第六章土力学

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▪ 解: 由=20o ,查表6.5.1可得:
N c 1.6 ,7 N q 7 .4,2 N 5 .0
由式(6.5.1)计算极限承载力:
pu cNcqN q1 2bN
1717 .6191.67.420.5192.55.0 64.532kPa
▪ 容许承载力:
[R]=pu/K=643.52/2.5=257.41kPa
▪ 6.4.4 饱和软粘土地基的极限承载力 ▪ 饱和软粘土内摩擦角φ→0,当φ=0时,Nc=5.14,
Nq=1.00,Nγ=0,可得条形基础地基极限承载力:
pu5.1c40d
▪ 饱和软粘土矩形基础地基极限承载力,斯肯普顿给出了
以下的经验公式:
pu5.0c(10.2b l)1 (0.2d b)0d
c为粘聚力,l、b 、d分别为基础的长宽和埋置深度。
重度 =19kN/m3,c=17kPa,=20o,按普朗特地基
承载力改进公式求该基础下地基极限承载力。
▪ 解: 由=20o ,查表6.3.1可得地基极限承载力因数:
N c 1.8 4 ,3 N q 6 .4,0 N 5 .39
由式(6.3.6)计算可得:
pu cNcqN q1 2bN
1714 .83191.66.40.5192.55.39 57.648 kPa
1
p0
(0
sin0)0d
z
3
p0
(0
sin0)0d
z
均布荷载条形荷载下地基中的 附加应力
§6.2 地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力(三)
➢ 当M点应力达到极限平衡状态即临塑状态,应满足摩尔
-库仑极限平衡条件:
1312c3cotsin
➢ 得地基中塑性区的深度z为:
zp 0d(s sii 0 n n 0) tca n0d
➢ 由 dz 0
d 0
可得0
2
, 代入上式有:
zm ap x 0d c o ( t2 ) tca n 0d
§6.2 地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力(四)
▪ 地基中塑性区的最大深度zmax=0时为临塑状态,对应的
荷载为临塑荷载:
pcrc (0o d tc2co )t0d
▪ 若允许地基进入一定深度塑性区(zmax=b/4、b/3 , b为
▪ 地基的三种破坏形式
地基破坏形式
整体剪切破坏
局部剪切破坏
冲切破坏
§6.1 地基的变形与稳定(四)
▪ 整体剪切破坏
➢ 当基础荷载较小时,基底压力p与沉降s近似成直线关系; ➢ 随着荷载增加,在基础边缘处的土开始发生剪切破坏,荷载继续
增加,剪切破坏区逐渐扩大,压力p与沉降s之间成曲线关系,属 弹塑性变形阶段。
▪ 三个阶段的变形特征
➢ 直线变形阶段:弹性变形阶段,主要是土的压密阶段; ➢ 局部剪裂阶段:荷载与变形呈曲线关系,地基中出现局部剪切区
(塑性变形区),产生较显著的侧向变形。荷载增大,曲线斜率 逐渐增大达极限荷载;
➢ 完全破坏阶段:地基土的塑性变形区已扩大联成连续的滑动面,
发生剪切破坏,在地基四周形成隆起的土堆,完全破坏失稳。
▪ 国家规范《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004
)给出地基承载力公式为
fa fa kb( b 3 .0 ) d0 ( d 1 .5 )
▪ 符号意义同前。
§6.7 按现场试验确定地基的承载力(一)
▪ 基本概念 ▪ 现场试验也称原位试验,包括:
荷载试验、静力触探、动力触探试验、十字板剪切试 验、旁压仪试验、大型剪切试验等。
§6.3 普朗特地基极限承载力(一)
▪ 基本假定:普朗特(Prandtl, 1920)根据塑性理论,假设
均质土地基、不计土体自重、条形无埋深基础、中心荷 载及基底光滑,地基发生整体剪切破坏。
主动变形区 (1>3)
0etan 被动变形区
(1<3)
普朗特地基滑动模型
§6.3 普朗特地基极限承载力(二)
▪ 魏西克(Vesic, 1973),地基极限承载力公式:
pu cNcqN q12bN
Nq
e tan
tan2 (45
)
2
Nc cot(Nq 1)
N 2(Nq 1) tan
Nc、Nq、Nγ—地基极限承载力因数,都是内摩擦角的 函数,有表可以查得。
例题1
