土力学课件-10节(new)

建筑物＝上部结构＋基础建筑物＝上部结构＋基础基础基础是建筑物中连接上部是建筑物中连接上部结构和地基的部分结构和地基的部分地基地基由于建筑物的修建而引由于建筑物的修建而引起应力状态改变的土层起应力状态改变的土层 加拿大谷仓地基失稳图加拿大谷仓地基失稳图设计承载力352kPa实际承载力（1938.kPa2766.kPa)破坏时实际基土所受压力3294.kPa 一、地基设计两大要求：一、地基设计两大要求：11、控制变形、控制变形沉降沉降ss≤≤[s][s]沉降差沉降差△△ss≤≤[[△△s]s]22、、控制稳定控制稳定PP计算≤≤PPbb（（地基承载力）地基承载力）二、几个概念（二、几个概念（名词解释常考题目）：）：11、地基承载力：满足、地基承载力：满足强度强度要求的地基所能承受荷要求的地基所能承受荷载能力。（地基稳定且有足够的安全度）。载能力。（地基稳定且有足够的安全度）。22、极限承载力：地基丧失稳定性时的承载力。、极限承载力：地基丧失稳定性时的承载力。33、、地基容许承载力：同时满足地基容许承载力：同时满足强度和变形强度和变形要求的要求的地基承载能力。地基承载能力。 第十章地基承载力Chapter10BearingcapacityofChapter10Bearingcapacityoffoundationfoundation第一节概述Section1Introduction一、地基的破坏形式（图10-1，填空常考题）Typesoffoundationfailure1.破坏形式—整体破坏、局部破坏和冲剪破坏Typesoffailure—Global,localandpunchingfailure2.各破坏形式的特点—P240表10-1Featuresofeachfailuretype 在铅直荷载作用下，地基有在铅直荷载作用下，地基有33大破坏形式：大破坏形式：①整体剪切破坏①整体剪切破坏有明显拐点；基础两侧地面隆起或开裂；有连续滑动有明显拐点；基础两侧地面隆起或开裂；有连续滑动面；地基压缩性小、强度高的粘性土、密实砂土；面；地基压缩性小、强度高的粘性土、密实砂土； ②局部剪切破坏②局部剪切破坏拐点不易确定；基础两侧地面无明显裂缝；非完整拐点不易确定；基础两侧地面无明显裂缝；非完整滑裂面；中等强度和压缩性的的粘性土、砂土；滑裂面；中等强度和压缩性的的粘性土、砂土； ③冲剪破坏③冲剪破坏无明显拐点；相同荷载下，沉降较前两种情况大很无明显拐点；相同荷载下，沉降较前两种情况大很多；地基无隆起；无连续滑动面；多；地基无隆起；无连续滑动面；压缩性很大、强度很低饱和软粘土和很疏松的松砂；压缩性很大、强度很低饱和软粘土和很疏松的松砂； 各破坏形式的特点—P240表10-1Featuresofeachfailuretype 二、整体剪切破坏地基二、整体剪切破坏地基变形三大阶段变形三大阶段：：线性变形阶段（弹性变形阶段）线性变形阶段（弹性变形阶段）局部剪切破坏阶段（塑性变形阶段局部剪切破坏阶段（塑性变形阶段))整体剪切破坏阶段整体剪切破坏阶段临塑荷载极限荷载 三、特征荷载(Characteristicloads)（1）临塑荷载(Criticaledgepressure)pcr当地基中开始出现塑性变形区时的荷载。（2）极限荷载(Ultimateload)pu临塑荷载当地基产生整体破坏时的荷载。（3）临界荷载(Criticalload)极限荷载实际工程中常用的容许荷载指地基保持稳定性时所能承受的荷载，称为临界荷载。介于临塑荷载和极限荷载之间。 四、确定地基承载力的方法四、确定地基承载力的方法11、理论公式法、理论公式法临塑荷载PuP（（aa）按）按极限荷载确定极限荷载确定bK极限荷载（（bb））按塑性区发展范围确定按塑性区发展范围确定22、试验法、试验法（（aa））室内试验：模型、离心机室内试验：模型、离心机（（bb））原位试验：现场载荷、静力触探、标准贯入、旁压原位试验：现场载荷、静力触探、标准贯入、旁压仪仪33、规范查表法、规范查表法44、工程类比法、工程类比法55、有限元法、有限元法 说明：说明：本章所介绍的地基承载力理论计算公本章所介绍的地基承载力理论计算公式，均是针对式，均是针对整体剪切破坏整体剪切破坏的，这些公的，这些公式只适用于式只适用于浅基础浅基础。。 