第8章：地基承载力

第8章天然地基上浅基础设计内容提要：地基基础是建筑物的重要根基，若地基基础不稳固，将危及整个建筑物的安全。

本章主要介绍根据基础的受力特性及构造特点划分的浅基础的类型、浅基础的设计计算、浅基础设计方法、减小地基不均匀沉降危害的主要措施及地基基础与上部结构共同作用的设计理念。

第一节浅基础的类型当建筑场地土质均匀、坚实，性质良好，地基承载力特征值fak ＞120kPa时，对于一般多层建筑，可将基础直接做在浅层天然地基上，称为天然地基上浅基础。

根据天然地基上浅基础的受力特性及构造特点可将浅基础类型分为两大类：刚性基础和柔性基础。

一、刚性基础刚性基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高。

8.1.2柔性基础柔性基础的材料为钢筋混凝土，故亦称为钢筋混凝土基础，其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。

这类基础的高度不受台阶宽高比的限制。

因此，当刚性基础尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求时，则需选择柔性基础。

柔性基础同样可用扩大基础底面积的办法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深。

1.钢筋混凝土独立基础这种基础主要是柱下基础，其构造形式如图8-1所示，轴心受压柱下基础的底面形状为正方形。

而偏心受压柱下基础的底面图8-1 钢筋混凝土独立基础形状为矩形。

（a）台阶形基础；（b）锥形基础；（c）杯口形基础 2.钢筋混凝土条形基础(1)墙下钢筋混凝土条形基础其横截面根据受力条件可以分为不带肋和带肋两种。

若地基不均匀，为了加强基础的整体性和抗弯能力，可以采用有肋的墙下钢筋混凝土条形基础，肋部配置足够的纵向钢筋和箍筋。

(2)柱下钢筋混凝土条形基础当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不能承受上部结构荷载的作用，常将若干柱基连成一条构成柱下条形基础(图8-4)。

图8-2不带肋墙下钢筋混凝土条形基础图8 -3 带肋墙下钢筋混凝上条形基础 (3)交叉钢筋混凝土条形基础当单向条形基础的底面仍不能承受上部结构荷载的作用，可以将纵横柱基础均连在—起，成为十字交叉条形基础(图8-5)。

