注岩土力学讲义土的抗剪强度[详细]

第五节地基承载力

一、地基剪切破坏模式

(一)地基剪切破坏的三种模式

地基的剪切破坏模式主要有三种:整体剪切破坏、刺入剪切破坏和局部剪切破坏.

(1)整体剪切破坏.有轮廓分明的从地基到地面的连续剪切滑动面,邻近基础的土体有明显的隆起,可使上部结构随基础发生突然倾斜,造成灾难性破坏.

(2)刺入剪切破坏.地基不出现明显连续的剪切滑动面,以竖向下沉变形为主.随荷载的增加,地基土不断被压缩,基础竖向下沉,垂直刺入地基中,基础之外的土体无变形.基础除在竖向有突然的小移动之外,既没有明显的失稳,也没有大的倾斜.

(3)局部剪切破坏.随荷载的增加,紧靠基础的土层会出现轮廓分明的剪切滑动面,滑动面不露出地表,在地基内某一深度处终止.基础竖向下沉显著,基础周边地表有隆起现象.只有产生大于基础宽度之半的下沉量时,滑动面才会露于地表.任何情况下,建筑物均不会发生灾难性倾倒,基础总是下沉,深埋于地基之中.

(二)破坏模式p-s曲线的特点

三种破坏模式的 p-s曲线虽然各有特点,但整体剪切破坏明显存在三个变形阶段,见图18-29.

1．线性变形阶段

荷载p较小时,出现oa直线段,土粒发生竖向位移,孔隙减小 ,产生地基的压密变形,土中各点均处于弹性应力平衡状态,地基中应力一应变关系可用弹性力学理论求解.

2．塑性变形阶段

如图中ac段,a点的荷载为地基边缘将出现塑性区的临界值,故称a点的荷载为临塑荷载p cr.曲

线ac 段表明p-s 不再是线性关系,变形速率不断加大,主要是塑性变形.随荷载的 加大,塑性变形区从基础边缘逐渐开展并加大加深,荷载加大到c 点时,塑性变形区扩展为连续滑动面,则地基濒临失稳破坏,故称c 点对应的 荷载为极限荷载p u .p-s 曲线上的 峰值荷载(图中曲线1、2)或p-s 曲线变化率变为恒值起始点的 荷载(曲线3)均定为户.值.ac 段上任意一点对应的 荷载均称为塑性荷载.p cr 与p u 可视为塑性荷载中的 特殊点.

3．完全破坏阶段

p-s 曲线c 点以下]的 阶段,基础急剧下沉,荷载不能增加(图中曲线1、2)或荷载增加不多(曲线3).

二、临塑荷载、界限荷载、极限荷载、破坏荷载

临塑荷载p c 是指地基中刚要出现塑性剪切区的 临界荷载.

塑性荷载是指地基中发生任一大小 塑性区时,其相应的 荷载.如基底宽度为b,塑性区开展深度为b/4或b/3时,相应的 荷载为14p 、13

p 称为界限荷载.

极限荷载p u 指使地基发生失稳破坏前的 那级荷载.

破坏荷载是指基地发生失稳破坏时的 荷载.

三、地基承载力概念

地基承载力是指单位面积上地基所能承受的 荷载.地基承受这一荷载时,在强度方面,相对于破坏状态的 极限荷载有足够大的 安全储备;而所产生的 变形均在容许的 范围内.

四、地基承载力的 确定方法

按应《地基规范》规定确定地基承载力.

地基承载力特征值也可由载荷试验或其他原位测试公式计算,并结合工程实践经验等方

法综合确定.

(一)按《地基规范》规定确定地基承载力

当基础宽度大于3米或埋置深度大于0.5米时,从荷载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,尚应按下式修正

()() 30.5a ak b d m f f b d ηγηγ=+-+-(18-51)

式中:f a --修正后的 地基承载力特征值(kPa);

f ak --地基承载力特征值(kPa),按规范的 原则确定;

b η、d η--分别为基础宽度和埋深的 地基承载力修正系数,按基底下土的 类别查规范表取值; γ--基础底面以下土的 重度(kN/米3),地下水位以下取浮重度;

b--基础底面宽度(米),当基宽小 于3米按3米取值,大于6米按6米取值;

γ米--基础底面以上土的 加权平均重度(kN/米3),地下水位以下取有效重度;

d--基础埋置深度(米),一般自室外地面标高算起,在填方整平地区,可自填土地面标高处算起,但填土在上部结构施工后完成时,应从天然地面标高处算起,对于地下室,如采用箱形基础或筏基时,基础埋置深度自室外地面标高处算起,当采用独立基础或条形基础时,应从室内地面标高处算起.

【例18-12】在相同的 砂土地基上,甲、乙两基础的 底面均为正方形,且埋深相同.基础甲的 面积为基础乙的 2倍,根据载荷试验得到的 承载力进行深度和宽度修正后,有:

A ．基础甲的 承载力大于基础乙

B ．基础乙的 承载力大于基础甲

C ．两个基础的 承载力相等

D ．根据基础宽度不同,基础甲的 承载力可能大于或等于基础乙的 承载力,但不会小 于基础乙的 承载力

解 增大基础宽度和埋深可以提高地基承载力.根据《建筑地基基础设计规范》(GB

50007-2011),可对基础宽度在3-- 6米范围内的 基础地基承载力进行提高修正.据题意,影

响两基础地基承载力的 因素只有基础宽度.

答案:D

【例18-13】对于相同的 场地,下面哪种情况可以提高地基承载力并减少沉降？

A.加大基础埋深,并加做一层地下室．

B ．基底压力p(kPa)不变,加大基础宽度

C ．建筑物建成后抽取地下水

D ．建筑物建成后,填高室外地坪

解 A 项,增大基础埋深可减小 基底附加应力,进而减小 基础沉降,且由地基承载力特征值计算公式:()() 30.5a ak b d m f f b d ηγηγ=+-+-可知,埋深d 值增大,可适当提高地基承载力;B 项,加大基础宽度可提高地基承载力,但当基础宽度过大时,基础的 沉降量会增加;c 项,抽取地下水会增大土的 自重应力,进而增大基础沉降量;D 项,提高室外地坪,增大了 基底附加应力,进而会增大基础沉降量.

答案:A

【例18-14】关于地基承载力特征值的 深度修正式伽()0.5d m d ηγ-,下面说法不正确的 是:

A. ()0.5d m d ηγ-的 最大值为5.5d m ηγ