7 地基承载力--土力学--LC

电子 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 南京林业大学土木工程学院 土 力 学 2 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 土 力 学 • 绪 论 • 第一章 土的物理性质及工程分类 • 第二章 土中水的运动规律 • 第三章 土中应力计算 • 第四章 土的压缩性与地基沉降计算 • 第五章 土的抗剪强度 • 第六章 土压力与挡土墙 • 第七章 地基承载力 • 第八章 土坡稳定分析 • 第九章 土在动荷载作用下的力学性质 3 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 第七章 地基承载力 • 7.1 概述 • 7.2 土基临塑荷载及临界荷载的确定 • 7.3 按理论公式计算地基极限承载力 • 7.4 按规范方法确定地基承载力 4 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 一、地基承载力概念 建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面 的要求  1.变形要求 建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应 该在该建筑物所允许的范围内  2.稳定要求 建筑物的基底压力，应该在地基所允许的承载能力之内  地基承载力：地基所能承受荷载的能力 7.1 概 述 5 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 二、建筑物地基设计的基本要求  1）变形要求：变形小于设计允许值 S [S] （1）沉降量 （2）沉降差 （3）倾斜 （4）局部倾斜  2）稳定要求：荷载小于承载力（抗力） p pu/Fs =f 7.1 概 述 6 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 7.1.1 地基的破坏类型  整体剪切破坏 密实砂土，坚硬粘土，浅埋  局部剪切破坏 土质较软  冲剪破坏 软粘土，深埋 7.1.1 地基的破坏类型 7 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 p＜pcr pcr＜p＜pu p≥pu 1. 地基变形的三个阶段  线性变形阶段 oa段，荷载小，主要产生 压缩变形，荷载与沉降关系 接近于直线，土中τ＜τf, 地基处于弹性平衡状态  弹塑性变形阶段 ab段，荷载增加，荷载与 沉降关系呈曲线，地基中局 部产生剪切破坏，出现塑性 变形区  破坏阶段 bc段，塑性区扩大，发展 成连续滑动面，荷载增加， 沉降急剧变化 塑性变 形区 连续滑动面 0 s ppcr pu a b c 8 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 载荷试验成果 pcr pu S 荷载沉降曲线 p  地基开始出现剪切破坏 （即弹性变形阶段转变 为弹塑性变形阶段）时， 地基所承受的基地压力 称为临塑荷载pcr  地基濒临破坏（即弹塑 性变形阶段转变为破坏 阶段）时，地基所承受 的基地压力称为极限荷 载pu 9 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 2. 整体剪切破坏  p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三 个阶段  地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发 展成连续的滑动面  荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧 倾斜，基础两侧地面明显隆起 10 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 地基土可能的滑动方向 某建筑地基 整体破坏 11 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 3. 局部剪切破坏  p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段  塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内  荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起 12 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 4. 冲剪破坏  p-s曲线没有明显的转折点  地基不出现明显连续滑动面  荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷 13 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 1. 荷载沉降曲线、临塑荷载、极限荷载 pcr pu pcr~ pu 临塑荷载 连续滑动面 和极限荷载 塑性区发展 和临界荷载 pcr pu 地 基 土 开 始 出 现 剪 切 破 坏s 连 续 滑 动 面 p 7.2 临塑荷载和临界荷载的确定 14 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 按塑性区发展范围确定地基承载力 7.2.1 塑性区的发展范围 z z b d q= dp β0 △σ1 △σ3 1 0 0 0 3 ( sin ) p d          ＝ 根据弹性理论，地基中任 意点由条形均布压力所引 起的附加大、小主应力 假定在极限平衡区土的静止侧压力 系数K0=1，M点土的自重应力所引 起的大小主应力均为 0d＋  z 1 0 0 0 0 3 ( sin ) z p d d           ＝ ＋ M点达到极限平衡状态，大、 小主应力满足极限平衡条件 0 0 0 0 ( ) sin sin tg p d c z d                   － M 15 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成  塑性区边界方程  塑性区最大深度zmax 0 0 0 cos 1 0 sin p ddz d               0 0 max ctg 2 tg p d c z d                 － ＋ － 0 0 0 0 ( ) sin sin tg p d c z d                   －  允许地基中有一定的塑性区，作为设计承载力 --地基中塑性区的发展  地基土中某一点应力状态： ，  极限平衡应力状态（塑性区）    sin 231 31    ctgc 16 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 7.2.2 临塑荷载pcr和临界荷载  当zmax＝0，地基 所能承受的基底附 加压力为临塑荷载  塑性区开展深度在 某一范围内所对应 的荷载为临界荷载 0 0 ( ) 2 cr d c ctg p d ctg              0 1/4 0 ( / 4) / 2 c ctg d b p d ctg                0 1/3 0 ( / 3) / 2 c ctg d b p d ctg                中心荷载 偏心荷载  pcr , p1/4, p1/3=Nb /2+Nq 0d+Ncc 17 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 1. 塑性区的最大深度Zmax  对应Zmax=0—临塑荷载；  对应Zmax=b/4，b/3—临界荷载。  pcr , p1/4, p1/3=Nb /2+Nq 0d+Ncc 2. 