第八章地基承载力

第八章 地基承载力学习要求： 学习要求：1.掌握地基临塑荷载和界限荷载的概念； 掌握地基临塑荷载和界限荷载的概念； 2.掌握地基变形的三个阶段及地基破坏形式； 2.掌握地基变形的三个阶段及地基破坏形式 掌握地基变形的三个阶段及地基破坏形式； 3.学会使用临界荷载公式、太沙基公式等承载力公式验算地基的承载力； 3.学会使用临界荷载公式 太沙基公式等承载力公式验算地基的承载力； 学会使用临界荷载公式、 4.掌握地基极限承载力的概念及其计算公式中各符号的含义。 4.掌握地基极限承载力的概念及其计算公式中各符号的含义 掌握地基极限承载力的概念及其计算公式中各符号的含义。

基本内容： 基本内容：◇概述 ◇临界荷载的确定 ◇极限承载力计算 ◇按规范方法确定地基容许承载力 ◇关于地基承载力的讨论

概述…1 概述…1建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求。 建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求。 两个方面的要求 1.变形要求 建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差， 建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物允 许的范围内。 许的范围内。

荷载过大超过地基承载力

建筑物基 础沉降和 沉降差

概述…2 概述…22.强度和稳定性要求 建筑物的基底压力应在地基允许的承载能力之内。 建筑物的基底压力应在地基允许的承载能力之内。

地基土沉降变形

地基产生 滑动破坏

概述…3 概述…3地基承载力概念试验研究表明，在荷载作用下， 试验研究表明，在荷载作用下，建筑物地基的破坏通常是由于承载力不 足而引起的剪切破坏。研究地基承载力的目的是安全、正常使用。 足而引起的剪切破坏。研究地基承载力的目的是安全、正常使用。 地基承载力：地基土单位面积上所能承受荷载的能力。 地基承载力：地基土单位面积上所能承受荷载的能力。 某区域内: 某区域内: τ>τf , 则处于极限平衡区, 地基失稳地基承载力分为两种: 则处于极限平衡区, 地基失稳地基承载力分为两种 地基承载力分为两种: 极限承载力( 地基不致失稳时，单位面积能承受的最大荷载。 极限承载力(pu):地基不致失稳时，单位面积能承受的最大荷载。与土 基础埋深、宽度、形状等有关。 性、基础埋深、宽度、形状等有关。 地基容许承载力( 考虑一定安全储备后的地基承载力。 地基容许承载力(pa):考虑一定安全储备后的地基承载力。与建筑的结 构特性等有关。 构特性等有关。

概述…4 概述…4为了了解地基承载力的概念及地基地基土受荷后剪切破坏的过程

和形状， 为了了解地基承载力的概念及地基地基土受荷后剪切破坏的过程和形状， 可以通过现场载荷试验或室内模拟试验来研究， 现场载荷试验或室内模拟试验来研究 可以通过现场载荷试验或室内模拟试验来研究，这些试验实际上是一种基础 受荷的模拟试验。 受荷的模拟试验。

1-承压板；2-千斤顶 3-百分表；4-平台 5-支墩 ； 6-堆载

地基土现场载荷试验图

概述…5 概述…5根据试验结果可绘出载荷试验的p 曲线，如下图所示。如果p 根据试验结果可绘出载荷试验的p-s曲线，如下图所示。如果p-s曲线上 能够明显地区分其承载过程的三个阶段， 能够明显地区分其承载过程的三个阶段，则可以较方便地定出该地基的比例 界限荷载p 和极限承载力p 曲线上没有明显的三个阶段，根据《 界限荷载pcr和极限承载力pu。若p-s曲线上没有明显的三个阶段，根据《建 筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),地基承载力基本值 基本值可按载荷板沉降 筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),地基承载力基本值可按载荷板沉降 与载荷板宽度或直径之比即s 的值确定， 与载荷板宽度或直径之比即s/b的值确定，对低压缩性土和砂土可取 s/b=0.01~0.015,对中、高压缩性土可取0.02。 =0.01~0.015,对中、高压缩性土可取0.02。

