第四章-地基承载力

第六章第六章 地基承载力地基承载力6-1 6-1 地基承载力和地基承载力和地基破坏型式地基破坏型式 7/15/20231一、地基承载力 1.产生附加应力土体变形，建筑物沉降2.使土体内的剪切应力增加当某一点某一方向平面的剪应力达到土的抗剪强度时，这一点的 土就处于极限平衡状态。当土体中某一区域内各点都达到极限平衡状态，就 形成极限平衡区（塑性区）。当几个极限平衡区相互贯通并发展到地表时，将产 生整体滑动，地基失去稳定。荷载增大7/15/20232地基承受荷载的能力称为地基的承载力地基的承载力。(1)极限承载力，它是指地基即将丧失稳定性时的承载力。(2)容许承载力，它是指地基同时满足强度和变形两个要求 时的承载力。地基承载力虽然与土的强度有很大的关系，但不仅决定于土的强度，尚与基础的埋置深度、宽度、形状有关。容许承载力还与建筑物的结构特性等因素有关。7/15/20233二、竖直荷载下地基的破坏形式 n n地基在竖直荷载作用下常有下图所示的三种地基在竖直荷载作用下常有下图所示的三种破坏形式。破坏形式。竖直荷载下地基土的破坏形式 7/15/202341.1.整体剪切破坏整体剪切破坏 下面单独讲下面单独讲2.2.局部剪切破坏局部剪切破坏n n这种破坏的这种破坏的p p S S 曲线前曲线前图图中的中的b b曲线所示，其特点是曲线所示，其特点是一开始就是非线性的，随着一开始就是非线性的，随着p p 的增加，变形加速发展，的增加，变形加速发展，但直至地基破坏，变形也不会突然急剧的增加。但直至地基破坏，变形也不会突然急剧的增加。n n这种破坏从基础边缘开始，破坏区开始随基底压力这种破坏从基础边缘开始，破坏区开始随基底压力p p 的的增加而增大，但增大到一定的范围后就不会再增大，增加而增大，但增大到一定的范围后就不会再增大，不会形成延伸至地面的连续滑动面。如前不会形成延伸至地面的连续滑动面。如前C C图图所示。所示。n n局部剪切破坏一般发生在松软的土中。局部剪切破坏一般发生在松软的土中。7/15/202353.3.冲剪冲剪(切切)破坏破坏n n这种破坏的这种破坏的p p S S 曲线如前曲线如前图图中的中的c c曲线所示，其特点也是曲线所示，其特点也是一开始就是非线性的。与局部剪切破坏相比，随着一开始就是非线性的。与局部剪切破坏相比，随着p p 的增的增加，变形的发展速率更快。加，变形的发展速率更快。n n随着荷载的增加，基础大幅度下沉，甚至嵌入土中，基础随着荷载的增加，基础大幅度下沉，甚至嵌入土中，基础周围的土体不会隆起，只会沿基础周边发生垂直的剪切破周围的土体不会隆起，只会沿基础周边发生垂直的剪切破坏。如坏。如d d图图所示。所示。n n冲切破坏一般发生在极其松软的土中。冲切破坏一般发生在极其松软的土中。7/15/20236n n整体剪切破坏，局部剪破坏和冲剪破坏是竖直荷载作整体剪切破坏，局部剪破坏和冲剪破坏是竖直荷载作用下地基失稳的三种破坏形式。实际产生哪种形式的用下地基失稳的三种破坏形式。实际产生哪种形式的破坏取决于许多因素，主要的是地基土的特性和基础破坏取决于许多因素，主要的是地基土的特性和基础的埋置深度。概括而言，土质比较坚硬、密实，基础的埋置深度。概括而言，土质比较坚硬、密实，基础埋深不大时，通常将出现整体剪切破坏。如地基土质埋深不大时，通常将出现整体剪切破坏。如地基土质松软则容易出现局部剪切破坏和冲剪破坏。随着基础松软则容易出现局部剪切破坏和冲剪破坏。随着基础埋深增加，局部剪切破坏和冲剪破坏变得更为常见。埋深增加，局部剪切破坏和冲剪破坏变得更为常见。即使在很密实的砂土中，只要基础埋深足够也不会出即使在很密实的砂土中，只要基础埋深足够也不会出现整体剪切破坏现象。现整体剪切破坏现象。