吉林大学：《土质学与土力学》课程电子教案（PPT课件）第9章 地基承载力理论

第9章地基承载力理论 第1节概述 地基变形指竖向变形（地基沉降）以及由此产生的地基横向变形。 地基稳定是指在环境条件及力场条件变化的情况下，能够保持原 来的存在状态，否则就称为失稳。岩土界把地基的强度（抗剪强 度)破坏称为失稳。 地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力。 因地基问题引起建筑物破坏有两种可能（1)荷载作用使基础 变形过大或不均匀沉降；(2)建筑物的荷重超过地基的承载能力， 使地基产生剪切破坏。 确定地基承载力的方法：载荷试验法或其它原位测试法、理论公式法。 土质学与土力学 48-1 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—1 吉林大学建设工程学院 地基变形指竖向变形（地基沉降）以及由此产生的地基横向变形。 第1节 概述 地基稳定是指在环境条件及力场条件变化的情况下，能够保持原 来的存在状态，否则就称为失稳。岩土界把地基的强度（抗剪强 度）破坏称为失稳。 因地基问题引起建筑物破坏有两种可能（1）荷载作用使基础 变形过大或不均匀沉降；（2）建筑物的荷重超过地基的承载能力， 使地基产生剪切破坏。 地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力。 确定地基承载力的方法：载荷试验法或其它原位测试法、理论公式法

第9章地基承载力理论 临塑荷载（Pex)：当基础底面以下的地基土中将要出现而尚未出现 塑性变形区时，地基所能承受的最大荷载。 临界荷载(p1/3或p1/4）：当地基土中的塑性变形区发展到某 一阶段，即塑性区达到某一深度，通常为相当于基础宽度的1/3 或1/4时，地基土所能承受的最大荷载. 极限荷载()：当地基土中的塑性变形区充分发展并形成连续贯 通的滑动面时，地基土所能承受的最大荷载。 土质学与土力学 48-2 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—2 吉林大学建设工程学院 临塑荷载（pcr）：当基础底面以下的地基土中将要出现而尚未出现 塑性变形区时，地基所能承受的最大荷载。 临界荷载（p1/3 或p 1/4 ）: 当地基土中的塑性变形区发展到某 一阶段，即塑性区达到某一深度，通常为相当于基础宽度的1/3 或1/4时，地基土所能承受的最大荷载. 极限荷载（pu）:当地基土中的塑性变形区充分发展并形成连续贯 通的滑动面时，地基土所能承受的最大荷载

第9章地基承载力理论 现场载荷试验 确定荷载影响范围内土的承载力和变形特性的最基本方法。 试脸应进行到极限破坏阶段， 达到以下三种情况之一： 1.在某级荷载下24小时内沉降 不能达到相对稳定标准； 2.总沉降量超过承压板直径 (或宽度)的1/2： 3.最大荷载达到设计荷载的二 3B 倍或超过比例界限荷载至少三 载荷试验 级荷载。 1一承压板；2一千斤顶；3一百分表 4一钢架；5一枕木垛；6一荷载；7一支柱 土质学与土力学 48-3 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—3 吉林大学建设工程学院 试验应进行到极限破坏阶段， 达到以下三种情况之一： 1.在某级荷载下24小时内沉降 不能达到相对稳定标准； 2.总沉降量超过承压板直径 （或宽度）的1/2； 3.最大荷载达到设计荷载的二 倍或超过比例界限荷载至少三 级荷载。 现场载荷试验 确定荷载影响范围内土的承载力和变形特性的最基本方法。 1 2 4 3 5 6 7 B 3 B 载 荷 试 验 1 —承压板； 2 —千斤顶； 3 —百分表 4 —钢架；5 —枕木垛；6 —荷载；7—支柱

第9章地基承载力理论 Per P~S曲线特征 a 当基础荷载较小时，基底压力P与沉降S基 本上成直线关系(oa)。属于压密阶段或线弹性 变形阶段。 当荷载增加到某一数值时，在基础边缘处 的土开始发生剪切破坏.随着荷载的增加，剪 切破坏区（或称塑性变形区）逐渐扩大。这时压 力与沉降之间成曲线关系(ab),属于塑性变形 阶段。 如果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 P~S关系曲线 基础急剧下沉或向一侧倾倒，同时基础四周的 地而隆起，地基发生整体剪切破坏，属于塑性 破坏阶段(bc)。 a点的荷载为临塑荷载P,b点的荷载即为极限荷载pu,临界荷载则 为塑性变形阶段ab段中某一点相对应的荷载，如前所述的P3或P/4 土质学与土力学 484 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—4 吉林大学建设工程学院 P～S曲线特征 当基础荷载较小时，基底压力P与沉降S基 本上成直线关系(oa)。属于压密阶段或线弹性 变形阶段。 当荷载增加到某一数值时，在基础边缘处 的土开始发生剪切破坏．随着荷载的增加，剪 切破坏区(或称塑性变形区)逐渐扩大。这时压 力与沉降之间成曲线关系(ab)，属于塑性变形 阶段。 如果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， 基础急剧下沉或向一侧倾倒，同时基础四周的 地而隆起，地基发生整体剪切破坏，属于塑性 破坏阶段（bc）。 P～S关系曲线 a点的荷载为临塑荷载pcr，b点的荷载即为极限荷载pu，临界荷载则 为塑性变形阶段ab段中某一点相对应的荷载，如前所述的p1/3或p1/4。 c