第二节按塑性区的深度确定地基承载力Section2Determinationbearingcapacityaccordingtodepthofplasticzone 一、塑性变形区的范围Rangeofplasticdeformationzone范围确定的条件：条形基础、均布竖直荷载、均质地基计算基础：弹性理论 极限平衡区（塑性变形区）的边界方程：极限平衡区（塑性变形区）的边界方程：P242P242式式1010－－44pDsin2cz(2)Dsintg(10-4)dz极限平衡区最大范围Z式106maxdpDczmaxctgD(10-6)2tg 临塑荷载p:Z,0式10－9crmax即地基中即将出现塑性变形区的状态时(Dcctg)pDcrctg(10-9)2 BB临界荷载p、p:Z、式10－103/14/1max341(DBcctg)4(10-10)pD4/1ctg21(DBcctg)3pD3/1ctg2 上式也可写为式（10-8）的形式，例如ctg15.0p1DcB124ctgctgctg2221pqNcNBN(10-8)qc2式中的承载力系数见P244表10-2 第三节浅基础地基的极限承载力Section3Ultimatebearingcapacityofshallowfoundationpu[R]K 一、微分极限平衡法Differentiallimitequilibriummethod极限平衡条件＋静力平衡条件极限平衡条件＋静力平衡条件建立地基中某单元体的微分方程建立地基中某单元体的微分方程 ㈠普朗特尔㈠普朗特尔((PrandtlPrandtl))极限承载力公式极限承载力公式假定：假定：11、基础地面以下地基土无重量、基础地面以下地基土无重量22、基础底面完全光滑，与地基土无摩擦、基础底面完全光滑，与地基土无摩擦33、基础埋深＝、基础埋深＝00pucNc ㈡瑞斯诺㈡瑞斯诺((ReisseneReissene))极限承载力公式极限承载力公式pcNqNqD假定：假定：ucqo33、对于浅基础，可把基底平面当成地基表面，滑、对于浅基础，可把基底平面当成地基表面，滑裂面只延伸到这一假定地基表面。在此平面以上基裂面只延伸到这一假定地基表面。在此平面以上基础两侧的土体，当成作用在基础两侧的均布荷载础两侧的土体，当成作用在基础两侧的均布荷载 pcNqNqDucqo1Ntg2(45o)etgN(N)1qcq2tg 二、太沙基极限承载力公式Terzaghiequationforultimatebearingcapacity1.条形基础(Stripfooting)（1）假设(Postulation)①基础底面粗糙(Surfaceoffootingbaseisrough)②滑动体分五个区Slidingbodydividedintofivezones③基础底面以上的土视为边载q=γDConsidersoilabovefootingbaseassurchargePu2Pppcos()(10-20)uBB 图10-8太沙基极限荷载 太沙基极限承载力公式太沙基极限承载力公式((具有普遍意义的一般表达式）具有普遍意义的一般表达式）BqDpcNqNNoucq2 BpcNqNNucq2d1()B 2.局部剪切破坏(Localshearfailure)22cctgtg11331pqNcNBN(10-24)uqc23.其它基础形状(Otherfootingshape)（1）宽度为B的正方形基础(SquarefootingwithwidthB)整体破坏pu2.1cNcqNq4.0BN(10-25)局部破坏p8.0cNqN4.0BN(10-27)ucq（2）直径为B的圆心基础(RoundedfootingwithdiameterB)整体破坏p2.1cNqN.062BN(10-26)ucq局部破坏p8.0cNqN6.0BN(10-28)ucq BpcNqNNucq2地基承载力的三大组成部分：地基承载力的三大组成部分：11、滑裂面上粘聚力、滑裂面上粘聚力cc产生的抗力产生的抗力22、基础两侧均布荷载、基础两侧均布荷载qq产生的抗力产生的抗力33、滑裂土体自重产生的抗力、滑裂土体自重产生的抗力 三、汉森极限承载力公式：三、汉森极限承载力公式：P252P252式（式（1010－－2929））考虑了基础形状、基础深度、荷载倾斜、地面倾斜、考虑了基础形状、基础深度、荷载倾斜、地面倾斜、基底倾斜的修正基底倾斜的修正 三、汉森极限承载力公式Hansonequationforultimatebearingcapacity1.