗:通過試驗可得到載荷板在各級壓力p的作用下，其相應(yīng)的穩(wěn)定沉降量，繪得p-s曲線,圖8-9p-s曲線a-整體剪切破壞；b-局部剪切破壞；c-刺入剪切破壞,地基的破壞的形式,整體剪切破壞:常發(fā)生在淺埋基礎(chǔ)下的密砂或硬粘土等堅實地基中,o,P,S,Pcr,fu,a,b,臨塑荷載,極限荷載,地基的破壞形式,局部剪切破壞:常發(fā)生于中等密實砂土中,靜荷載曲線沒有明顯的直線段，地基破壞的曲線也不呈現(xiàn)整體剪切破壞那樣的明顯的陡降。當基底壓力達到一定數(shù)值即相應(yīng)的極限荷載時，基礎(chǔ)兩側(cè)微微隆起，然而剪切破壞區(qū)僅僅被限制在地基內(nèi)部的某一區(qū)域，未形成延伸至底面的連續(xù)滑動面。,地基的破壞形式,刺入剪切破壞:發(fā)生在松砂及軟土中,隨著荷載的增加，基礎(chǔ)出現(xiàn)持續(xù)下沉，主要因為地基土的較大壓縮以至于基礎(chǔ)呈現(xiàn)連續(xù)刺入。地基不出現(xiàn)連續(xù)滑動面，基礎(chǔ)側(cè)面地面不出現(xiàn)隆起，因而基礎(chǔ)邊緣下的地基垂直剪切破壞,地基的破壞形式,地基的破壞形式，主要與地基土的性質(zhì)尤其是與壓縮性質(zhì)有關(guān)，還同基礎(chǔ)埋置深度、加荷速度等因素有關(guān)。較堅硬或密實的土，具有較低的壓縮性，通常呈現(xiàn)整體剪切破壞軟弱粘土或松砂土地基，具有中高壓縮性，常常呈現(xiàn)局部剪切破壞或者刺入剪切破壞。,地基的破壞形式,地基變形的三個階段(1)壓密階段(或稱直線變形階段)p-s曲線上的oa段，p-s曲線接近于直線，土中各點的剪應(yīng)力均小于土的抗剪強度，土體處于彈性平衡狀態(tài)。載荷板的沉降主要是由于土的壓密變形引起的。把p-s曲線上相應(yīng)于a點的荷載稱為比例界限pcr，也稱臨塑荷載。,地基的破壞形式,(2)剪切階段p-s曲線上的ab段，此段曲線為非線性關(guān)系，沉降的增長率S/p隨荷載的增大而增加。地基土中局部范圍內(nèi)的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度，土體發(fā)生剪切破壞，這些區(qū)域也稱塑性區(qū)。隨著荷載的繼續(xù)增加，土中塑性區(qū)的范圍也逐步擴大，直到土中形成連續(xù)的滑動面，由載荷板兩側(cè)擠出而破壞。因此，剪切階段也是地基中塑性區(qū)的發(fā)生與發(fā)展階段。相應(yīng)于p-s曲線上b點的荷載稱為極限荷載pu。,地基的破壞形式,(3)破壞階段p-s曲線上的bc段。當荷載超過極限荷載后，載荷板急劇下沉，即使不增加荷載，沉降也將繼續(xù)發(fā)展，因此，p-s曲線陡直下降。在這一階段，由于土中塑性區(qū)范圍的不斷擴展，最后在土中形成連續(xù)滑動面，土從載荷板四周擠出隆起，地基土失穩(wěn)而破壞。,6.3地基臨塑荷載和臨界荷載,按塑性開展深度確定地基承載力假定條件地基為均質(zhì)半無限體，將地基中的剪切破壞區(qū)即塑性開展區(qū)限制在一定范圍內(nèi)。允許塑性區(qū)有一定的開展范圍又保證地基最大限度的安全承擔結(jié)構(gòu)荷載時的基地壓力確定地基的設(shè)計承載力,地基臨塑荷載和臨界荷載,按塑性開展深度確定地基承載力解答思路依據(jù)彈性理論求出地基任意點自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的表達式，再應(yīng)用極限平衡條件推求塑性區(qū)邊界方程，從而通過限定塑性開展區(qū)的最大深度獲得地基承載力公式。,6.3地基臨塑荷載和臨界荷載,地基的臨塑荷載Pcr：地基中剛開始出現(xiàn)塑性變形區(qū)時相應(yīng)的基底壓力。臨塑荷載的計算公式P174-(6-5),地基臨塑荷載和臨界荷載,式中：d基礎(chǔ)的埋置深度，m；基底平面以上土的重度，kN/m3；c土的粘聚力，kPa；土的內(nèi)摩擦角(度)，計算時化為弧度，即乘/180;Nd、Nc承載力系數(shù)，可查表6-1得出。,地基的臨界荷載,臨界荷載因用Pcr作為地基承載力設(shè)計值偏保守而不經(jīng)濟，故工程中允許塑性區(qū)發(fā)展到一定范圍。