土力学第六章 天然地基承载力.docx

土力学第六章 天然地基承载力 土力学第六章自然?地基承载力第六章自然?地基承载力引言结合第四章的铁道校区的主教学楼案例，启发同学引出地基承载力的计算问题，进一步引出一下概念：自然?地基、人工地基、地基承载力、极限承载力、容许承载力。§ 6.1 地基的破坏形态一、地基破坏的三种形态1．整体剪切破坏(general shear failure)基底剪切破坏面与地面贯穿，形成一弧形滑动面。密实砂土，根底埋深很浅；或饱和粘土，荷载急速增加的状况下，极易造成整体剪切破坏。2．部分剪切破坏(local shear failure)地基中剪切面延长到肯定位置，未扩展到地面。一般性粘土或中密砂土，根底埋深较浅；或根底埋深较大时，无论是砂性土或粘性土地基，最常见的破坏形态是部分剪切破坏。图 6.1 整体剪切破坏图6.2 部分剪切破坏3．冲切破坏(punching shear failure)松砂或其它松散构造的土，易造成冲切破坏。根底边形成的剪切破坏面垂直向下的进展。备注采纳设问法，引出本章要讨论的内容。留意三种地基破坏形态的破坏面比照，P~S曲线比照。图6.3 冲切破坏第一种在理论上讨论较多；第三种在理论上讨论得很少，因为作为建筑物地基，很少选择在松砂或其它松散构造的土层上，故无讨论必要；其次种破坏形态在自然?地基中常常遇到，其理论工作在前一阶段进展较慢，近年来讨论已有了打破性进展。二、地基变形的三个阶段地基的变形可分为三个阶段：1.当P≤P a时，为弹性变形阶段；2.当P a P k时，为塑性变形阶段。三、确定地基容许承载力的方法1.按掌握地基中塑性区开展深度的方法。只要地基中塑性区的开展深度小于某一界限值，地基就具有足够的安全储藏。2.按理论公式推求地基的极限荷载P k再除以平安系数的方法。3.按标准提供的阅历公式确定地基的容许承载力。4.按原位测试的方法确定地基的容许承载力。备注介绍冲切破坏讨论的进展状况。结合整体剪切破坏的P~S曲线比照，介绍后面几节的内容是围绕这四种方法讲解。 § 6.2 地基临塑压力一、地基临塑压力当地基土中仅个别1~2个点的应力到达极限平衡时，基底压力称为临塑压力(critical edge pressure)。二、理论公式推导过程1. 计算图式 图6.4临塑压力计算图式2. 推导过程 ① 条形根底下任一点N 的是由H p γ-引起的大小主应力1σ 和3σ)sin (31ψψπγσσ±??-=???Hp 〔6-1〕 ②土体自重在N 点产生的应力σ1、σ3 σ1 = γ ? (H +Z )σ3 = K 0 ?σ1 = K 0 (H +Z )③为简化计算，假设K 0=1，相当于静水压力的受力状态。(31Hp ??-=???πγσσ备 注 采纳设问法，师生互动，推导时围绕土中一点的极限平衡方程。  ④ 假定N 点到达了极限平衡，将σ1、σ3代入极限平衡方程得：?γψπγψπγ?cot )(sin sin ?++?+??-??-=c Z H Hp Hp由上式求得N 点的深度：Z =H cH p -?--???-?γψ?ψπγγtan )sin sin ( ⑤塑性区的最大深度Z max由0=ψd dz，得到ψd dz =)1sin cos (-???-?ψπγγH p =0ψ=π/2 -?Z max =H p +-???-π?πγγ2(cot⑥临塑压力p a 。当Z max =0时，求得p aHp -???-?πγγ(cot =0得：π??π-??=c p a 2cot cos (⑦当?=0时，p a =c ?π+γ?Hc p a ??=→→?π??cot c limlim 0 所以Hc p a γπ+=.p a当?=0，H=0时〔即地基在外表荷载作用下〕： P a =c ?π争论：临塑压力与那些因素有关？为什么与基础宽度无关？破坏图式2．根本假设〔1〕基底光滑，剪应力为零；〔2〕地基土自重为零，即γ=0，c≠0、q0≠0，算出地基极限压力kp；3. 计算kp〔1〕极限平衡区Ⅰσa=ob=on-bn=on-nn1=σ1-(p i+σ1)sinφ=p k’-(p i+p k’)sinφ=p k’(1-sinφ)-p i sinφ 式中p i=c.ctgφ，σa与深度无关，它在BC上的分布为常数。〔2〕极限平衡区Ⅲσp=ob=om+mb=om+mm1=σ3+(p i+σ3)sinφ==q0(1+sinφ)+p i si