▪ 有一条形基础,宽度b=2.5m,埋深d=1.6m,地基土
§6.1 地基的变形与稳定(二)
▪ 现场荷载试验的荷载-变形关系
o
pcr pu
Ⅱ基础埋 深较大的 软土地基
Ⅰ埋深较 浅的砂土 和密实粘 性土地基
p-s 曲线可以分为三个变形阶段: 1. 直线变形阶段(pcr—临塑荷载);2. 局部剪裂阶段; 3. 完全破坏阶段( pu—极限荷载)
§6.1 地基的变形与稳定(三)
§6.6 按建筑地基基础规范确定地基承载力(一)
▪ 国家规范《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)的
地基承载力公式为
基底面地基土重度 基底以上土重度
fa fa kb( b 3 .0 ) d0 ( d 0 .5 )
地基宽度修正系数
埋深的修正系数
▪ 式中:fa—修正后的地基承载力特征值;fak —地基承载力特征值可
Nq
etan
tan2(45
)
2
Nc cot (Nq 1)
§6.3 普朗特地基极限承载力(三)
▪ 进一步考虑滑动范围内土体自重影响,许多学者采用
下述表达式:
pu cNcqN q12bN
基础底面地基土重度
Nγ—考虑地基土自重的地基极限承载力因数。许多学 者提出了解析公式和经验近似公式。
§6.3 普朗特地基极限承载力(四)
由现场荷载试验得到。
▪ 注意:当b≤3m时,取b=3m;当b>6m,时,取b=6m;基础埋深的计
算按规范要求进行,一般自室外地坪算起。
§6.6 按建筑地基基础规范确定地基承载力(二)
▪ 岩石地基承载力特征值
fa r frk
▪ φr —折减系数; frk —岩石饱和单轴抗压强度标准值,两
者取值均可见现行地基规范。
▪ 太沙基地基极限承载力为:
pu cNcqN q12bN
▪ Nc、Nq、Nγ为地基极限承载力分项因数。
1 e(3/2)tan
Nq
2c
o2(s4
5 /2)
Ncco(tNq1)
▪ 太沙基用试算法得出,并制成图和系数表可直接使用。
§6.5 太沙基地基极限承载力(三)
▪ 方形基础 pu1.2cc N qq N 0.4bN
➢ 若基础上的荷载继续增加,剪切破坏区不断扩大,最终在地基中
形成一连续的滑动面,地基发生整体剪切破坏,两侧地面隆起。
F
较密实砂土、 中等以上坚硬粘土
整体剪切破坏示意图
§6.1 地基的变形与稳定(五)
▪ 局部剪切破坏
介于整体剪切破坏和冲剪破坏之间的一种破坏型式。剪 切破坏也从基础边缘开始,但滑动面不连续、不完整,基 础两侧隆起不明显,压力和沉降关系曲线属II类曲线。
第六章土力学.
§6.1 地基的变形与稳定(一)
▪ 基本概念 ➢ 地基承载力:地基在变形允许和稳定条件下单位面积
承受荷载的能力。
➢ 地基变形:主要是指地基的竖向变形即地基沉降,以
及由此产生的地基横向变形。
➢ 地基失稳:荷载作用下,建筑物地基由于承载力不足
引起的强度破坏(剪切破坏)。
目的:合理进行地基基础设计
b ' 2 (b /2 e b) b 2 e b ➢ 矩形基础,同理有有效长度和有效宽度:
l'l2 el,b 'b2 eb
并可确定基底有效面积。
§6.4 对普朗特地基极限承载力的修正补充(三)
▪ 倾斜荷载作用下,魏西克建议荷载倾斜因数为:
ic
1
mT l'b'cNc
(
0时)
iq
1 iq
Nc tan
(
0时)
iq
(1
T
pl'b'cc
ot)m
i
(1 T pl'b'cc
ot)m1
p,T 分别为倾斜荷载的垂直和水平分量。

矩形基础,m
2b/ l 1b/ l
(荷载沿矩形基础短斜边)倾
2l 1l
/ b(荷载沿矩形基础长斜边)倾 /b
➢ 条形基础,m=2
§6.4 对普朗特地基极限承载力的修正补充(四)
▪ 6.4.3 基础埋置深度的修正系数
§6.4 对普朗特地基极限承载力的修正补充(一)
▪ 6.4.1 关于基础形状的修正系数
原式是按条形基础求解的,对其它形状基础可以分别求 出各分项的基础形状修正系数,用Sc 、Sq 、Sγ表示。
➢ 矩形基础(长为l,宽为b)
Sc
1
b l
Nq Nc
Sq
1b l
tan
➢ 方形、圆形基础(b/l=1)
S
1 0.4 b l
基底宽度),则有限塑性区深度承载力:
p14(0c d o c c to 2 t b/4)0d
p13(0c d o c c to 2 t b/3)0d
