文档介绍：土力学和土质学 (第6章)
第6章地基承载力
学习要求:
   在了解地基破坏的阶段与破坏的模式基础上,学会使用临界荷载公式、太沙基公式等承载力公式验算地基的承载力。
基本内容:
概述
地基破坏模式
地基的临塑荷载和塑性荷载
地基极限承载力理论公式
地基承载力特征值的确定
概述
●地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力。试验研究表明,在荷载作用下,建筑物地基的破坏通常是由于承载力不足而引起的剪切破坏。
●研究地基承载力的目的是安全、正常使用。
●取值可分为其特征值(fak)和修正值( fa )
●影响土抗剪切破坏能力的因素很多
基础的形状、荷载的倾斜与偏心、覆盖层的抗剪强度、地下水位、下卧层的影响。
地基破坏的模式
为了了解地基承载力的概念及地基地基土受荷后剪切破坏的过程和形状,可以通过现场载荷试验或室内模拟试验来研究,这些试验实际上是一种基础受荷的模拟试验。
1-承压板;2-千斤顶
3-百分表;4-平台
5-支墩; 6-堆载
地基土现场载荷试验图
地基破坏的模式
根据试验结果可绘出载荷试验的p-s曲线,如右图所示。如果p-s曲线上能够明显地区分其承载过程的三个阶段,则可以较方便地定出该地基的比例界限荷载pa和极限承载力pu。若p-s曲线上没有明显的三个阶段,根据GBJ 7-02《建筑地基基础设计规范》,地基承载力基本值可按载荷板沉降与载荷板宽度或直径之比即s/b的值确定,对低压缩性土和砂土可取s/b=~,对中、。
地基破坏的模式及其特征
根据上图的A,B,C三条p-s曲线分别
对应右图的三种地基破坏形式。
(a)整体剪切破坏: 三角压密区,形
成连续滑动面,两侧挤出并隆起,有明
显的两个拐点。浅基下密砂硬土坚实地基。
(b)局部剪切破坏:基础下塑性区到地
基某一范围,滑动面不延伸到地面,基础
两侧地面微微隆起,没有出现明显的裂缝。
常发生于中等密实砂土中。
(c)刺入剪切破坏(冲剪破坏):基础
下土层发生压缩变形,基础下沉,当荷载
继续增加,附近土体发生竖向剪切破坏,
使基础刺入土中,而基础两边的土体并没
有移动。常发生于松砂及软土中。
二、破坏模式的判别
魏锡克(Vesic,)建议用土的相对压缩性来判别土的破坏形式,即土的刚度指标大于土的临界刚度指标时,则认为土是相对不可压缩的,这时的地基将发生整体剪切破坏;反之,则认为土是相对可压缩的,地基可能发生局部或冲剪破坏。
式中:G、E分别为土的剪切、变形模量;μ-泊松比;c-内聚力。
为土的内摩擦角;q0-地基中膨胀区平均超载压力,取z=b/2。
三、地基破坏的三个阶段
由地基破坏的p-s曲线形态来看,地基破坏的过程一
般将经历如下三个阶段:
(1)压密阶段(或称线弹性变形阶段)
p-s曲线接近于直线,各点剪应力均小于土的抗剪强度,处于弹性平衡状态。此阶段荷载板的沉降主要是由于土的压密变形引起的,如图中p-s曲线上的oa段。通常将p-s曲线上相应于a点的荷载称为比例界限荷载pa。
(2)剪切阶段(或称弹塑性变形阶段)
p-s曲线已不再保持线性关系,沉降的增长率随荷载的增大而增加。塑性区。 b点对应的荷载称为极限荷载pu 。
地基破坏的三个阶段(续)
(3)破坏阶段
当荷载超过极限荷载后,荷载板急剧下沉,即使不增加荷载,沉降也不能稳定,这表明地基进入了破坏阶段。在这一阶段,由于土中塑性区范围的不断扩展,最后在土中形成连续滑动面,土从载荷板四周挤出隆起,基础急剧下沉或向一侧倾斜,地基发生整体剪切破坏。破坏阶段相当于右图中p-s曲线上的bc段。
临塑荷载和塑性荷载
在条形均布荷载作用下,根据地基中应力分布和土极限平衡条件,
可得到基底压力p与基础下塑性区开展的最大深度zmax的关系:
分别令zmax=0和zmax=b/4(b为基础宽度),对应的基底压力即为临塑荷载pcr和塑性荷载p1/4,即
中 Nc,Nd ,N1/4 称为承载力系数,它只与土的内摩擦角有关.