7/15/20237三、临塑荷载 p c r和极限承载力pu n n只有土体在发生整体剪切破坏的形式时，才能比较准只有土体在发生整体剪切破坏的形式时，才能比较准只有土体在发生整体剪切破坏的形式时，才能比较准只有土体在发生整体剪切破坏的形式时，才能比较准确的确定地基的临塑荷载确的确定地基的临塑荷载确的确定地基的临塑荷载确的确定地基的临塑荷载p p p pcrcrcrcr和极限承载力和极限承载力和极限承载力和极限承载力p p p pu u u un n地基在发生整体剪切破坏的形式时，一般包括以下顺地基在发生整体剪切破坏的形式时，一般包括以下顺地基在发生整体剪切破坏的形式时，一般包括以下顺地基在发生整体剪切破坏的形式时，一般包括以下顺序发生的序发生的序发生的序发生的三个阶段三个阶段三个阶段三个阶段：即压密变形阶段（线性变形段）、：即压密变形阶段（线性变形段）、：即压密变形阶段（线性变形段）、：即压密变形阶段（线性变形段）、局部剪损阶段和整体剪切破坏阶段。三个阶段之间存局部剪损阶段和整体剪切破坏阶段。三个阶段之间存局部剪损阶段和整体剪切破坏阶段。三个阶段之间存局部剪损阶段和整体剪切破坏阶段。三个阶段之间存在着两个界限荷载。（在着两个界限荷载。（在着两个界限荷载。（在着两个界限荷载。（P79 P79 P79 P79 图图图图3.133.133.133.13）7/15/20238n n第一个界限荷载，标志着地基土从压密阶段进入局部第一个界限荷载，标志着地基土从压密阶段进入局部第一个界限荷载，标志着地基土从压密阶段进入局部第一个界限荷载，标志着地基土从压密阶段进入局部剪损阶段。当荷载小于这一界限荷载时，地基内各点剪损阶段。当荷载小于这一界限荷载时，地基内各点剪损阶段。当荷载小于这一界限荷载时，地基内各点剪损阶段。当荷载小于这一界限荷载时，地基内各点土体均未达到极限平衡状态。当荷载大于这一界限荷土体均未达到极限平衡状态。当荷载大于这一界限荷土体均未达到极限平衡状态。当荷载大于这一界限荷土体均未达到极限平衡状态。当荷载大于这一界限荷载时，直接位于基础下的局部土体，通常是基础边缘载时，直接位于基础下的局部土体，通常是基础边缘载时，直接位于基础下的局部土体，通常是基础边缘载时，直接位于基础下的局部土体，通常是基础边缘下的土体，首先达到极限平衡状态，于是地基内开始下的土体，首先达到极限平衡状态，于是地基内开始下的土体，首先达到极限平衡状态，于是地基内开始下的土体，首先达到极限平衡状态，于是地基内开始出现弹性区和塑性区同时并存。这一界限荷载，称为出现弹性区和塑性区同时并存。这一界限荷载，称为出现弹性区和塑性区同时并存。这一界限荷载，称为出现弹性区和塑性区同时并存。这一界限荷载，称为临塑荷载，用临塑荷载，用临塑荷载，用临塑荷载，用p p p pcrcrcrcr表示。表示。表示。表示。n n第二个界限荷载标志着地基土从局部剪损破坏阶段进第二个界限荷载标志着地基土从局部剪损破坏阶段进第二个界限荷载标志着地基土从局部剪损破坏阶段进第二个界限荷载标志着地基土从局部剪损破坏阶段进入整体破坏阶段。这时基础下，滑动边界范围内的全入整体破坏阶段。这时基础下，滑动边界范围内的全入整体破坏阶段。这时基础下，滑动边界范围内的全入整体破坏阶段。这时基础下，滑动边界范围内的全部土体都处于塑性破坏状态，地基丧失稳定，称为极部土体都处于塑性破坏状态，地基丧失稳定，称为极部土体都处于塑性破坏状态，地基丧失稳定，称为极部土体都处于塑性破坏状态，地基丧失稳定，称为极限荷载，也称为地基的极限承载力，用限荷载，也称为地基的极限承载力，用限荷载，也称为地基的极限承载力，用限荷载，也称为地基的极限承载力，用p p p pu u u u表示。表示。表示。表示。n n临塑荷载临塑荷载临塑荷载临塑荷载p p p pcrcrcrcr和极限荷载对于研究地基的稳定性有很重和极限荷载对于研究地基的稳定性有很重和极限荷载对于研究地基的稳定性有很重和极限荷载对于研究地基的稳定性有很重要的意义。要的意义。要的意义。要的意义。7/15/202396-2 地基的临塑荷载 1.1.1.1.