第一章绪论

Size: px

Start display at page:

Download "第一章绪论"

裔富
5 years ago
Views:

1 第 0 章地基承载力 Chapter 0 Bearing capacity of foundation 0. 概述 0. Introduction 0.. 地基的破坏形式 ( 图 0-) Types of foundation failure. 破坏形式整体破坏局部破坏和冲剪破坏 Types of failure Global, local and punching failure 2. 各破坏形式的特点表 0- Features of each failure type

2 图 0-2

3 3

4 3. 破坏形式的影响因素 Effect factors of types of failure 主要与地基土的性质基础埋深和加荷速率有关 0..2 地基的破坏过程及荷载特征 Failure process and load characteristics of foundation. 地基的破坏过程 (Failure process) ( 图 0-2) () 直线变形阶段 (Linear deformation stage) (oa 段 ) (2) 局部剪切破坏阶段 (Local shear failure stage) (abc 段 ) (3) 整体剪切破坏阶段 (Global shear failure stage) (cd 段 ) 4

5 图 0- 图 0-2 5

6 2. 特征荷载 (Characteristic loads) () 临塑荷载 (Critical edge pressure) p cr (2) 极限荷载 (Ultimate load) p u (3) 临界荷载 (Critical load) 0..3 地基承载力及其确定方法 Bearing capacity of foundation and its determination method. 地基承载力设计值 Design value of bearing capacity 2. 容许承载力 (Allowable bearing capacity) 6

7 3. 确定地基承载力的方法 Method to determinate bearing capacity () 理论公式计算 (Theory formula calculation) 按塑性区开展范围确定地基承载力 Determine bearing capacity according to range of plastic zone 2 按极限荷载确定地基极限承载力 Determine ultimate bearing capacity according to ultimate load (2) 现场原位试验法或模型试验法 (Field test and model test method) (3) 地基规范查表法 (Looked up in foundation code) (4) 有限元法 (Finite element method) (5) 工程类比法 (Project analogy method) 7

8 0.2 按塑性区的深度确定地基承载力 0.2 Determination bearing capacity according to depth of plastic zone 0.2. 塑性变形区的范围 Range of plastic deformation zone. 地基中一点的主应力 ( 图 0-3) Principal stress of a point in foundation 3 p (2 sin 2) 只考虑基础埋深范围内土的重量而不考虑其强度, 则 3 p D (2 sin 2) (0-) (0-2) 8

9 图 0-6 图 0-3 9

10 假定自重应力场的侧压力系数 K=, 得 3 p D (2 sin 2) 2. 极限平衡区的边界方程 Boundary equation of limit equilibrium zone 将式 (0-3) 代入极限平衡式 sin 3 2c cot 3 D z (0-3) 整理后得 : z p D sin 2 ( sin 2 ) c tan D (0-4) 0

11 0.2.2 临塑荷载和临界荷载 Critical edge pressure and critical load. 临塑荷载 (Critical edge pressure) ( 图 0-4) () 塑性区开展的最大深度 (Maximum depth of plastic zone) 由 dz 0, 得 d 则 dz d p D cos2β=sinφ 2 2 cos 2 2 sin 0 (0-5) 将上式代入式 (0-4) 得 : z max p D c cot 2 tan D (0-6)

12 图 0-4 (2) 对应于 Z=Z max 的荷载强度 p ( max D ccot z cot 2 ) D (0-7) 2

13 上式可写成如下形式 : 式中, 承载力系数 N q N p qnq cnc BN (0-8) 2 cot N c cot 2 cot 2 2 z max Bcot 2 (3) 临塑荷载 p cr ( D ccot) cot 2 D (0-9) 3

14 塑性变形区最大深度 Z max =(/4~/3)B 时的地基允许承载力上式也可写为式 (0-8) 的形式, 例如 (0-0) 2. 临界荷载 (Critical load) D c B D p D c B D p 2 cot ) cot 3 ( 2 cot ) cot 4 ( /3 4 / 4

15 式中的承载力系数见表 0-2 B c D p 2 cot cot cot 2 cot 4 5

16 0.3 浅基础地基的极限承载力 0.3 Ultimate bearing capacity of shallow foundation 0.3. 微分极限平衡法 Differential limit equilibrium method 静力平衡极限平衡其中 z x z x z x 3 2 z c x 3 c c tan x 0 y 0 sin (0-) (0-2) 6

17 . 普朗特尔公式无土重情况 ( 图 0-6) Prandtl formula-no soil gravity () 假定 (Postulation) 基础底面与地基土之间无摩擦 No friction between footing base and foundation soil 2 地基土无重量 (No gravity for foundation soil) (2) 地基极限承载力表达式 Expression of ultimate bearing capacity p uc 上式可写为 tan c 2 (45 ) e 2 p uc N c c tan c (0-4,a) (0-3) 其中 N c 2 tan cot tan (45 ) e 2 (0-4,b) 7

