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1、第六章 天然地基承載力 第六章 天然地基承載力 引言 結(jié)合第四章的鐵道校區(qū)的主教學(xué)樓案例，啟發(fā)學(xué)生引出地基承載力的計算問題，進(jìn)一步引出一下概念：天然地基、人工地基、地基承載力、極限承載力、容許承載力。 6.1 地基的破壞形態(tài) 一、地基破壞的三種形態(tài) 1．整體剪切破壞(general shear failure) 基底剪切破壞面與地面貫通，形成一弧形滑動面。密實砂土，基礎(chǔ)埋深很淺；或飽和粘土，荷載急速增加的情況下，極易造成整體剪切破壞。 2．局部剪切破壞(local shear failure) 地基中剪切面延伸到一定位置，未擴展到地面。一般性粘土或中密砂土，基礎(chǔ)埋深較淺

2、；或基礎(chǔ)埋深較大時，無論是砂性土或粘性土地基，最常見的 破壞形態(tài)是局部剪切破壞。 圖6.1 整體剪切破壞 圖6.2 局部剪切破壞 3．沖切破壞(punching shear failure) 松砂或其它松散結(jié)構(gòu)的土，易造成沖切破壞。基礎(chǔ)邊形成的剪切破壞面垂直向下的發(fā)展。 備 注 采用設(shè)問法，引出本章要研究的內(nèi)容。 注意三種地基破壞形態(tài)的破壞面對比，P~S曲線對比。

3、 圖6.3 沖切破壞 第一種在理論上研究較多；第三種在理論上研究得很少，因為作為建筑物地基，很少選擇在松砂或其它松散結(jié)構(gòu)的土層上，故無研究必要；第二種破壞形態(tài)在天然地基中經(jīng)常遇到，其理論工作在前一階段進(jìn)展較慢，近年來研究已有了突破性進(jìn)展。 二、地基變形的三個階段 地基的變形可分為三個階段： 1. 當(dāng)P ≤ Pa 時，為彈性變形階段； 2. 當(dāng)Pa < P < Pk時，為彈塑性混合變形階段； 3. 當(dāng)P > Pk 時，為塑性變形階段。 三、確定地基容許承載力的方法 1. 按控制地基中塑性區(qū)開展深度的方法。只要地基中塑性區(qū)的開展深度小于某一界限值，地基就具有足夠的安全儲備

4、。 2. 按理論公式推求地基的極限荷載Pk再除以安全系數(shù)的方法。 3. 按規(guī)范提供的經(jīng)驗公式確定地基的容許承載力。 4. 按原位測試的方法確定地基的容許承載力。 備 注 介紹沖切破壞研究的進(jìn)展情況。 結(jié)合整體剪切破壞的P~S曲線對比，介紹后面幾節(jié)的內(nèi)容是圍繞這四種方法講解。 6.2 地基臨塑壓力 一、地基臨塑壓力 當(dāng)?shù)鼗林袃H個別1~2個點的應(yīng)力達(dá)到極限平衡時，基底壓力稱為臨塑壓力(critical edge pressure)。 二、理論公式推導(dǎo)過程

5、1. 計算圖式 圖6.4臨塑壓力計算圖式 2. 推導(dǎo)過程 ① 條形基礎(chǔ)下任一點N的是由引起的大小主應(yīng)力 和 （6-1） ②土體自重在N點產(chǎn)生的應(yīng)力s1、s3 s1 = g (H+Z) s3 = K0 s1 = K0 (H+Z) ③為簡化計算，假設(shè)K0=1，相當(dāng)于靜水壓力的受力狀態(tài)。 備 注 采用設(shè)問法，師生互動，推導(dǎo)時圍繞土中一點的極限平衡方程。

6、④ 假定N點達(dá)到了極限平衡，將s1、s3代入極限平衡方程得： 由上式求得N點的深度： Z = ⑤塑性區(qū)的最大深度Zmax 由，得到 = =0 y=p/2 -j Zmax = ⑥臨塑壓力pa。 當(dāng)Zmax=0時，求得pa =0 得： ⑦當(dāng)j=0時，pa=cp+gH 所以 pa 當(dāng)j=0，H=0時（即地基在表面荷載作用下）： Pa=cp 備 注 討論：臨塑壓力與那些因素有關(guān)？為什么與基礎(chǔ)寬度無關(guān)？ 6.3 淺基礎(chǔ)地基極限承載力的

