1、任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-1 地基的破壞形態地基的破壞形態 一、理論知識a）地基在建筑物荷載作用下內部應力發生變化體現在兩個方面： i）地基土在建筑物荷載作用下產生壓縮變形； ii）超載荷載作用下使地基產生滑動破壞。b）地基承載力是地基單位面積上成熟荷載的能力。分兩種： i）極限承載力：地基即將喪失穩定性時的承載力； ii）容許承載力：地基穩定有足夠的安全度并且變形在建筑物容許范圍內時的承載力。容許承載力是一個變量。由查表得到。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-1 地基的破壞形態地基的破壞形態 一、理論知識1. 土的破壞形態（

2、1）整體剪切破壞一般發生在密實砂土、基礎埋深很淺或飽和黏土、荷載急速增加的情況下，極易造成整體剪切破壞。（2）局部剪切破壞一般發生在黏性土或中密砂土，基礎埋深較淺；或基礎埋深較大時，無論是砂類土或黏性的地基中，最常見的破壞形態是局部剪切破壞。（3）沖切破壞一般發生在松砂或其他松散結構的地基土中。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-1 地基的破壞形態地基的破壞形態 一、理論知識1. 土的破壞形態發生整體剪切破壞的地基，過程可以分為三個階段：（1）直線變形階段（oa段）壓密階段此階段地基中各點的剪應力小于地基土的抗剪強度，地基處于穩定狀態。（2）局部塑性變形階段（ab段

3、）穩定狀態向不穩定狀態的過渡性階段此階段在地基的局部區域內，發生了剪切破壞，該區域稱塑性變形區。（3）破壞階段此階段地基中的塑性變形區，已經發展到形成與地面貫通的連續滑動面。地基土向基礎的一側或兩側擠出，地面隆起，地基整體失穩，基礎也隨之突然下陷。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-1 地基的破壞形態地基的破壞形態 一、理論知識1. 土的破壞形態地基破壞過程中作用在它上面的荷載有兩個特征值：i）地基中開始出現塑性變形區的荷載，臨塑荷載Pcr；ii）使地基剪切破壞，失去整體穩定的荷載，極限荷載Pu。地基的容許承載力容許承載力，應該小于極限荷載小于極限荷載，而稍大于臨塑

4、荷載稍大于臨塑荷載。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-1 地基的破壞形態地基的破壞形態 一、理論知識2. 確定地基承載力應考慮的因素a）影響因素眾多，根據構筑物的重要性和結構特點具體分析各個影響因素。b）確定地基承載力的方法： i）臨界荷載和極限荷載確定； ii）按規范確定地基容許承載力； iii）觸探法確定地基容許承載力； iv）根據荷載試驗的ps曲線確定。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識求容許承載力的途徑：求容許承載力的途徑：a）工程經

5、驗表明：地基中的塑性變形區的深度達1/41/3的基礎寬度時，地基仍是安全的。此時所對應的荷載稱為臨界荷載，記為P1/3, P1/4;b）求得極限荷載后，除以使地基具有足夠穩定的安全系數，即得到地基的容許承載力。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識1. 臨塑荷載公式建立條件：在條形基礎受均布荷載和均質地基條件下。塑性區的最大深度zmax可表示為：臨塑變形區的最大深度zmax0，則地基處于剛要出現塑性變形區的狀態。此時，作用在地基上的荷載，稱為臨塑荷載Pcr，即任務任務5 5

6、天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識2. 臨界荷載公式a）對于軟土軟土，可取臨塑荷載Pcr作為地基容許承載力，取fai0；b）對于一般的土一般的土，當塑性變形區最大深度zmax等于1/3或1/4的基礎寬度（b）時，取此塑性變形區深度對應的荷載（臨界荷載），作為地基的容許承載力，將zmaxb/3或zmax=b/4代入上臨塑荷載公式，得寫成統一格式Nr, Nq, Nc稱為承載力系數，可按下列公式求解任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極

7、限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識2. 臨界荷載公式Nr, Nq, Nc稱為承載力系數，可按下列公式求解承載力系數只與土的內摩擦角有關任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識3. 地基極限承載力目前極限承載力公式主要適合于整體剪切破壞的地基。（1）普朗特爾瑞斯納公式條件：受垂直均布荷載作用的、無限長的、底面光滑的條形剛性板置于無重量土（r0）的表面上，當剛性荷載板下的土體處于塑性平衡狀態時，其破壞圖式首先由普朗特爾給出：Nc承載力系數承載力系數僅與f

8、ai有關，無量綱任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識3. 地基極限承載力目前極限承載力公式主要適合于整體剪切破壞的地基。（1）普朗特爾瑞斯納公式條件：瑞斯納假定不考慮基底以上兩側土的強度，將其重量以均布超載qrD代替，得到超載引起的極限承載力：Nq為僅與fai有關的承載力系數任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識3. 地基極限承載力目前極限承載力公式主要適