第9章地基承载力理论 第2节地基的破坏形式 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。 地基剪切破坏的型式：整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏。 Pressure (b) (c) 图9-4竖直荷载下地基的破坏形式 (a)整体剪切破坏(b)局部剪切破坏(c)冲剪破坏(d)典型ps曲线 土质学与土力学 48-5 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—5 吉林大学建设工程学院 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。 地基剪切破坏的型式：整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏。 第2节 地基的破坏形式 图9-4 竖直荷载下地基的破坏形式 （a）整体剪切破坏 （b）局部剪切破坏 （c）冲剪破坏 （d）典型p-s曲线

第9章地基承载力理论 整体剪切破坏 对于压缩性比较小的地基土 如比较密实的砂类土和坚硬程度 中等以上的粘土，一般会出现整 体剪切破坏。 p-s曲线上有两个明显的转折 点，地基内形成连续的滑动面， 基础急剧下沉，基础两侧地面明 显隆起。 土质学与土力学 48-6 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—6 吉林大学建设工程学院 整体剪切破坏 p-s曲线上有两个明显的转折 点，地基内形成连续的滑动面， 基础急剧下沉，基础两侧地面明 显隆起。 对于压缩性比较小的地基土 如比较密实的砂类土和坚硬程度 中等以上的粘土，一般会出现整 体剪切破坏

第9章地基承载力理论 局部剪切破坏 p一s曲线转折点不明显， 没有明显的直线段，塑性变形 区不延伸到地面，限制在地基 内部某一区域内，基础两侧地 压缩性较大的松砂、一般粘性土 面微微隆起。 等，易出现局部剪切破坏。 冲剪破坏 也称刺入破坏。p-s曲线没有 明显的转折点，地基不出现明显连 续滑动面，基础两侧地面不隆起， 而是下陷。 饱和软粘土、松的粉砂、细砂、湿限 性黄土和新填土等，常出现冲切破坏 土质学与土力学 48-7 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—7 吉林大学建设工程学院 局部剪切破坏 p-s曲线转折点不明显， 没有明显的直线段，塑性变形 区不延伸到地面，限制在地基 内部某一区域内，基础两侧地 面微微隆起。 冲剪破坏 b. 也称刺入破坏。 p-s曲线没有 明显的转折点，地基不出现明显连 续滑动面，基础两侧地面不隆起， 而是下陷。 压缩性较大的松砂、一般粘性土 等，易出现局部剪切破坏。 饱和软粘土、松的粉砂、细砂、湿限 性黄土和新填土等，常出现冲切破坏

第9章地基承载力理论 第3节地基的临塑荷载和临界荷载 临塑荷载和临界荷载的特性 (1)地基即将或已产生局部破坏，但尚未发展成整体失稳，这 时地基土的强度尚未充分发挥，但距离丧失稳定尚有足够的安全系 数。 (2)极限平衡区的范围不大，因此整个地基仍然可以近似地当 成弹性半空间体，有可能近似用弹性理论计算地基中的应力。 P。r、P1y4或P1y3常用来作为设计的地基承载力 土质学与土力学 48—8 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—8 吉林大学建设工程学院 第3节 地基的临塑荷载和临界荷载 （1）地基即将或已产生局部破坏，但尚未发展成整体失稳，这 时地基土的强度尚未充分发挥，但距离丧失稳定尚有足够的安全系 数。 （2）极限平衡区的范围不大，因此整个地基仍然可以近似地当 成弹性半空间体，有可能近似用弹性理论计算地基中的应力。 临塑荷载和临界荷载的特性 pcr 、p1/4或p1/3常用来作为设计的地基承载力

第9章地基承载力理论 临塑荷载和临界荷载的确定 地表作用均布条形荷载P,在地表下任一点M处将产生附加应力，其 大、小主应力为： △o1_Po-YoD (2B±sin2B △03 π oD y oD 不7yD 77yD T 2 M 1o-KoYD+Z☑69P 10=Y(D+Z) (a) 6) 条形均布荷载下地基内任意点的附加应力和自重应力 土质学与土力学 48-9 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—9 吉林大学建设工程学院 地表作用均布条形荷载 p， 在地表下任一点M处将产生附加应力，其 大、小主应力为： (   )     2 sin 2 0 0 3 1  − =   p D 2   M γ0D p-γ0D B D Z D Z M = (D+Z) = K0 (D+Z)  M  2  B (a) (b) γ0D γ0D 条形均布荷载下地基内任意点的附加应力和自重应力 临塑荷载和临界荷载的确定

第9章地基承载力理论 而由基底压力与土自重在M点引起的大、小主应力之总和为： _Po-YoD(2B+sin2B)+YoD+r 03 π 当M点达到极限平衡时，其大、小主应力应满足下列关系： o1=o3tan2(450+号)+2ctan(450+2) P-YoD)） sin 2B 2) D sin o y tan o 上式为在压力p下地基中塑性区的边界轮廓方程。 土质学与土力学 48-10 吉林大学建设工程学院

土质学与土力学 48—10 吉林大学建设工程学院 而由基底压力与土自重在M点引起的大、小主应力之总和为： D z p D          + + − = 0 0 0 3 1 (2 sin 2 ) ) 2 ) 2 tan(45 2 tan (45 2 1 3    =  + + c  + 当M点达到极限平衡时，其大、小主应力应满足下列关系： D c D p D z          0 0 tan 2 ) sin sin 2 ( ( ) − − − − = 上式为在压力p下地基中塑性区的边界轮廓方程