如果在地表作用一个下面如果在地表作用一个下面如果在地表作用一个下面如果在地表作用一个下面(a)a)a)a)图中图中图中图中所示的均布条形荷载所示的均布条形荷载所示的均布条形荷载所示的均布条形荷载 p p p p 0 0 0 0均布的条件荷载作用下地基中的主应力 （a）无埋置深度（b）有埋置深度7/15/202310n n那么，不考虑自重应力，地基中任一点那么，不考虑自重应力，地基中任一点那么，不考虑自重应力，地基中任一点那么，不考虑自重应力，地基中任一点M M M M处的附加大、处的附加大、处的附加大、处的附加大、小主应力可按下式计算：小主应力可按下式计算：小主应力可按下式计算：小主应力可按下式计算：1 1 1 1=(p p p po o o o /)(/)(/)(/)(o o o o +sin+sin+sin+sin o o o o )3 3 3 3=(=(=(=(p p p po o o o /)(/)(/)(/)(o o o o-sin-sin-sin-sin o o o o )2.2.2.2.实际上一般基础都具有一定埋置深度实际上一般基础都具有一定埋置深度实际上一般基础都具有一定埋置深度实际上一般基础都具有一定埋置深度d d d d。应当考虑基。应当考虑基。应当考虑基。应当考虑基础的埋深和自重。础的埋深和自重。础的埋深和自重。础的埋深和自重。n n此时地基中任意一点的应力除了由基底附加压力（此时地基中任意一点的应力除了由基底附加压力（此时地基中任意一点的应力除了由基底附加压力（此时地基中任意一点的应力除了由基底附加压力（p p p p -o o o o d d d d）产生的附加应力以外，还有土自重应力产生的附加应力以外，还有土自重应力产生的附加应力以外，还有土自重应力产生的附加应力以外，还有土自重应力。由于由于由于由于M M M M点上的自重应点上的自重应点上的自重应点上的自重应力在各向是不等的，因此严格讲，以上两项在力在各向是不等的，因此严格讲，以上两项在力在各向是不等的，因此严格讲，以上两项在力在各向是不等的，因此严格讲，以上两项在M M M M点产生的应力点产生的应力点产生的应力点产生的应力在数值上不能直接叠加。但在推导临塑荷载公式中，认为土在数值上不能直接叠加。但在推导临塑荷载公式中，认为土在数值上不能直接叠加。但在推导临塑荷载公式中，认为土在数值上不能直接叠加。但在推导临塑荷载公式中，认为土处于极限平衡状态，即假设土的自重应力在各方向是相等的，处于极限平衡状态，即假设土的自重应力在各方向是相等的，处于极限平衡状态，即假设土的自重应力在各方向是相等的，处于极限平衡状态，即假设土的自重应力在各方向是相等的，且等于竖直应力且等于竖直应力且等于竖直应力且等于竖直应力 c c c c=o o o o d d d d +z(z(z(z(教材教材教材教材 o o o o =)。因此，地基中任因此，地基中任因此，地基中任因此，地基中任意一点的意一点的意一点的意一点的 1 1 1 1和和和和 3 3 3 3可写成如下形式：可写成如下形式：可写成如下形式：可写成如下形式：7/15/202311 1 1 1 1=(p p p p -o o o o d d d d )/(/(/(/(o o o o +sinsinsinsin o o o o )+o o o o d d d d+z z z z 3 3 3 3=(=(=(=(p p p p -o o o o d d d d )/(/(/(/(o o o o-sin-sin-sin-sin o o o o )+o o o o d d d d+z z z z n n当当当当M M M M 点到达极限平衡状态点到达极限平衡状态点到达极限平衡状态点到达极限平衡状态(即临塑状态即临塑状态即临塑状态即临塑状态)时，该点的大、时，该点的大、时，该点的大、时，该点的大、小主应满足以下极限平衡条件：小主应满足以下极限平衡条件：小主应满足以下极限平衡条件：小主应满足以下极限平衡条件：(1 1 1 1 3 3 3 3)/2