地基極限承載力

地基承載力的確定既是岩土工程專業的初級入門問題之一，也是高級階段的最終難題之一。可以講，地基承載力的問題伴隨著土力學的發展。地基承載力的確定，一般有現場原位試驗、理論公式、實測數理統計以及從地基規範承載力表中查取等幾種。

基本介紹

• 中文名：地基極限承載力
• 外文名：ultimate bearing capacity of ground
• 學科：工程地質學
• 釋義：承受荷載而不發生破壞的極限能力
• 領域：土木工程
• 影響因素：土的性質、埋置深度、寬度、形狀

定義

地基承受建築物載荷作用後，內部應力發生變化。一方面附加應力引起地基內土體變形，造成建築物沉降，另一方面引起地基內土體的剪應力增加。當某一點的剪應力達到土的抗剪強度時，這一點的土就處於極限平衡狀態。若土體中某一區域內各點都達到極限平衡狀態，就形成極限平衡區，或稱為塑性區。如載荷繼續增大，地基內極限平衡區的發展範圍隨之不斷增大，局部的塑性區發展成為連續貫穿到地表的整體滑動。這時，基礎下一部分土體將沿滑動面產生整體滑動，地基失去穩定。

地基承受載荷的能力成為地基的承載力，通常區分為兩種承載力。一種為極限承載力，是指地基即將喪失穩定性時的承載力，另一種稱為容許承載力，它是指地基穩定有足夠的安全度並且變形控制在建築物容許範圍內時的承載力。

目的

研究地基極限承載力的目的，在於工程設計中必須限制建築物基礎底面的壓力，不僅不容許達到地基極限承載力，而且還必須具備一定的安全度，以保證地基不會發生滑動破壞；同時也使建築物不致因基礎產生過大的變形影響其正常使用。因此，確定地基極限承載力是工程實踐中迫切需要解決的問題，也是土力學理論中的重要內容之一。

確定方法

確定地基極限承載力的方法主要有兩種：

①現場試驗方法。在建築物施工現場進行載荷試驗，這實際上是一種基礎載入的模擬試驗，可以得到地基極限承載力值。載荷試驗的優點是能較好地反映實際情況，但荷載板尺寸常較實際基礎為小，因此，得到的結果與實際情況仍有差別。此外，也有在現場利用其他原位測試手段，如標準貫入試驗、靜力觸探試驗、旁壓儀試驗，在建立了地區性相關關係後，也可得到地基極限承載力值。

②理論計算方法。研究地基極限承載力的計算理論是土力學的重要課題之一。L.普朗特在1920年首先根據極限平衡理論導出了條形基礎的極限承載力計算公式。普朗特在推導公式時，假定基礎底面與土之間是光滑的、基礎下土是無重量的介質，這樣得到的滑動面是由兩組平面及中間過渡的對數螺旋曲面組成。由於普朗特所做的假定條件與實際不符，故其結果是粗略的。在此以後，不少學者在他的研究基礎上作了進一步的修正和發展。40年代K.泰爾扎吉（一譯太沙基）根據普朗特的基本理論，提出了考慮基礎下土自重的極限承載力公式。50年代G.G.邁耶霍夫提出了適用於深基礎的極限承載力公式，他認為土中滑動面可以延伸到基礎底面以上的土中，但在求解時還存在著數學上的困難。只能採用簡化方法求解。

計算方法

上述幾種極限承載力的計算方法，都假定地基土是不可壓縮的剛塑性體，所以只適用於地基是整體剪下破壞情況。若地基比較軟弱時，將可能發生局部剪下破壞或沖剪破壞，在這種剪下破壞過程中土體將發生壓縮變形，這時若仍用上述方法計算極限承載力將會得到偏大的結果。泰爾扎吉建議對局部剪下破壞情況，可以近似地採用減小土的抗剪強度指標的辦法，對原式進行修正。70年代A.S.維西克提出了可以判別地基三種剪下破壞形式的剛度指標，並且還引入了壓縮影響係數來考慮局部剪下破壞或沖剪破壞時土的壓縮變形影響。因此，維西克所提出的地基極限承載力公式在是較為合理的。

上述的各種地基極限承載力Pu的計算方法都可以寫成如下形式： 式中第一項表示基礎底面下滑動土體重量的影響，它與基礎寬度B及基底以下土的容重γ有關；第二項表示基礎兩側超載qa=γd的影響；第三項表示土的內聚力c的影響。其中 Sγ、Sq、Sc為基礎的形狀係數；Nγ、Nq、Nc分別為承載力係數，它們是土的內摩擦角嗘的函式,但不同的計算公式具有各自的承載力係數表達式。因此，影響地基極限承載力的因素包括：基礎的寬度和埋置深度 (d)、地基土的容重及抗剪強度指標等。

地基極限承載力

上述公式是根據條形基礎的理論建立的。對於條形基礎形狀係數Sγ、Sq、Sc均為單位值。對於方形、矩形及圓形基礎，形狀係數應分別採用適當的數值。

在工程實踐中套用地基極限承載力的計算公式時，必須綜合考慮下述幾方面因素：①理論上的嚴密性及有無實際使用經驗;②考慮的因素是否與工程要求相符;③土的均勻性影響及土的抗剪強度指標的選用；④在使用上是否簡便。在選用安全係數時，應該考慮到建築物的類型和重要性、建築物的容許變形值、建築地區的地質條件及地基勘探情況、土的抗剪強度試驗方法以及不同的計算公式對安全度的要求。

地基極限承載力

確定地基極限承載力的問題尚未得到圓滿解決，今後在理論研究方面，特別是對於深基礎的極限承載力計算，應考慮到高應力狀態下對土的性能的影響，應該採用曲線型的土的抗剪強度破壞包絡線和考慮土壓縮性的影響。理論研究還要更密切地結合土的實際性能，積累更多的實踐觀測結果，以提高理論公式的實用性。在現場載荷試驗方面，應該考慮荷載板的尺寸效應對試驗結果的影響；水下及深層載荷試驗的測試技術問題也有待改進。在研究地基極限承載力問題中，理論分析和原位測試應該緊密結合。

影響因素

（1）滑裂土體自重所產生的抗力

此種抗力的大小除了決定於土的容重和內摩擦角以外，還決定於滑裂土體的體積。

（2）基礎兩側均布載荷q所產生的抗力

此種抗力的大小，除決定於側面載荷q外，還與滑裂體內q的分布範圍有關，也就是受滑裂面形狀的影響。

（3）滑裂面上的粘聚力c所產生的抗力

此種抗力大小首先決定於土的粘聚力c，其次決定於滑裂面的長度。滑裂面的長度也就是滑裂面的形狀，它與土的內摩擦角有關。