《土力学》课程内容及学习要求东南大学交通学院二0一一年二月《土力学》课程内容及学习要求一.课程内容第1章土的物理性质及分类1.1 概述1.2 土的组成1.2.1土中固体颗粒1.2.2土粒粒度分析方法1.2.3土中水和土中气1.3 土的三相比例指标1.3.1指标的定义1.3.2指标的换算1.4 无粘性土的密实度1.4.1砂土的相对密实度1.4.2无粘性土密实度划分的其它方法1.5粘性土的物理特征1.5.1土的可塑性和界限含水量1.5.2粘性土的可塑性指标1.6 土的分类标准1.6.1巨粒土和粗粒土的分类标准1.6.2细粒土的分类标准1.7 地基土的工程分类1.7.1建筑地基土的分类1.7.2公路桥涵地基土的分类1.7.3公路路基土的分类习题及思考题第2章土的渗透性及渗流2.1 概述2.2 土的渗透性2.2.1土的层流渗透定律2.2.2渗透试验及渗透系数2.3 渗透破坏2.3.1渗流（动水）力2.3.2流砂（土）现象2.3.3管涌和潜蚀现象习题及思考题第3章土中应力3.1 概述3.2 土中自重应力3.2.1均质土中自重应力3.2.2成层土中自重应力3.3 基底压力（接触应力）3.3.1基本概念3.3.2基底压力的简化计算3.3.3基底附加压力3.4 地基附加应力3.4.1竖向集中力作用时的地基附加应力3.4.2竖向矩形荷载作用时的地基附加应力3.4.3竖向线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力习题及思考题第4章土的压缩性及固结理论4.1 概述4.2土的压缩性4.2.1固结试验及压缩性指标4.2.2现场载荷试验及变形模量4.2.3土的弹性模量4.3饱和土中的有效应力4.4 土的单向固结理论4.4.1饱和土的渗透（流）固结4.4.2太沙基一维固结理论第5章地基沉降5.1 概述5.2 地基最终沉降量5.2.1按分层总和法计算5.2.2最终沉降量计算方法的讨论5.3 地基沉降与时间的关系5.3.1 地基固结过程中任意时刻的沉降量5.3.2利用沉降观测资料推算后期沉降量习题及思考题第6章土的抗剪强度6.1 概述6.2 土的抗剪强度理论6.2.1库伦公式及抗剪强度指标6.2.2莫尔-库论理论及极限平衡条件6.3 土的抗剪强度试验6.3.1直接剪切试验6.3.2三轴压缩试验6.3.3无侧限抗压强度试验6.3.4十字板剪切试验习题及思考题第7章土压力7.1 概述7.2 挡土墙侧土压力7.3 朗肯土压力理论7.3.1主动土压力7.3.2被动土压力7.4库伦土压力理论7.4.1主动土压力7.4.2被动土压力7.4.3朗肯理论与库伦理论的比较第8章地基承载力8.1 概述8.2 浅基础的地基破坏模式8.3 地基临界荷载8.3.1地基塑性区边界方程8.3.2地基的临塑荷载和临界荷载8.4 地基极限承载力8.4.1普朗德尔和赖斯纳极限承载力8.4.2太沙基极限承载力8.4.3魏锡克和汉森极限承载力8.5 地基容许承载力和地基承载力特征值习题及思考题第9章土坡和地基的稳定性9.1 概述9.2 无粘性土坡的稳定性9.3 粘性土坡的稳定性9.3.1整体圆弧滑动法土坡稳定分析9.3.2毕肖普条分法土坡稳定分析9.4地基的稳定性习题及思考题二.学习要求1土的物理水理性质及工程分类要求：1）土的成因类型2）土的三相图3）土的试验指标、计算指标的定义及定义式4）土的物理指标的定义及定义式或计算式5）土的物理指标之间关系6）无粘性土的密实度指标7）粘性土的稠度特征指标8）土的渗透性及压实性9）土的工程分类：国标、部标2土中应力计算要求：1）自重应力概念及计算2）基底（附加）压力概念及计算3）Boussinesq假定及解答4）空间问题附加应力计算：角点法、叠加原理均布荷载、三角形荷载、梯形荷载矩型基础5）Flamant假定及解答6) 平面问题附加应力计算：角点法、叠加原理均布荷载、三角形荷载、梯形荷载条型基础7）有效应力原理3土的压缩性及沉降计算要求：1）土的压缩性及压缩性指标2）载荷试验及变形模量3）地基沉降计算：分层总和法、规范法4）土的单向固结理论5）沉降与时间的关系：两类工程问题6）利用沉降观测资料求后期沉降4土的抗剪强度要求：1）土的抗剪强度：Coulomb定理、Mohr- Coulomb定理土体的极限平衡条件2）抗剪强度试验：直剪试验、三轴试验、无侧限抗压强度试验5土压力要求：1）土压力的概念及类型2）静止土压力计算3）朗肯土压力理论：基本原理、适用条件、计算公式工程中朗肯土压力计算4）库伦土压力理论：基本原理、适用条件、计算公式6地基承载力要求：1）地基破坏模式2）地基的临塑荷载、临界荷载的定义、计算3）地基极限荷载的定义、计算：普朗达尔、太沙基、汉森公式4）地基容许承载力和地基承载力特征值7土坡和地基的稳定性要求：1）无粘性土坡的稳定性计算2）粘性土坡的稳定性计算：整体稳定分析法、条分法三.学习计划安排四.教材及参考书1．土力学（第二版），东南大学等校合编，中国建筑工业出版社，2005 2．土质学与土力学，洪毓康，人民交通出版社。