7、近似解 一、普朗德爾的極限承載力理論 1.計算圖式 圖6.5 破壞圖式 2．基本假設(shè) （1）基底光滑，剪應(yīng)力為零； （2）地基土自重為零，即g=0，c≠0、q0≠0，算出地基極限壓力； 3. 計算 （1）極限平衡區(qū)Ⅰ sa=ob=on-bn=on-nn1=s1-(pi+s1)sinf=pk’-(pi+pk’)sinf=pk’(1-sinf)-pisinf 式中pi=c.ctgf，sa與深度無關(guān)，它在BC上的分布為常數(shù)。 （2）極限平衡區(qū)Ⅲ sp=ob=om+mb=om+mm1=s3+(pi+s3)sinf= =q0(1+sinf)+pisinf

8、 sp與深度無關(guān)，它在BE’上的分布為常數(shù)。 （3）過渡區(qū)Ⅱ 對數(shù)螺旋線的表達(dá)式為： 備 注 首先介紹本節(jié)的公式推導(dǎo)思路，分三步走，循循善誘，娓娓道來。 詳細(xì)講解計算圖式。 圍繞摩爾應(yīng)力園講解。 法向應(yīng)力sa對B的力矩為； 法向應(yīng)力sb對B的力矩為； 對數(shù)螺旋線上的粘聚力對B點的力矩為 由于扇形土楔體無自重，由∑MB=0得 式中 ， 式中： 二、 魏西克的極限承載力理論 魏西克在Prandt

9、l的基礎(chǔ)上作了修正和發(fā)展。假定地基無粘聚力，又無過載，即c=0、q0=0、g≠0，算出另一極限壓力。 三、淺基礎(chǔ)地基極限承載力 對于一般地基，g≠0、≠0、q0≠0，極限壓力為： 當(dāng)基礎(chǔ)形狀改變、荷載出現(xiàn)偏心或傾斜時，按下式計算 備 注 圍繞扇形土楔體的靜力平衡講解。 討論：當(dāng)?shù)鼗恋腸=0，H=0時，地基的極限承載力為零，這是否合理？分析產(chǎn)生的原因？

10、 6.4 按規(guī)范確定地基承載力 一、《橋規(guī)》規(guī)定的地基容許承載力 容許承載力：系指在保證地基穩(wěn)定（不破壞）的條件下，建筑物的沉降量不超過容許值的地基承載力，以[s]表示，它相當(dāng)于[s]=pk /K （K> 1）。 地基基本容許承載力：基礎(chǔ)寬度b≤2米，埋置深度H≤3米時地基的容許承載力。 1． 求基本容許承載力 從有關(guān)表中直接查到地基基本容許承載力。 （1） 粘性土 ① Q4沖（洪）積粘性土的s0主要由IL和e查表； ② Q3或以前的沖（洪）積粘性土或半干硬狀態(tài)粘性土，由ES查表； ③殘積粘性土的s0也由ES查表。 （2）砂性土 砂性土由砂土名稱、密實度及濕度查

11、表。 （3）碎石類土 由碎石類土的名稱及密實度查表。 （4）巖石地基 由巖石名稱、節(jié)理發(fā)育程度和節(jié)理寬度查表。 2． 考慮基礎(chǔ)深度、寬度影響而提高地基承載力 式中H—基礎(chǔ)埋深（m），不受水流沖刷者，由天然地面算起；受水流沖刷者，由一般沖刷線算起；位于挖方內(nèi)，由開挖后地面算起； b—基礎(chǔ)寬度（m），當(dāng)b大于10米時，按10米計算； k1、k2—寬度、深度修正系數(shù)，按基底以下持力層土的類型決定； g1—基底以下持力層土的天然容重； g2—基底以上土的天然容重。 注 意： （1） 若基礎(chǔ)（或部分）在水面以下，且基底以下持力層為透水者，則基底以上浸沒在水中的土層不

12、論是否透水，g2取浮容重。 （2） 若持力層為不透水者，故不論基底以上土是否透水，g2取飽和容重。 （3） 對于稍松砂土和松散的碎石類土地基，k1、k2值可取中密值的50%。 3． 軟土地基容許承載力 [s] = 5.14cu 對于小橋和涵洞基礎(chǔ)，亦可采用 [s] = 備 注 簡述按規(guī)范確定地基承載力的由來。 詳細(xì)闡述公式各參數(shù)的取值及其代表的意義。 基底以上為多層土?xí)r，g2如何取值？ 修建在水中的基礎(chǔ)，持力層又是不透水土，水深每高1米，[s]可增加1