中心倾斜荷载作用下的一般公式Commonformulaforcentricinclinedload1pcNsdigbqNsdigbBNsdigb(10-29)uccccccqqqqqq2N(N)1ctg式中cq2Netgtg(45)(10-30)q2N(5.1N)1tgqNc、Nq、Nγ的值可查P253表10-52.各影响因素的确定Determinationofalleffectfactors （1）基础的形状系数(Coefficientoffootingshape)sBs12.0iccLiBqs1sin(10-31)qL4.0Bs1i6.0L对条形基础，s=s=s=1.0cqγ （2）基础深度系数(Coefficientoffootingdepth)dDd1.035(DB)cB1Dd14.0tg(DB)cB2Dd12tg1(sin)(DB)(10-32)qB21Dd12tg1(sin)tg(DB)qBd1(所有情况)在计算浅基础时可不考虑深度修正 （3）荷载倾斜系数(Coefficientofloadinclination)i须满足PHcaAPVtga(10-33)55.0PHi1qPcActgvPHic5.05.01（0）cA1iqii（0）cq(10-34)tgNc57.0PHi1（水平基底）PVcActg57.0(/45)PHi1（倾斜基底）PcActgV 当荷载为竖直荷载时，tgδ=0，i=i=i=1.0cqγ此外，i还可由P255表10-6查得。（4）地面倾斜系数g和基底倾斜系数bCoefficientofgroundsurfaceinclinationandfootingbaseinclination当时90g1c147(10-35)1(5.0)5ggtgqb1c147(10-36)be2tgqbe7.2tg 3.偏心荷载(Eccentricload)（1）条形基础(Stripfooting)（图10-9(a)）采用有效宽度B=B-2e代替Be（2）矩形基础(Rectangularfooting)（图10-9(b)）采用有效面积A=BL代替原面积A=BL，其中，eeeB=B-2e，L=L-2eeBeL（3）基础底面为任意形状(Randomshapeoffootingbase)①受中心荷载—折算成矩形基础②受偏心荷载（图10-9(c)、(d)） 图10-9 4.成层土地基(Stratifiedfoundation)（1）各土层的指标可取加权平均值nnnhchiiihiiii1i1i1cnnnhihihii1i1i1（2）持力层的最大深度zmaxMaximumdepthofbearingstratumzB(10-37)maxλ的值由P257表10-7确定 5.地基承载力(Coefficientofsafety)Pu[R](10-38)K6.安全系数(Coefficientofsafety)（1）整体安全系数(GlobeCoefficientofsafety)PuK[P]汉森公式的安全系数见P257表10-8（2）局部安全系数(LocalCoefficientofsafety)cP(，）u强度系数强度系数[P]荷载系数汉森局部安全系数见P257表10-9 第四节原位试验确定地基承载力Section4Determinatebearingcapacityaccordingtofieldtest一、载荷试验(Loadtest)（1）做法(Testmethod)（2）成果(Result)①荷载与沉降关系曲线，即P—S曲线（图10-10）Relationshipcurveofloadtosettlement②沉降量与时间对数关系S—lgt曲线Relationshipcurveofsettlementtologarithmtime（3）载荷试验的影响因素加荷板的面积与埋深，持力层的厚度，加荷方式等等 [P]Pu荷载P[P]Pu时间（对数）沉降S（a）沉降S（b）图10-10荷载板试验结果 pp--ss曲线确定地基承载力曲线确定地基承载力Pu荷载荷载11、曲线有明显拐点、曲线有明显拐点PuPbFs沉降沉降22、曲线无明显拐点：、曲线无明显拐点：取相对沉降量取相对沉降量S/BS/B对应荷载作为容许承载力对应荷载作为容许承载力[R][R]粘性土：粘性土：S/BS/B＝＝0.020.02砂土：砂土：S/BS/B＝＝0.010.01--0.0150.015 二、静力触探试验(Conepenetrationtest)（1）单桥探头(Singlebridgeprobe)（图10-11）P比贯入阻力ps(10-39)A（2）双桥探头(Two-bridgeprobe)（图10-12）Qc探锥阻力qc(10-40)APf侧壁摩阻力fs(10-41)F（3）[R]与p的关系（P261表10-10）s表中，p为计算深度为σ=20~30%σ范围内加权szs平均，即psipsi/i(10-42) 