一般中心受壓基礎(chǔ)可取zmax=b/4，偏心受壓基礎(chǔ)可取zmax=b/3，與此相應(yīng)的地基承載力用P1/3、P1/4表示，稱為臨界荷載。,地基的臨界荷載臨界荷載公式(6-6)、(6-7),地基的臨界荷載,式(6-6)與式(6-7)中，第一項中的為基底面以下地基土的重度；第二項中的為基礎(chǔ)埋置深度范圍內(nèi)土的重度；如系均質(zhì)土地基則重度相同。另外，如地基中存在地下水時，則位于水位以下的地基土取浮重度值計算。,6.4地基承載力的確定方法,按極限荷載確定地基承載力極限荷載即地基達到完全剪切破壞時的最小壓力。極限荷載除以安全系數(shù)可作為地基的承載力設(shè)計值。極限承載力的理論推導目前只能針對整體剪切破壞模式進行。確定極限承載力的計算公式：一類是假定滑動面法，先假定在極限荷載作用時土中滑動面的形狀，然后根據(jù)滑動土體的靜力平衡條件求解;另一類是理論解，根據(jù)塑性平衡理論導出在已知邊界條件下，滑動面的數(shù)學方程式來求解。公式基本形式pu=bN+Nqq+Ncc。在平面問題中淺基礎(chǔ)應(yīng)用較多的是太沙基與漢森公式。,按極限荷載確定地基承載力,太沙基公式:太沙基利用塑性理論推導了條形淺基礎(chǔ)(db)，在鉛直中心荷載作用下，地基極限荷載的理論公式pu=bN+Ncc+Nqq(6-8)式中：pu地基極限承載力，kPa；土的內(nèi)摩擦角，度；c基土的粘聚力，kPa；qq=d,kPa；基土的重度，kN/m3；N、Nc、Nq承載力系數(shù)，可查表6-2。,按極限荷載確定地基承載力,地基承載力設(shè)計值f=Pu/Fs式中:Fs_-地基極限荷載安全系數(shù)，F(xiàn)s3.0,按極限荷載確定地基承載力,漢森公式漢森公式是個半經(jīng)驗公式，它適用于傾斜荷載作用下，不同基礎(chǔ)形狀和埋置深度的極限荷載的計算。由于適用范圍較廣，對水利工程有實用意義，已被我國港口工程技術(shù)規(guī)范所采用。漢森公式的普遍形式(未列入地表面傾斜系數(shù))為puv=0.5bNSi+qNqSqdqiq+cNcScdcic(6-12),按極限荷載確定地基承載力,影響極限承載力的因素從上述所講的確定極限荷載公式(6-8)和(6-12)可知，影響極限承載力的因素主要有：土的重度；土的抗剪強度指標和c；基礎(chǔ)埋深d；基礎(chǔ)寬度b。、c、d、b越大，土的極限承載力也越大，但對于飽和軟土(=0)，增大基礎(chǔ)寬度b對Pu幾乎沒有影響。在這五個影響因素中，對極限承載力影響很大的就是、c，正確采用、c值是合理確定極限承載力的關(guān)鍵。,按工程規(guī)范確定地基承載力,地基承載力的確定，是一個與地基土的性質(zhì)、建筑物的特點等多種因素有關(guān)的復雜問題。本節(jié)著重介紹按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)查表確定地基承載力的方法。規(guī)范是根據(jù)大量建筑工程實踐經(jīng)驗、現(xiàn)場載荷試驗、標準貫入試驗，輕便觸探試驗和室內(nèi)土工試驗數(shù)據(jù)，對相應(yīng)的地基承載力進行統(tǒng)計、分析、制定的。,按工程規(guī)范確定地基承載力,規(guī)范承載力表是在總結(jié)科研成果和工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上制定的，利用現(xiàn)場勘查資料或室內(nèi)試驗資料直接查表得到承載力的標準值或承載力的基本值。當基礎(chǔ)寬度b3m，基礎(chǔ)埋深d=0.5m，可按規(guī)范各表所列的數(shù)值確定地基承載力的標準值或基本值。