13、0kPa，為什么？ 式中 m—安全系數(shù)，視軟土靈敏度及建筑物對變形要求選用（1.5~2.5）； cu—不排水剪切強度（kPa）； g2—基底以上土的容重； H—基礎(chǔ)埋深； 二、按《建規(guī)》確定地基承載力 按照數(shù)理統(tǒng)計方法處理，按照土的性能指標(biāo)平均值查得承載力基本值，乘上修正系數(shù)，得到承載力標(biāo)準(zhǔn)值。 式中 回歸修正系數(shù) 式中 n測試樣本數(shù)； d變異系數(shù)，，當(dāng)承載力表具有兩個指標(biāo)，則采用綜合變異系數(shù) 其中 d1第一指標(biāo)變異系數(shù)； d2第二指標(biāo)變異系數(shù)； x第二指標(biāo)折減系數(shù)。 1. 由土的物理力學(xué)指標(biāo)確定承載力

14、基本值 2. 由標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和輕便動力觸探試驗確定承載力標(biāo)準(zhǔn)值 3. 承載力設(shè)計值f的計算 式中 、—基礎(chǔ)寬度、深度修正系數(shù)，按基底下土的類型查表6-22； h—基礎(chǔ)埋深（m），一般自室外地面算起； b—基礎(chǔ)寬度（m），b<3m按3m計算，如b>6m，取6m； g—基底以下土的天然容重； g0—基底以上土的加權(quán)平均容重； 備 注 與橋規(guī)承載力公式對比 6.5 原位測試確定地基承載力 一、荷載試驗(plate loading test)： 直接測試方法，相當(dāng)于在原位

15、進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的模擬是試驗。 地基破壞的判定 （1） 明顯側(cè)向擠出或發(fā)生裂紋； （2） 荷載增量很小，沉降急劇增加； （3） 某級荷載增量下，24小時內(nèi)沉降不能穩(wěn)定； （4） s/b>0.06 二、靜力觸探試驗(cone penetration test，CPT)； 三、動力觸探試驗(dynamic penetration test)； 輕型10 kg，50cm落距，貫入深度30cm的錘擊數(shù)N10。 重型63.5 kg，76cm落距，貫入深度10cm的錘擊數(shù)N63.5。 超重型120 kg，100cm落距，貫入深度10cm的錘擊數(shù)N120。 四、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(stan

16、dard penetration test)； 五、旁壓試驗(pressure meter test，PMT)； 六、十字板試驗(vane shear test)。 備 注 結(jié)合自己的現(xiàn)場試驗講解。 administrative leadership of the criticism, resulting in serious consequences, the pursuit of leadership, along with 500-1000 punishme

17、nt. (5) significant near miss should be attempted as the case of responsible for the accident and construction team injuries accident penalty provisions, mutatis mutandis. Eight, should perform in the construction standards and specifications, serial number a 1 GB3323-2005 steel fusion welded but

18、t joints, welding engineering-Ray lighting and quality rating of 2 GB11345-89 steel welds manual methods of ultrasonic inspection and testing results for grade 3 GB50236-2002 industrial pipe welding engineering code for construction and acceptance of field equipment 4 HGJ222-92 technical specificati

19、on for welding of aluminium and its alloys 5 low temperature steel welding procedure 6 SH3525-2004 petrochemical JB/ T4708-2000 of welding procedure qualification for steel pressure vessels 7 JB/4709-2000 8 JB4730-2005 pressure vessel welding procedures of steel pressure vessel NDT 9 JB/T4744-2000 s

20、teel pressure vessel products mechanical properties test of welded plate II, mechanical equipment installation engineering 1 GB150-98 2 GB50128-2005 vertical cylindrical steel pressure vessel steel welded tank code for construction and acceptance of 3 JB/ T4735-1997 steel welded atmospheric pressure vessel 4 GB50231-2009 mechanical equipment installation engineering construction and acceptance specification for 5 GB50275-98 compressor, fan and pump installation engineering construction and acceptance specification for lifting 69