18 图 0-6 8

19 2. 瑞斯诺解只考虑基础边载 q Reissner solution Only consider surcharge beside footing 可写为其中 p uq N q 2 tan qtan (45 ) e (0-5) tan 3. 无土重情况下地基极限承载力 Ultimate bearing capacity as no soil gravity 2 4.Nc Nq 的简化推导 ( 自学 ) p puq qn q u 2 (45 c ) e 2 q tan cn qn (0-7) (0-6,a) (0-6,b) 9

20 0.3.2 太沙基极限承载力公式 Terzaghi equation for ultimate bearing capacity. 条形基础 (Strip footing)( 图 0-8) () 假设 (Postulation) 基础底面粗糙 (Surface of footing base is rough) 2 滑动体分五个区 Sliding body divided into five zones 3 基础底面以上的土视为边载 q=γd Consider soil above footing base as surcharge p P u B 2P B p cos( ) u (0-20) 20

21 p u P u P p P p 图 0-8 太沙基极限荷载 2

22 令 4Pp N cos( ) B 2 p u 2 BN (0-2) (2) 普遍意义的计算极限荷载的公式为 : p u qn q cn 式中的承载力系数见表 0-4 c BN 2 z B z ( ) B B (0-22) z B 22

23 23

24 2. 局部剪切破坏 (Local shear failure) 2 2 c c tan tan 3 p 3. 其它基础形状 (Other footing shape) () 宽度为 B 的正方形基础 (Square footing with width B) 整体破坏局部破坏 (2) 直径为 B 的圆心基础 (Rounded footing with diameter B) 整体破坏局部破坏 u 3 qn q cn c BN 2 p p p p u.2cnc qnq 0. BN 0.8cN c qn q 0. 4 BN u 4.2cNc qnq 0. BN.8cN c qn q 0. 6 BN u 6 u (0-23) (0-24) (0-25) (0-27) (0-26) 0 (0-28) 24

25 0.3.3 汉森极限承载力公式 p u Hanson equation for ultimate bearing capacity. 中心倾斜荷载作用下的一般公式 Common formula for centric inclined load cncscdcic gcbc qnq sqdqiq gqbq BN s d i g b 2 式中 N c ( N )cot N q e tan N c N q N γ 的值可查表 0-5 q tan 2 (45 ) 2 N.5( Nq ) tan (0-30) (0-29) 25

26 26

27 2. 各影响因素的确定 Determination of all effect factors () 基础的形状系数 (Coefficient of footing shape) s s s s c q B 0.2ic L Biq sin L 0.4B i 0.6 L (0-3) 对条形基础,s c =s q =s γ =.0 27

28 (2) 基础深度系数 (Coefficient of footing depth)d 在计算浅基础时可不考虑深度修正 ) ( ) ( tan ) sin ( 2tan ) ( ) sin ( 2tan ) ( 0.4tan ) ( 所有情况 d B D B D d B D B D d B D B D d B D B D d q q c c (0-32) 28

29 (3) 荷载倾斜系数 (Coefficient of load inclination) i 须满足 (0-33) a V a H P A c P tan ( 倾斜基底 ) ( 水平基底 ) ) ( ) ( cot ) 45 / (0.7 cot tan cot 0.5 ca P P i ca P P i N i i i ca P i ca P P i V H V H c q q c H c v H q (0-34) 29

30 当荷载为竖直荷载时,tgδ=0,i c =i q =i γ =.0 此外,i 还可由表 0-6 查得 (4) 地面倾斜系数 g 和基底倾斜系数 b Coefficient of ground surface inclination and footing base inclination 当 90 g g c q b b b 时 47 ( 0.5tan ) c q g 47 e e 2 tan 2.7 tan 5 (0-35) (0-36) 30

31 3

32 3. 偏心荷载 (Eccentric load) () 条形基础 (Strip footing)( 图 0-9 (a) ) 采用有效宽度 B e =B-2e 代替 B (2) 矩形基础 (Rectangular footing) ( 图 0-9 (b) ) 采用有效面积 A e =B e L e 代替原面积 A=BL, 其中, B e =B-2e B,L e =L-2e L (3) 基础底面为任意形状 (Random shape of footing base) 受中心荷载折算成矩形基础 2 受偏心荷载 ( 图 0-9 (c) (d)) 32

33 图 0-9 圆形 33

34 () 各土层的指标可取加权平均值 (2) 持力层的最大深度 z max Maximum depth of bearing stratum λ 的值由表 0-7 确定 4. 成层土地基 (Stratified foundation) n i i n i i i h h n i i n i i i h h c c n i i n i i i h h (0-37) z B max 34