如果實際工程的b、d超過上述范圍，則地基承載力需進行寬度與深度修正，修正后為地基承載力的設(shè)計值(或稱容許承載力),按工程規(guī)范確定地基承載力,根據(jù)野外鑒別結(jié)果確定地基承載力標準值fk巖石的硬度不同、風化程度不同，其承載力標準值亦不同碎石和土的種類不同、密實程度不同，其承載力標準值亦不同根據(jù)室內(nèi)物理力學指標平均值確定地基承載力基本值f0粉土根據(jù)孔隙比和含水率選取承載力基本值粘土根據(jù)孔隙比和液性指數(shù)選取承載力基本值淤泥質(zhì)土根據(jù)天然含水量選取承載力基本值紅粘土根據(jù)含水比和液塑比選取承載力基本值素填土根據(jù)壓縮模量選取承載力基本值,按工程規(guī)范確定地基承載力,根據(jù)室內(nèi)物理力學指標平均值確定地基承載力標準值fk先按規(guī)定查表6-7、表6-11中的承載力基本值f0，然后再乘以回歸系數(shù)計算fk，即fk=f0f根據(jù)標準貫入試驗錘擊數(shù)N，輕便觸探試驗錘擊數(shù)N6,確定地基承載力標準值fk現(xiàn)場試驗錘擊數(shù)應(yīng)經(jīng)下式修正：N(或N6)=-1.645(6-18),確定地基承載力設(shè)計值的方法,地基承載力設(shè)計值的意義是指在建筑物荷載作用下，能夠保證地基不發(fā)生失穩(wěn)破壞，同時也不產(chǎn)生建筑物所不容許的沉降時的最大基底壓力。地基承載力設(shè)計值既要考慮土的強度性質(zhì)，同時還要考慮不同建筑物對沉降的要求。確定地基承載力設(shè)計值的方法，一般有下面幾種：,確定地基承載力設(shè)計值的方法,根據(jù)載荷試驗的p-s曲線來確定承載力的基本值，再經(jīng)過修正確定承載力設(shè)計值(1)當p-s曲線上有明確的比例界限時，取該比例界限所對應(yīng)的荷載值pcr作為承載力基本值；(2)當極限荷載能確定，且該值小于對應(yīng)比例界限的荷載值1.5倍時，取荷載極限值一半作為承載力基本值；不能按上述二點確定時，當承壓板面積為0.250.50m2，對低壓縮性土和砂土，可取s/b=0.010.015所對應(yīng)的荷載值；對中、高、壓縮性土可取s/b=0.02所對應(yīng)的荷載值為承載力的基本值；同一土層參加統(tǒng)計的試驗點不應(yīng)少于3個點，基本值的極差（最大值與最小值之差）不超過平均值的30，取其平均值作為地基承載力標準值fk。再經(jīng)過實際基礎(chǔ)的寬度、深度的修正，即可得到承載力設(shè)計值。,確定地基承載力設(shè)計值的方法,根據(jù)地基承載力理論公式確定:一種是通過控制地基塑性區(qū)的發(fā)展范圍確定承載力，另一種是計算極限荷載。然后再除以安全系數(shù)的方法根據(jù)設(shè)計規(guī)范確定:在建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)中給出了各種土類的地基承載力表，這些表是根據(jù)在各類土上所做的大量的載荷試驗資料，以及工程經(jīng)驗總結(jié)經(jīng)過統(tǒng)計分析而得到的。使用時可根據(jù)現(xiàn)場土的物理力學性質(zhì)指標，以及基礎(chǔ)的寬度和埋置深度，按規(guī)范中的表格和公式得到地基承載力設(shè)計值,6.5地基承載力的特征值,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB500072002）規(guī)定，地基承載力的特征值是指由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值。地基承載力的特征值可由載荷試驗或其它原位測試、公式計算并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗等方法綜合確定。,地基承載力的特征值,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB500072002）5.2.5條規(guī)定，當偏心距e小于或等于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度時，根據(jù)土的抗剪強度指標確定地基承載力特征值可按下式計算，并滿足變形要求：fa=Mbb+Mdm+McCk（6-20）式中fa由土的抗剪強度指標確定的地基承載力值；Mb，Md，Mc承載力系數(shù)，按表6-1確定；b基礎(chǔ)地面寬度，大于6m時按6m取值，對于砂土小于3m時，按3m取值；Ck基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標準值,