图10-11图10-10和图10-11图10-12 三、标准贯入试验(Standardpenetrationtest)（1）试验方法及标准贯入器（图10-13）Testmethodandpenetrometer（2）砂土地基的N63.5与[R]之间的关系（图10-14）（3）粘性土的N与[R]之间的关系太沙基得到的经验关系如下：条形基础[R]=17.5N(kPa)独立方形基础[R]=23.0N(kPa) 标贯击数N635. 四.旁压仪试验(Pressuremetertest)（自学）图10-15 室内模型试验室内模型试验缩尺试验缩尺试验离心模型试验离心模型试验 第五节按规范查表确定地基承载力Section5Determinatebearingcapacityaccordingtocode注意使用条件注意使用条件(JTJ250(JTJ250--9898《《港口工程地基规范港口工程地基规范》》):):11、非粘性土地基的小型建筑物，、非粘性土地基的小型建筑物，ⅢⅢ级及以下建筑物级及以下建筑物22、基础有效宽度、基础有效宽度≤≤3m3m33、、基础埋深＝基础埋深＝0.50.5～～1.5m1.5m有效宽度有效宽度>3m>3m或基础埋深或基础埋深>1.5m>1.5m时，对查表数据修正时，对查表数据修正f[f]m(B)3m(D)5.1ddB1eD2 第六节有关地基承载力问题的讨论Section6Problemdiscussionaboutbearingcapacityoffoundation一、各种计算方法及结果比较（自学）Comparisonofallcalculationmethodandresults二、计算地基承载力的数值方法（自学）Numericalmethodforcalculatingbearingcapacityoffoundation 三、影响地基承载力的因素三、影响地基承载力的因素FactorstoeffectbearingcapacityoffoundationFactorstoeffectbearingcapacityoffoundation11、地基土的、地基土的c、、22、地下水位、地下水位33、、基础宽度基础宽度BB、基础埋深、基础埋深DD太沙基极限承载力公式太沙基极限承载力公式((具有普遍意义的一般表达式）具有普遍意义的一般表达式）BpcNqNNucq2 1.地下水位的影响(Effectofgroundwatertable)（1）地下水位对地基土产生的影响Effecttofoundationsoil（2）容重的计算方法（图10-21）Calculatingmethodofunitweight①地下水位位于地面与基底之间Groundwatertablelocatedbetweengroundsurfaceandfootingbase基底以下采用浮容重，基底以上采用平均容重d()(10-47)D ②地下水位位于基底与滑动面之间Groundwatertablelocatedbetweenfootingbaseandslipsurface基底以上采用湿容重，基底以下采用平均容重d(10-46)1()d0式中，d为滑动面深度，一般可近似取d＝13，或按汉森00建议的z=λB确定max图10-21 2.基础尺寸和埋深的影响EffectofFootingsizeandembeddeddepth增大基础埋深D和宽度B都可提高地基承载力，但增大地基宽度B只适用于φ角较大的地基。 小结：小结：11、一个基本公式、一个基本公式BpcNqNNucq222、影响地基承载力三大因素、影响地基承载力三大因素33、五大基本概念：极限承载力、地基承载力、、五大基本概念：极限承载力、地基承载力、地基容许承载力、临塑荷载、临界荷载地基容许承载力、临塑荷载、临界荷载44、铅直荷载作用下地基的三大破坏型式、铅直荷载作用下地基的三大破坏型式;;55、地基变形三大阶段、地基变形三大阶段66、规范查表法确定地基承载力：注意使用条件、规范查表法确定地基承载力：注意使用条件[R][R]m(B)3m(D)5.1oB1eD2 第十一章第十一章土的动力性质（土的动力性质（自学））Chapter11DynamicpropertiesChapter11Dynamicpropertiesofsoilofsoil