第八章地基承载力计算用鼠标点击文件菜单下新建项目或点击工具按钮，也可使用快捷键CTRL+N，软件将弹出如图对话框：图8- 1用户在图框中“全部”页面选中地基承载力计算这一项并双击鼠标左键即可，为了快速进入该计算项目，用户也可先点击“地基强度”页面，然后再在其中选择地基承载力计算这一项并双击鼠标左键。

软件将出现如下的窗口：图8- 2根据地基土的抗剪强度指标c，φ计算地基承载力。

包括以下方法：1、国家规范公式：GBJ7-89：5.1.4；2、上海规范公式：DBJ08-11-89：4.2.2；3、临塑荷载公式；4、Prandtl公式；5、Terzaghi公式；6、Hanson公式在该窗口的左上角，用户可通过按钮选择承载力计算方法，然后按下面的步骤进行土层承载力计算。

1、国家规范公式选择国家规范方法后，按窗口中的提示输入：基础宽度、矩形基础长度（对于条基可不填）、基础埋深和地下水位埋深，并逐层输入土层厚度、重度、内摩擦角、内聚力，输入完成后窗口如下图所示。

图8- 3数据输入完成后，用鼠标单击根据栏中的按钮或菜单栏中的“承载力”（或F4功能键）即可完成承载力计算，同时在文本输出窗口给出计算结果如下图。

图8- 42、上海规范公式选择上海规范方法后，按窗口中的提示输入：基础宽度、矩形基础长度（对于条基可不填）、基础埋深和地下水位埋深，并逐层输入土层厚度、重度、内摩擦角、内聚力，输入完成后窗口如下图所示。

图8- 5数据输入完成后，用鼠标单击根据栏中的按钮或菜单栏中的“承载力”（或F4功能键）即可完成承载力计算，同时在文本输出窗口给出计算结果如下图。

图8- 63、临塑荷载公式图8- 7选择临塑荷载公式后，按窗口中的提示输入：基础宽度、矩形基础长度（对于条基可不填）、基础埋深和地下水位埋深，并逐层输入土层厚度、重度、内摩擦角、内聚力，输入完成后窗口如下图4-15所示。

数据输入完成后，用鼠标单击根据栏中的按钮或菜单栏中的“承载力”（或F4功能键）即可完成承载力计算，同时在文本输出窗口给出计算结果如图4-16。

地基承载力特征值
首先，地基的极限承载力是指地基在极限状态下所能承受的最大荷载。

它可以通过现场静载试验、动力触探试验等实验方法得出。

在试验中，通
过测量不同荷载下的地基沉降或变形，推算出地基的极限承载力。

极限承
载力特征值常用于设计中，用于确定结构物的安全性。

其次，地基的安全承载力是指地基在安全状态下所能承受的最大荷载。

安全承载力是极限承载力的一部分，考虑了结构和地基的可靠性。

在设计中，通常采用安全系数来表示地基的安全承载力。

安全系数是极限承载力
与安全承载力之比，根据工程要求和地质条件的不同，可以选取不同的安
全系数。

最后，地基的应变特征值是指试验中地基产生塑性变形的特征值。

应
变特征值可以通过压缩试验、剪切试验等实验方法得出。

在试验中，通过
测量地基的应变变化曲线，推算出地基的应变特征值。

应变特征值能够反
映地基的变形特性，对于评估地基的稳定性非常重要。

地基承载力特征值的确定对于土木工程的设计和施工具有重要意义。

准确地估计地基承载力特征值可以保证结构物的安全性，避免出现结构沉
降和变形过大等问题，保护人员和财产安全。

因此，工程师在进行地基设
计时应该充分考虑地基承载力特征值，结合工程要求和地质条件合理选择
安全系数，确保土建工程的可靠性和稳定性。

土是由完整坚固岩石答：强度低；压缩性大；透水性大。

）多相性3）成层性4）变异性【其自土的工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称y与土粒粒径x的关系为y=0.5x，6，土体级配不好（填好、不好、一般）。