各种临界荷载的承载力系数  三个荷载的三个系数不同 Nq Nc N pcr 1+ /ctg - /2+) (1-Nq )ctg 0 p1/4 1+ /ctg - /2+) (1-Nq )ctg (Nq-1)/2 p1/3 1+ /ctg - /2+) (1-Nq )ctg  2(Nq-1)/3 18 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 1. 极限平衡理论求地基极限承载力  普朗德尔公式  泰勒对普朗德尔公式的补充  太沙基公式  汉森公式  地基承载力的安全度（求地基承载力设计值） 7.3 按理论公式计算地基极限承载力 19 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 2. 地基极限承载力  地基在发生剪切破坏时的荷载强度 3. 极限状态  极限状态：结构或结构的一部分超过某一特定状 态而不能满足设计规定的某一功能要求时，这一 特定状态称为结构对于该功能的极限状态  承载能力极限状态 ：一般是结构的内力超过其承 载能力  正常使用极限状态 ：一般是以结构的变形、裂缝 和振动参数超过设计允许的限值为依据  根据承载能力极限状态确定地基的承载力 20 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 4. 极限平衡理论  （1）平衡方程  （2）极限平衡条件  （3）假设与边界条件 7.3.1 普朗特承载力公式  1.条形基础地基的滑裂面形状  2.极限承载力pu d d 7.3 按理论公式计算地基极限承载力 21 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成  3. 平面问题的平衡方程         xz xzz （1） 0      zx xzx  （2）  4. 极限平衡条件 1 3 1 3 sin 2cctg           （3） z zx x 22 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 1. 普朗特(Prandtl)的基本假设  1）基础底面是绝对光滑的（，保证竖直 荷载是主应力  2）无重介质的假设：即在式（1）中=0 根据公式（1）、（2）和（3）以及边界条件，利 用塑性力学中的滑移线法可以求解条形基础的地 基承载力 Pu DD 7.3.1 普朗特承载力公式 23 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 24 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 I区 垂直应力pu为大主应力， 与水平方向夹角452 =pu  kapu Pu Ⅲ区 水平方向为大主应力， 与水平方向夹角45- 2 3= d 1  kpd q=d 25 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 作用在隔离体上的力： pu 、 d 、pa 、 pp 、c、R 所有力对A点力矩平衡 pu R r0 r A点 pp pa d c θ r0 r θ 极限平衡第二区： r=r0e θtg Ⅱ区：过渡区 隔离体 26 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 aaua KcKpp 2 ppp KcqKp 2 2. 极限承载力pu 其中Nq 、Nc为承载力系数 u c qp cN qN  2tan tan (45 ) 2q N e    ( 1)cotc qN N   27 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 7.3.3 太沙基公式 • 1 基本条件 • 2 假设的滑裂面形状 • 3 极限承载力公式 28 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 1. 基本条件  考虑地基土的自重，基底土的重量0  基底可以是粗糙的  忽略基底以上部分土本身的重力，简化为上部均 布荷载q= d 2. 假设的滑裂面形状 被动区 过渡区 弹性核 29 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 Ep=Ep1+Ep2+Ep3  W p u B 考虑弹性核的平衡 1.当基底绝对粗糙时，夹 角为； 2. 考虑刚性核的平衡： 荷载：pu 自重：W 粘聚力：c 被动土压力：Ep Ep1：土体自重 Ep2：滑裂面上粘聚力 Ep3 ：侧向荷载 30 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 极限承载力的三部分 滑动土体自重产生的抗力 滑裂面上的粘聚力产生的抗力 基础底面以上两侧荷载d产生的抗力 1 2 bN ccN qqN 其中： 1 2 u c q rp cN qN bN   1 2 tan 1 2 cos pk N          2 2 tan cos p c k N     3 2cos p q k N   3. 太沙基极限承载力公式 31 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 汉森极限承载力理论 对于均质地基、基础底面完全光滑，受中心倾斜荷载作用 式中： Sr、Sq、Sc ——基础的形状系数 ir、iq、ic ——荷载倾斜系数 dr、dq、dc ——深度修正系数 gr、gq、gc ——地面倾斜系数 br、bq、bc ——基底倾斜系数 Nr、Nq、Nc ——承载力系数 说明：相关系数均可以有相关公式进行计算 ccccccqqqqqqrrru bgidscNbgidsqNbgidsbNp   2 1 32 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 ccccccqqqqqqrrru bgidscNbgidsqNbgidsbNp   2 1 ) 2 45(tan2tan   eNq cot)1(  qc NN  2tan8.1 cNN  7.3 按理论公式计算地基极限承载力 汉森极限承载力公式： 33 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成  宽度与深度修正条件：b>3m, d>0.5m；  修正后的地基承载力特征值fa为： fak—从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定 的地基承载力特征值 b、d—分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系 数，查规范表格 ( 3) ( 0.5)a ak b d mf f b d        7.4.1 承载力的修正（建规） 7.4 按地基规范承载力公式确定 34 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 二、按抗剪强度指标确定地基承载力 1.抗剪强度指标标准值ck、k a.根据室内n组三轴试验结 果，计算土性指标的平均 值、标准差和变异系数    ＝    n i i n 1 1  )1/()( 1 22    nn n i i  平均值 标准差 变异系数 b.计算内摩擦角和粘聚力 的统计修正系数 、 2 1.704 4.678 1 nn            cc nn         2 678.4704.1 1 c.计算内摩擦角和粘聚力 的标准值    k cck c  7.4 按地基规范承载力公式确定  c 35 第七章 地基承载力 南京林业大学土木工程学院 刘成 2. GB50007(建规)推荐的公式(P1/4) 条件：荷载偏心距e<0.033b(b为偏心方向基础边长) fa —由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值； Mb、Md、Mc—承载力系数，由k查规范表； b —基础底面宽度； k、ck—基底下一倍短边宽深度范围内土的内摩擦角 及粘聚力标准值；  —基础底面以下土的重度，水下取浮重度； m—基础埋深范围内各层土的加权平均重度。 7.4 按地基规范承载力公式确定 a b d m c kf M b M d M c   