有限厚度土层上的地基极限承载力研究

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1、建筑设计与装饰广东建材2010年第6期有限厚度土层上的地基极限承载力研究欧阳晋文(广州市设计院)1地基极限承载力定义地基承受荷载的能力称为地基承载力。现在完全因为剪切破坏造成结构倒塌的情况是很少见的，在许多情况下沉降将控制容许承载力。我们一般重点讨论框架结构物和设备基础的承载力，但水坝、路堤等其他结构亦可应用同样原理求得承载力。极限承载力是土体结构承受荷载的极限，它是根据土体结构在最危险滑动面上整体达到极限平衡的条件确定的。土体结构受外荷载的作用后，内部应力将发生变化，引起土体的剪应力增加，当某

2、一点的剪应力达到土体的抗剪强度时，这一点就处于极限平衡状态。若土体中某一区域内各点都达到极限平衡状态，就形成极限平衡区，或称为塑性区，如荷载继续增大，土体内极限平衡区的发展范围随之不断扩大，局部的塑性区发展成为连续贯穿的整体滑动面，此时，一部分土体将沿滑动面产生整体滑动，称为土体结构失去稳定，此时土体结构所承受的荷载便是极限承载力。2地基极限承载力现有的计算方法地基极限承载力的求解方法有两种：一是根据土体的极限平衡原理，利用已知的边界条件求解；二是根据模型试验，先假定在极限荷载作用下土中滑动面的

3、形状，然后根据滑动土体的静力平衡条件求解极限荷载。2．1Terzaghi承载力公式重度为Y、粘聚力为C、内摩擦角为0的地基土上宽度为b、埋深为d的浅基础，根据中间三角形土楔体的静力平衡条件，可得地基的极限荷载为Pu=cNc+qN。+辜Yb'N，。‘式中承载力系数N，、N．、N，可通过查承载力系数表格和采用相应的承载力系数表达式获得。上式是在地基发生整体剪切破坏条件下推导得到的，适用于压缩性较低的土。对疏松或压缩性较大的土，可能会发生局部剪切破坏。对这种情况Terzaghi建议一160一采用降低土

4、的抗剪强度指标值的方法对承载力公式进行修正。该承载力公式只适用于条形基础。对圆形和方形基础，Terzaghi也给出了相应的修正公式。2．2Vesic承载力公式A．S．Vesic于20世纪70年代在Prandtl理论基础上，考虑了土体自重，得到条形基础在中心荷载作用下的极限承载力基本公式，形式与Terzaghi承载力公式相同。同时Vesic根据影响承载力的各种因素对承载力公式进行了修正。这些因素包括基础底面的形状、偏心和倾斜荷载、基础两侧覆盖层的抗剪强度、基底和地面倾斜以及土的压缩性影响等。当仅考

5、虑基础底面形状的影响时，采用半经验的基础形状系数加以修正，修正后的极限承载力公式为：1Pu=CN。S。+qNqSq+告Yb。Nysv2．3Prandtl承载力公式实际上基础总是有一定的埋深，Reissner假定不考虑基础底面以上两侧土的抗剪强度，将其重力以均布超载q=Y。d(Y。为基础埋深范围内土的加权平均重度)代替，得到了由超载引起的极限承载力为：Pu=CN。+qNq2．4Hansen承载力公式这个公式是Meyerhof工作的进一步发展。Hansen承载力公式考虑了形状、深度等因素。同时还包括

6、当地基与水平面有倾角时的基底系数和与基础的地面有倾角时的地面系数。因当基础埋深大于基础尺寸时对地基极限承载力进行了一定限制，这样就使当基础埋深和基础尺寸相差很大时Hansen公式仍然适用。2．5Meyerhof承载力公式Meyerhof提出了一种与Terzaghi相似的承载力公式，但是包括深度项的形状系数，还包括深度系数和基础倾斜时的倾斜系数。当基础埋深和基础尺寸相当时，同Terzaghi承载力公式计算值没有太大差别。2．6由平板载荷试验确定地基极限承载力广东建材2010年第6期建筑设计与装饰图

7、1持力层厚度为6m时40步加载对应P-S曲线显然，获得地基承载力的最可靠方法就是进行现场载荷试验。如果进行一个足尺原型试验，那么就能直接得到承载力的值，但这通常是不现实的，需要很高的成本。如本文前面部分所述，用平板载荷试验确定地基极限承载力拥有一些不足，但是尽管如此，平板载荷试验还是常常用到。2．7由标准贯入试验(StandardPenetrateTest)确定极限承载力标准贯入试验广泛地用于直接测得地基土的承载力。赖琼华通过对大量土层上的现场压板试验的整理研究，提出了地基极限承载力P。同现场标

8、贯试验击数N为近似线性关系：P．。=O．0734N(MPa)。3运用太沙基公式以某高层建筑基础为例进行计算以某高层建筑基础为例，选取钻孔，运用太沙基公式计算出筏板基础的地基极限荷载P。2睾YbNY+cNc+qNq筏板的持力层为残积粉质粘土，硬塑为主。根据地质报告，凝聚力C=24kPa，摩擦角o=14。a=45。+下o=45。+兰二=52。厶‘tgQ=t952。=1．28NY=t95a—tgQ：3．44一1．28=2．16N。=2(t93Q+tgQ)=2(2．10+1．28)：6．75N。2t94