pcr 0 a

pu p

b

s

c

概述…6 概述…6地基变形的三个阶段a. 线弹性变形阶段(压密阶段) 线弹性变形阶段(压密阶段) oa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与 0 oa段 荷载小，主要产生压缩变形， 沉降关系接近于直线，土中τ 沉降关系接近于直线，土中τ<τf ,地基处于弹性 平衡状态。 平衡状态。 b. 弹塑性变形阶段(剪切阶段) 弹塑性变形阶段(剪切阶段) ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线， ab段 荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线， 地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区。 地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区。 c. 破坏阶段 bc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷 s bc段 塑性区扩大，发展成连续滑动面， 载增加，沉降急剧变化。 载增加，沉降急剧变化。 塑性变 pcr<p<pu < 形区 p<pcr < p≥pu ≥

pcr a

pu p

b

c

连续滑动面

概述…7 概述…7地基开始出现剪切破坏(即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段) 地基开始出现剪切破坏(即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段)时， 地基所承受的基地压力称为临塑荷载 临塑荷载p 地基所承受的基地压力称为临塑荷载pcr。 地基濒临破坏(即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段) 地基濒临破坏(即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段)时，地基所承受的 基地压力称为极限荷载 极限荷

载p 基地压力称为极限荷载pu。

地基的破坏形式1.整体剪切破坏 整体剪切破坏p 曲线上有两个明显的转折点，区分地基变形三个阶段： 整体剪切破坏p-s 曲线上有两个明显的转折点 ， 区分地基变形三个阶段： (1)当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区I,随同基础压 当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区I 入土中， 曲线呈直线关系。 入土中，p-s曲线呈直线关系。 (2)随着荷载增加，压密区I向 随着荷载增加，压密区I 两侧挤压，土中产生塑性区， 两侧挤压，土中产生塑性区，塑 性区先在基础边缘产生， 性区先在基础边缘产生，然后逐 步扩大形成II、III塑性区 塑性区。 步扩大形成II、III塑性区。基础 的沉降增长率较前一阶段增大， 的沉降增长率较前一阶段增大， 曲线呈曲线状。 故 p-s曲线呈曲线状。

概述…8 概述…8(3)当荷载达到最大值后，土中形 当荷载达到最大值后， 成连续滑动面，并延伸到地面， 成连续滑动面，并延伸到地面，土从 基础两侧挤出并隆起， 基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧 增加，整个地基失稳破坏。 增加，整个地基失稳破坏。p-s曲线 上出现明显的转折点， 上出现明显的转折点，其相应的荷载 称为极限荷载p 称为极限荷载pu。 整体剪切破坏常发生在浅埋基础 下的密砂或硬粘土等坚实地基中。 下的密砂或硬粘土等坚实地基中。

概述…9 概述…92.局部剪切破坏 局部剪切破坏p 曲线转折点不明显，没有明显的直线段， 局部剪切破坏 p-s曲线转折点不明显 ， 没有明显的直线段 ， 其破坏的特 征为： 征为： 随着荷载的增加，基础下也产生压密区I及塑性区II, 随着荷载的增加，基础下也产生压密区I及塑性区II,但塑性区仅仅发 展到地基某一范围内，土中滑动面并不延伸到地面，基础两侧地面微微隆起， 展到地基某一范围内，土中滑动面并不延伸到地面，基础两侧地面微微隆起， 没有出现明显的裂缝。 曲线如前图中曲线b所示。 没有出现明显的裂缝。其p-s曲线如前图中曲线b所示。 p-s曲线在转折点后，其沉降量增长率虽较前一阶段为大，但不象整体 曲线在转折点后，其沉降量增长率虽较前一阶段为大， 剪切破坏那样急剧增加，在转折点之后， 曲线还是呈线性关系。 剪切破坏那样急剧增加，在转折点之后，p-s曲线还是呈线性关系。 局部剪切破坏常发生于 中等密实砂土中。 中等密实砂土中。