）土的密度测定方法：环刀法；2）土的含水量测定方法：=m/v；土粒密度sat=（mw+ms）/v；浮重；4.35g/ cm3。

1.塑限：粘性土2.液限：粘性土由可塑状态变化到流动状态的分界含水量，称为液限。

用“锥式液限仪”测定；3.塑性（1）粘性土受悬浮状态而失稳，则产生流沙现象；处理方法为采用人工降低地下水位的方法进行施工。

2.路堤两侧有水位差时可能产生管涌现象；原因是水在砂性土中渗流时，土中的一些细260 g，恰好成为液态时质量为m/s，则当2动水力答：其主要原因是，冻结时土中,水的因素，温度的因素第三章土中应力计算3）荷要来源于季节性冻土的冻融，影响因素如下：1.土的因素：土粒较细，亲水性强，毛细作用明显，水上升高度大、速度快，水分迁移阻力小，土体含水量增大，导致强度降低，路面松软、冒泥；2.水的因素：地下水位浅，水分补给充足，所以冻害严重，导致路面开裂；3.温度的因素。

冬季温度降低，土体冻胀，导致路面鼓包、开裂。

春季温度升高，。

2m，宽1m，自重5kN，上部载荷20kN，当载荷轴线与矩形中心重合1/12土土体中的总【】压缩试验过程：现场1.装置；2.实验方法：P1=const p1=rd s1；P2=const p2 s2；；3.加载及观测标准：（1）n>=8；（2）在每级荷载下定时观测下沉速率《=0.1mm\h（连续两个小时可以提高荷载级数）4.破坏标准：(1)承压板周围的土明显侧向挤出或产生裂缝(2)p-s曲线出现陡降(3)在某级荷载下，24小时内某沉降速率仍=0.08b（荷载板宽或直径）,即静力法和动力法；前者采用静三轴仪，测得二是土的压缩特1.计算结果更精1.渗透系数2.压缩模量ES值3.时间4.渗流路径。

地基承载力特征值、地基承载力设计值、地基承载力标准值关系一、原因与钢、混凝土、砌体等材料相比，土属于大变形材料，当荷载增加时，随着地基变形的相应增长，地基承载力也在逐渐加在，很难界定出下一个真正的“极限值”，而根据现有的理论及经验的承载力计算公式，可以得出不同的值。

因此，地基极限承载力的确定，实际上没有一个通用的界定标准，也没有一个适用于一切土类的计算公式，主要依赖根据工程经验所定下的界限和相应的安全系数加以调整，考虑一个满足工程的要求的地基承载力值。

它不仅与土质、土层埋藏顺序有关，而且与基础底面的形状、大小、埋深、上部结构对变形的适应程度、地水位的升降、地区经验的差别等等有关，不能作为土的工程特性指标。

另一方面，建筑物的正常使用应满足其功能要求，常常是承载力还有潜力可挖，而变形已达到可超过正常使用的限值，也就是变表控制了承载力。

因此，根据传统习惯，地基设计所用的承载力通常是在保证地基稳定的前提下，使建筑物的变形不超过其允许值的地基承载力，即允诺承载力，其安全系已包括在内。

无论对于天然地基或桩基础的设计，原则均是如此。

随着《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）施行，要求抗力计算按承载能力极限状态，采用相应于极限值的“标准值”，并将过去的总安全系数一分为二，由荷载分项系数和抗力分项系数分担，这给传统上根据经验积累、采用允许值的地基设计带来了困扰。

《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）以承力的允许值作为标准值，以深宽修正后的承载力值作为设计值，引起的问题是，抗力的设计值大于标准值，与《建筑可靠度设计统一标准》（GB50068－2001）规定不符，因此本次规范进行了修订。

二、对策《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068－2001）鉴于地基设计的特殊性，将上一版“应遵守本标准的规定”修改为“宜遵守本标准规定的原则”，并加强了正常使用极限状态的研究。

而《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）也完善了正常使用极限状态的表达式，认可了地基设计中承载力计算可采用正常使用极限状态荷载效应标准组合。