§6.2 地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力(五)
▪ 适用条件 ➢ 以上公式基于条形基础推导,属弹性力学平面问题,若
将其解答用于矩形、方形及圆形基础时则偏于安全。
荷载试验的p-s曲线
§6.2 地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力(二)
▪ 地基临塑荷载的确定
条形基础均布荷载下,地基中M点附加应力,采用密歇尔的弹性
力学解答,可以表示为:
F
1
p0
(0
sin 0 )
3
p0
(0
sin 0 )
假设自重应力场与静水应力场相同,
侧压力系数为1,则M点总应力为:
对于深埋基础,汉森和魏西克建议使用基础埋置深度 修正系数dc 、dq 、dγ 。
当各类情况下的地基极限承载力的修正系数求出后,得到 地基极限承载力计算公式:
p u cc N S c icd c qq S N q iq d q 1 2bS N id
§6.4 对普朗特地基极限承载力的修正补充(五)
▪ 普朗特未考虑基础埋深及地基滑动范围内土体自重,因
此地基极限承载力为:
pu cNc
Nc—地基极限承载力因数:
N cco e ttanta2(n 45 2)1
▪ 莱斯纳(Reissner, 1924),考虑基础埋深并把埋深范围
内土体换算成基底平面上的垂直等效荷载(q0d) 得

pucNcqNq
Sc
1
Nq Nc
Sq 1tan
▪ 条形基础(b/l→0) ScSqS 1
S 0.6
§6.4 对普朗特地基极限承载力的修正补充(二)
▪ 6.4.2 荷载偏心和倾斜作用的修正系数
偏心荷载作用下,地基极限承载力有所降低。可通过修 改基底尺寸把偏心荷载变为中心荷载。
➢ 条形基础,设偏心距为eb,修改后基底宽度为:
F压缩性较大ຫໍສະໝຸດ 松砂 一般粘性土局部剪切破坏示意图
§6.1 地基的变形与稳定(六)
▪ 冲剪破坏
由于基础下软弱土的压缩变形使基础连续下沉,如荷载继续增加 到某一数值时,基础侧面附近的土体因垂直剪切而破坏。冲剪破坏 时,地基中没有出现明显的连续滑动面,基础四周的地面不隆起, 基础没有很大的倾斜,压力-沉降关系曲线属II类曲线。
§6.5 太沙基地基极限承载力(一)
▪ 太沙基地基滑动模型假定均质土地基,条形浅埋基础,
受中心荷载作用,属整体剪切破坏。它与普朗特滑动模型 相比考虑了地基土自重,并假设基底粗糙,由于基底的摩 擦很大,I区达不到极限状态。
弹性压密核
0etan
被动极限 平衡状态
(1<3)
太沙基地基滑动模型
§6.5 太沙基地基极限承载力(二)
F
饱和软粘土、松散的粉 土、细砂、新填土、湿 陷性黄土浸水
冲剪破坏示意图
§6.2 地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力(一)
▪ 基本概念 ➢ 地基临塑荷载:a 点对应荷载,也称比例极限。 ➢ 有限塑性区深度荷载:从 a 点开始土体进入塑性区。如
果允许地基中一定范围内进入弹塑性阶段,即地基中有 可以控制的塑性区发展,与此塑性区深度对应的荷载。
➢ 上述公式基于中心垂直荷载或均布荷载推导,不能用于
偏心荷载或倾斜荷载,应将公式进行修正。
➢ 自重应力场为静水应力场的假定用于饱和软粘土时误
差不大,但对大多数土都相差较大,应对其进行改进。
➢ 对于内摩擦角φ=0的情况,用罗比达法则处理后再求
解得到,pcr=p1/4=p1/3。说明土质越软,临塑荷载越小 ,一旦出现塑性区就立即破坏。
▪ 圆形基础 pu1.2cN cqN q0.3bN (b为直径)
▪ 对于矩形基础可在方形基础(b/l=1)和条形基础
(b/l=0)间插值获得。
地基的容许承载力是极限承载力除以安全系数K 通常K=2~3。
例题2
▪ 条件同例题1。试按太沙基地基极限承载力公式求该基
础下地基极限承载力。若安全系数K=2.5,求地基的容 许承载力。
§6.4 对普朗特地基极限承载力的修正补充(六)
▪ 6.4.5 地基滑动的影响宽度和深度 ▪ 按照普朗特地基计算模型,分析地基滑动的影响宽度及
最大影响深度。
➢ 影响宽度(图中af 或 a’f’) Bbtan4(5)e2tan 2
➢ 最大影响深度
(45 )tan
Hma xbsi4 n5 (2)e 2
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