概述…10 概述…103.刺入剪切破坏(冲剪破坏) 刺入剪切破坏(冲剪破坏) p-s曲线没有明显的转折点，其破坏的特征是：随着荷载的增加，基础 曲线没有明显的转折点，其破坏的特征是：随着

荷载的增加， 下土层发生压缩变形，基础随之下沉，当荷载继续增加， 下土层发生压缩变形，基础随之下沉，当荷载继续增加，基础周围附近土体 发生竖向剪切破坏，使基础刺入土中。基础两边的土体没有移动，如图。 发生竖向剪切破坏，使基础刺入土中。基础两边的土体没有移动，如图。刺 入剪切破坏的p 曲线如前图中曲线c 沉降随着荷载的增大而不断增加， 入剪切破坏的p-s曲线如前图中曲线c,沉降随着荷载的增大而不断增加，但 p-s曲线上没有明显的转折点，没有明显的比例界限及极限荷载。 曲线上没有明显的转折点，没有明显的比例界限及极限荷载。 刺入剪切破坏常发生在松砂及软土中。 刺入剪切破坏常发生在松砂及软土中。

概述…11 概述…11地基的剪切破坏形式，除了与地基土的性质有关外，还同基础埋置深度 地基的剪切破坏形式，除了与地基土的性质有关外，还同基础埋置深度、 地基土的性质有关外 基础埋置深度、 加荷速度等因素有关 如在密砂地基中，一般会出现整体剪切破坏， 等因素有关。 加荷速度等因素有关。如在密砂地基中，一般会出现整体剪切破坏，但当基 础埋置很深时，密砂在很大荷载作用下也会产生压缩变形， 础埋置很深时，密砂在很大荷载作用下也会产生压缩变形，而出现刺入剪切 破坏；在软粘土中，当加荷速度较慢时会产生压缩变形而出现刺入剪切破坏， 破坏；在软粘土中，当加荷速度较慢时会产生压缩变形而出现刺入剪切破坏， 但当加荷很快时，由于土体不能产生压缩变形，就可能发生整体剪切破坏。 但当加荷很快时，由于土体不能产生压缩变形，就可能发生整体剪切破坏。

确定地基容许承载力的方法目前极限承载力的计算理论仅限于整体剪切破坏型式，这是因为，这种 目前极限承载力的计算理论仅限于整体剪切破坏型式，这是因为， 破坏型式比较明确，有完整连续的滑动面，且已被试验和工程实践所证实。 破坏型式比较明确，有完整连续的滑动面，且已被试验和工程实践所证实。 对于局部剪切破坏及刺入剪切破坏，尚无可靠的计算方法， 对于局部剪切破坏及刺入剪切破坏，尚无可靠的计算方法，通常是先按整体 剪切破坏型式进行计算，再作某种修正。 剪切破坏型式进行计算，再作某种修正。 确定地基容许承载力的方法，一般有以下三种： 确定地基容许承载力的方法，一般有以下三种： 1.根据载荷试验的p-s曲线来确定地基容许承载力； 根据载荷试验的p 曲线来确定地基容许承载力； 2.根据设计规范确定(新规范已取消); 根据设计规范确定(新规范已取消) 3.根据地基承载力理

论公式确定地基容许承载力。 根据地基承载力理论公式确定地基容许承载力。

临界荷载的确定…1 临界荷载的确定…1在荷载作用下地基变形的发展经历3个阶段， 压密阶段、剪切阶段及 在荷载作用下地基变形的发展经历3个阶段，即压密阶段、剪切阶段及 破坏阶段。 破坏阶段。地基变形的剪切阶段也是土中塑性区范围随着作用荷载的增加而 不断发展的阶段，土中塑性区开展到不同深度时，其相应的荷载称为临界荷 不断发展的阶段，土中塑性区开展到不同深度时，其相应的荷载称为临界荷 载。

塑性区边界方程的推导

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