9、合于整體剪切破壞的地基。（1）普朗特爾瑞斯納公式將普朗特爾與瑞斯納公式合并，得到普朗特爾瑞斯納公式：承載力系數Nc和Nq有如下關系：任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識3. 地基極限承載力目前極限承載力公式主要適合于整體剪切破壞的地基。（1）普朗特爾瑞斯納公式對普朗特爾瑞斯納公式的修正：索科洛夫斯基假設c0，q0，考慮土的重量對強度的影響，得到了土的重度引起的極限承載力為：Nr承載力系數任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界

10、荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識3. 地基極限承載力目前極限承載力公式主要適合于整體剪切破壞的地基。（1）普朗特爾瑞斯納公式對于c，q，r都不為零的情況，得到極限承載力的一般計算式：Nr，Nq，Nc可根據fai值查表（表5-1）得到.任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識3. 地基極限承載力（2）太殺基公式地基的極限荷載式中Nr, Nc, Nq為僅與土的內摩擦角有關的承載力系數任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5

11、-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識3. 地基極限承載力（2）太殺基公式太殺基地基承載力系數曲線任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識3. 地基極限承載力（2）太殺基公式對局部剪切破壞情況，太殺基建議用經驗方法調整抗剪強度指標c和fai，即因此，此種情況下的極限承載力為Nc, Nq, Nr 承載力系數可有上圖查得，任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的

12、確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎設計規范確定地基容許承載力a）地基的基本承載力是指地質情況且簡單的一般橋涵地基，當基礎的寬度b=2m，埋深h2m，h3m且h/b=4時，規范還提供了考慮寬度和深度修正的地基容許承載力的計算公式。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎設計規范確定地基容許承載力（1）地基土基本承載力的確定一般是根據實驗得到現場取土土樣的物理力學性質指標數據，然后按確定的土的類別和相關指標參數在表中查出其基本承載力。但是，當當b=2m且且h=3m時，查得的承載力時，查

13、得的承載力值即為基地容許承載力。值即為基地容許承載力。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎設計規范確定地基容許承載力碎石類土地基的基本承載力密實度是影響碎石類土承載力的一個重要因素；規范根據碎石類土的名稱和密實程度，提供了碎石類土地基的基本承載力表。表5-2a）半膠結碎石類土的基本承載力，可按密實的同類土的承載力值再提高10%20%；b）由硬質巖塊組成，充填砂土者用高值；由軟質巖塊組成，充填黏性土者用低值；c）松散的碎石土在天然河床中很少遇到，需特別注意鑒定；d）漂石和塊石的承載力值，

14、可參照卵石和碎石土適當提高。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎設計規范確定地基容許承載力啥類土地基的基本承載力 表5-3 砂類土地基基本承載力土名潮濕程度密實程度稍松中密密實礫砂、粗砂與潮濕程度無關200400550中砂與潮濕程度無關150350450細砂稍濕或潮濕100250350飽和200300粉砂稍濕或潮濕200300飽和100200任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎

15、設計規范確定地基容許承載力黏性土地基的基本承載力黏性土地基的基本承載力應根據具體情況，采用不同的指標來編制基本承載力表。a）Q4沖、洪積黏性土地基的基本承載力制表時選用液性指數IL和孔隙比e作為確定基本承載力的指標。只要取回土樣，測出其天然含水率、密度、土粒相對密度、液限和塑限，就可以求出液性指數IL和孔隙比e，然后查表5-4求得基本承載力。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎設計規范確定地基容許承載力b）Q3及以前沖、洪積黏性土地基的基本承載力Q3及以前沖、洪積黏性土地基的基本承載力

16、主要與其壓縮模量Es有關。查表5-5求得基本承載力。注意，當Es10MPa時，基本承載力按表54確定。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎設計規范確定地基容許承載力c）殘積黏性土地基的基本承載力殘積黏性土地基的基本承載力主要與其壓縮模量Es有關。查表5-6求得基本承載力。表5-6 殘積黏性土地基的基本承載力壓縮模量Es/MPa46810 12 14 16 18 20承載力/kPa190220250270290310320330340任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任

17、務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎設計規范確定地基容許承載力（2）地基容許承載力的確定計算公式：若計算基地應力時考慮了主力和附加力的作用，且地基土為不透水層，而常水位至一般沖刷線的高度為hw（hw也可能等于0）時，則地基容許承載力d主附的公式為：k0系數，對于非既有橋墩臺地基土，k01，對于既有橋墩臺地基土，1.0=k0=1.25任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎設計規范確定地基容許承載力（2）地基容許承載力的確定規范提供的基本承載力表和容許承載力的計算公式，只能代表一般地基土的平均承載力，而不能代表任何復雜情況下的地基承載力。因此，規范規定，對于地質和結構復雜（如靜不定結構）的橋涵，容許承載力宜經原位測試確定；對建于非巖石地基上的靜不定結構橋涵、一些特殊土（如軟土、濕陷性黃土等等）地基土的橋梁基礎等，還應驗算地基沉降。任務任務5 5 天然地基容許承載力天然地基容許承載力任務任務5-3 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定 一、理論知識1. 按鐵路橋涵地基基礎設計規范確定地基容許承載力（3）軟土地基容許承載力對于小橋和涵洞，可采用如下公式：m安全系數，1.52.5；cu不排水剪切強度，kPa;r2基底以上