35 35

36 5. 地基允许承载力 (Allowable bearing capacity) Pu [ R] K 6. 安全系数 (Coefficient of safety) (0-38) () 整体安全系数 (Globe Coefficient of safety) Pu K [P] 汉森公式的安全系数见表 0-8 (2) 局部安全系数 (Local Coefficient of safety) 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表

37 37

38 0.4 原位试验确定地基承载力 0.4 Determinate bearing capacity according to field test 0.4. 载荷试验 (Load test) () 做法 (Test method) (2) 成果 (Result) 荷载与沉降关系曲线, 即 P S 曲线 ( 图 0-0) Relationship curve of load to settlement 2 沉降量与时间对数关系 S lgt 曲线 Relationship curve of settlement to logarithm time (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 38

39 [P] Pu 荷载 P [P] P u 时间 ( 对数 ) 沉降 S 沉降 S (a) (b) 图 0-0 荷载板试验结果 39

40 0.4.2 静力触探试验 (Cone penetration test) () 单桥探头 (Single bridge probe)( 图 0-) 比贯入阻力 (2) 双桥探头 (Two-bridge probe) ( 图 0-2) 探锥阻力侧壁摩阻力 p s P A Qc A Pf F (3)[R] 与 p s 的关系 ( 表 0-0) q f c s (0-39) (0-40) (0-4) 表中, p s 为计算深度为 σ z =20~30%σ s 范围内加权平均, 即 p s i si p / (0-42) i 40

41 图 0- 图 0-0 和图 0- 图 0-2 4

42 42

43 0.4.3 标准贯入试验 (Standard penetration test) () 试验方法及标准贯入器 ( 图 0-3) Test method and penetrometer (2) 砂土地基的 N63. 5 与 [R ] 之间的关系 ( 图 0-4) (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]=7.5N (kpa) 独立方形基础 [R]=23.0N (kpa) 43

44 图 0-3 图 0-2 和图 0-3 图

45 0.4.4 旁压仪试验 (Pressuremeter test)( 自学 ) 图

46 0.5 按规范确定地基承载力 0.5 Determinate bearing capacity according to code. 规范中容许承载力的适用条件 Applicable condition of allowable bearing capacity in code Ⅲ 级以下的建筑物或中小型工程 2.Ⅰ Ⅱ 级建筑物地基容许承载力的确定综合分析确定 Determination of allowable bearing capacity of foundation for building of grade Ⅰ and Ⅱ 3. 允许承载力和承载力设计值 Allowable bearing capacity and designed value of bearing capacity 46

47 3. 规范图表的使用 (Using of Tables in code) ()B e 3m,D=0.5~.5m 时, 查表确定 ( 表 0- 至 0-3 以及表 0-5 至 0-7 ) (2) B e >3m 或 D>.5m 时, 据下式修正 f d [ f d ] mb ( Be 3) md 2( D.5) (0-45) 式中,m B 和 m D 分别为基础宽度 (Width) 和埋深 (Embedded Depth) 修正系数 (Correct coefficient), 可查表

48 48

49 49

50 50

51 5

52 0.6 有关地基承载力问题的讨论 Section 6 Problem discussion about bearing capacity of foundation 0.6. 各种计算方法及结果比较 ( 自学 ) Comparison of all calculation method and results 计算地基承载力的数值方法 ( 自学 ) Numerical method for calculating bearing capacity of foundation 52

53 0.6.3 影响地基承载力的因素 Factors to effect bearing capacity of foundation. 地下水位的影响 (Effect of groundwater table) () 地下水位对地基土产生的影响 Effect to foundation soil (2) 容重的计算方法 ( 图 0-2) Calculating method of unit weight 地下水位位于地面与基底之间 Groundwater table located between ground surface and footing base 基底以下采用浮容重, 基底以上采用平均容重 53

54 ( ) (0-47) 2 地下水位位于基底与滑动面之间 Groundwater table located between footing base and slip surface d D 图 0-2 图

55 基底以上采用湿容重, 基底以下采用平均容重 d ( ) d 式中,d 0 为滑动面深度, 一般可近似取 d 0 =B, 或按汉森建议的 z max =λb 确定 2. 基础尺寸和埋深的影响 (0-46) Effect of Footing size and embedded depth 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 角较大的地基第章土的动力性质 ( 自学 ) Chapter Dynamic properties of soil 0 55

PowerPoint 演示文稿

PowerPoint 演示文稿建筑物 = 上部结构 + 基础基础是建筑物中连接上部结构和地基的部分地基由于建筑物的修建而引起应力状态改变的土层加拿大谷仓地基失稳图设计承载力 352kPa 实际承载力 ( 93.8kPa 276.6kPa) 破坏时实际基土所受压力 329.4kPa 一地基设计两大要求 : 控制变形沉降 s [s] 沉降差 s [ s] 2 控制稳定 P 计算 P b ( 地基承载力 ) 二几个概念

第一章 绪 论

第一章绪论