地基承載力是指地基土單位面積上所能承受的荷載,這是土力學的重要問題之一。由於地基土的複雜性,要準確地確定地基極限承載力也是比較複雜的問題。
本章學習地基在外荷裁作用下的破壞形式,地基的臨塑荷載、臨界荷載與極限荷載,確定地基承載力的理論公式、地基承載力設計值的確定和影響地基承載力的因素,要求掌握地基承載力的確定與計算,並從這些計算公式中了解影響地基承載力的因素。
第一節 概述
地基隨建築物荷載的作用後,內部應力發生變化,表現在兩方面:一種是由於地基土在建築物荷載作用下產生壓縮變形,引起基礎過大的沉降量或沉降差,使上部結構傾斜,造成建築物沉降;另一種是由於建築物的荷載過大,超過了基礎下持力層土所能承受荷載的能力而使地基產生滑動破壞。
因此在設計建築物基礎時,必須滿足下列條件:
地基: 強度——承載力——容許承載力
變形——變形量(沉降量)——容許沉降量
一、幾個名詞
1、地基承載力:指地基土單位面積上所能隨荷載的能力。地基承載力問題屬於地基的強度和穩定問題。
2、容許承載力:指同時兼顧地基強度、穩定性和變形要求這兩個條件時的承載力。它是一個變數,是和建築物允許變形值密切聯繫在一起。
3、地基承載力標準值:是根據野外鑑別結果確定的承載力值。包括:標貫試驗、靜力觸探、旁壓及其它原位測試得到的值。
4、地基承載力基本值:是根據室內物理、力學指標平均值,查表確定的承載力值,包括載荷試驗得到的值)。
通常
5、極限承載力:指地基即將喪失穩定性時的承載力。
二、地基承載力確定的途徑
目前確定方法有:
1.根據原位試驗確定:載荷試驗、標準貫入、靜力觸探等。每種試驗都有一定的適用條件。
2.根據地基承載力的理論公式確定。
3.根據《建築地基基礎設計規範》確定。
根據大量測試資料和建築經驗,通過統計分析,總結出各種類型的土在某種條件下的容許承載力,查表。
一般:一級建築物:載荷試驗,理論公式及原位測試確定f;
二級建築物:規範查出,原位測試;尚應結合理論公式;
三級建築物:鄰近建築經驗。
三、確定地基承載力應考慮的因素
地基承載力不僅決定於地基的性質,還受到以下影響因素的制約。
1.基礎形狀的影響:在用極限荷載理論公式計算地基承載力時是按條形基礎考慮的,對於非條形基礎應考慮形狀不同地基承載的影響。
2.荷載傾斜與偏心的影響:在用理論公式計算地基承載力時,均是按中心受荷考慮的,但荷載的傾斜荷偏心對地基承載力是有影響的。
3.覆蓋層抗剪強度的影響:基底以上覆蓋層抗剪強度越高,地基承載力顯然越高,因而基坑開挖的大小和施工回填質量的好壞對地基承載力有影響。
4.地下水的影響:地下水水位上升會降低土的承載力。
5.下臥層的影響:確定地基持力層的承載力設計值,應對下臥層的影響作具體的分析和驗算。
6.此外還有基底傾斜和地面傾斜的影響:地基土壓縮性和試驗底板與實際基礎尺寸比例的影響。相鄰基礎的影響,加荷速率的影響和地基與上部結構共同作用的影響等。
在確定地基承載力時,應根據建築物的重要性及結構特點,對上述影響因素作具體分析。
第二節 地基的變形和失穩
一.臨塑荷載Per和極限承載力Pu
現場荷載試驗表明:地基從開始發生變形到失去穩定的發展過程,典型的S-P曲線可以分成順序發生的三個階段,即壓密變形階段(oa)、局部剪損階段(ab)和整體剪下破壞階段(b以後)見圖8-2(見教材P275),三個階段之間存在著兩個界限荷載。
第一個界限荷載(臨塑荷載Per):就是指基礎下的地基中,塑性區的發展深度限制在一定範圍內時的基礎底面壓力。
當P>Per標誌壓密階段進入局部剪損階段。
第二個界限荷載(極限承載力Pu):當地基土中由於塑性的不斷擴大,而形成一個連續的滑動面時,使得基礎連同地基一起滑動,這時相應的基礎底面壓力稱為極限承載力Pu。
當P>Pu標誌著地基土從局部剪損破壞階段進入整體破壞階段,地基喪失穩定。
二.豎直荷載下地基的破壞形式
在荷載作用下,建築物由於承載能力不足而引起的破壞,通常是由於基礎下持力層土的剪下破壞所造成的,而這種剪下破壞的形成一般又可分為整體剪下、局部剪下和沖剪三種。
1.整體剪下破壞的特徵:
當基礎上的荷載較小時,基礎壓力與沉降的關係近乎直線變化,此時屬彈性變形階段,如圖中oa段。
隨著荷載的增大,並達到某一數值時,首先在基礎邊緣處的土開始出現剪下破壞,如圖中a點。
隨著荷載的增大,剪下破壞地區也相應的擴大,此時壓力與沉降關係呈曲線形狀,屬彈性塑性變形階段,如圖ab段。
2.局部剪下破壞的特徵:
局部剪下破壞的過程與整體剪下破壞相似,破壞也從基礎邊緣下開始,隨著荷載增大,剪下破壞地區也相應地擴大。
區別:局部剪下破壞時,其壓力與沉降的關係,從一開始就呈現非線性的變化,並且當達到破壞時,均無明顯地出現轉折現象。
對於這種情況,常取壓力與沉降曲線上坡度發生顯著變化的點所對應的壓力,作為相應的地基承載力。
3.沖剪破壞的特徵:
它不是在基礎下出現明顯的連續滑動面,而是隨著荷載的增加,基礎將隨著土的壓縮近乎垂直向下移動。當荷載繼續增加並達到某數值時,基礎隨著土的壓縮連續刺入,最後因基礎側面附近土的垂直剪下而破壞。
沖剪破壞的壓力與沉降關係曲線類似局部剪下破壞的情況,也不出現明顯的轉折現象。