整體剪下破壞

在基礎荷載作用下，地基發生連續剪下滑動面的一種地基破壞形式。其破壞特徵是，當基礎荷載達到某一數值時，首先在基礎邊緣的土體發生剪下破壞，隨著荷載的增加，剪下破壞區不斷擴大，最後在地基中形成連續的滑動面，基礎急劇下沉並向一側傾倒， 基礎兩側的地面向上隆起。

密實的砂土和硬粘土較可能發生這種破壞形式。

基本介紹

• 中文名：整體剪下破壞
• 外文名：general shear failure
• 發生原因：地基豎向承載力不足
• 套用：地基承載力深度修正
• 學科：土木工程

定義簡述

根據試驗研究，地基因豎向承載力不足引起的破壞有三種形式：整體剪下破壞、局部剪下破壞和沖剪破壞。

整體剪下破壞的特徵是：當建築物荷載較小時，建築物的基礎下會形成一個如圖1-a的三角形壓密區Ⅰ，隨同基礎壓入土中，這時基底壓力p與沉降s基本上呈直線關係，屬於線性變形階段，如圖1-b中的oa段。隨著荷載增加，壓密區Ⅰ向兩側擠壓，土中產生塑性區，塑性區先在基礎邊緣產生，然後逐步擴大形成圖1-a中所示的Ⅱ，Ⅲ塑性區。這時基礎的沉降增長率較前一階段增大，故p-s曲線呈曲線關係，屬於彈塑性變形階段，如圖1-b中的ab段。當荷載達到一定值後，土中形成連續滑動面，並延伸到地面，土從基礎兩側擠起並隆出，基礎沉降急劇增加，整個地基失穩破壞。這時p-s曲線上出現明顯的轉折點b，其相應的荷載稱為極限荷載p_u。

整體剪下破壞時常發生在淺埋基礎下的密砂或硬黏土等堅實地基中。

地基的剪下破壞形式，除了與地基土的性質有關外，還同基礎埋置深度、加荷速率等因素有關。如：在密砂地基中，一般常發生整體剪下破壞，但當基礎埋置較深時，在很大荷載作用下密砂就會產生壓縮變形，也可能產生沖剪破壞；在軟粘土中，當加荷速度較慢時會產生壓縮變形而產生沖剪破壞，但當加荷很快時，由於土體來不及產生壓縮變形，就可能發生整體剪下破壞。

基於整體剪下破壞的地基承載力深度修正

深度修正實質

根據太沙基承載力理論，破壞時理論上的塑流邊界為如圖2所示的abcd和a′bc′d′，其中Ⅰ為“彈性核”區，隨基礎一起向下移動；Ⅱ為過渡區，一組滑動面為由對數螺線形成的曲面，另一組則是輻射向的曲面；Ⅲ區是被動朗肯區，滑動面是平面，其與水平面的夾角為（45º-ϕ/2）。極限承載力根據彈性楔aa′b的靜力平衡條件確定，很顯然基底水平面以上基礎兩側的超載，會限制滑動面的發展，提高地基極限承載力。根據太沙基承載力理論，極限承載力可近似由下式表示：

圖2基礎埋深形成的超載與地基破壞簡化的滑動面

（1）

式中第3項為基底水平面以上基礎兩側的超載對承載力的貢獻，N_q為無量綱的承載力係數，僅與土的內摩擦角ϕ有關。

《建築地基基礎設計規範》第5.2.4條給出從載荷試驗或其它原位測試、經驗值等方法確定的地基承載特徵值的修正公式如下：

（2）

式中第三項為基礎埋深對承載力的修正項，其原理歸根到底也是基礎兩側的超載對承載力的貢獻。那么基底平面以上基礎兩側多大範圍內的超載（或埋深）對地基承載力的提高起作用呢？由圖2可見，滑動面上部ad及a′d′範圍內的超載會對地基承載力有所幫助。

ad及a′d′範圍為多少呢？先按基底下土內摩擦角ϕ分別為15º和30º求出ad段及a′d′段的長度，再按對數螺線方程求出ac及a′c′的長度，aa′段長度=B(基礎寬度)，計算數據見表1。可見，土內摩擦角ϕ為15º~30º時，基礎兩側的有效超載範圍為2B~4B。同時要注意，式（1）是以超載為連續均布荷載並作用在整個滑動體表面為前提。若基礎兩側為獨立基礎時，通常不宜做深度修正。

表1 有效超載範圍

ϕ	aa′	ab / a′b	ac / a′c′	ad / a'd′
15º	B	0.82B	1.25B	≈2B
30º	B	1.00B	2.47B	≈4B

淺層與深層平板載荷試驗承載力的修正

淺層平板載荷試驗適用於確定淺部地基土層在承壓板下應力主要影響範圍內的承載力，承壓板面積不應小於0.25m²，試驗基坑寬度不應小於承壓板寬度或直徑的3倍（圖3-a）。

圖3、圖4

深層平板載荷試驗適用於確定深部地基土層及大直徑樁樁端土層在承壓板下應力主要影響範圍內的承載力，承壓板採用直徑為0.8m的剛性板，緊靠承壓板周圍外側的土層高度應不少於80cm（圖3-b）。

由圖可見，淺層平板載荷試驗時，其承壓板面兩側無地面超載，由試驗給出的承載力特徵值應根據實際的基礎埋深進行深度修正；而深層平板載荷試驗時，其承壓板面兩側已經有地面超載，由試驗給出的承載力特徵值已反映出地面超載的影響，所以在設計時，不應再進行地基承載力深度修正。

不同情況下承載力深度修正的埋深取值

了解了地基承載力深度修正實質，就能較容易地針對不同的基礎形式及基礎埋深進行承載力修正。

圖4-a：基礎兩側一邊埋深大，一邊埋深小。地基破壞的滑動面會先到達淺的一邊，所以用於深度修正的基礎埋深應取埋深小的計算。

圖4-b：基礎一側在2B~4B 範圍內有兩種埋深，D1>D2。偏於安全考慮，用於深度修正的埋深可取D2 進行計算。

圖4-c：主裙樓連為一體，主樓採用筏形基礎，裙樓採用獨立基礎或條形基礎。用於主樓筏板下地基承載力的深度修正，應自裙樓室內地面算至主樓筏板底；用於裙樓獨立基礎或條形基礎下地基承載力的深度修正，應自裙樓室內地面算至獨立基礎或條形基礎的底面。

圖4-d：主樓與裙樓採用連為一體的筏形基礎。用於深度修正的基礎埋置深度，可取裙房基礎底面以上所有豎向荷載（不計活載）標準值（僅有地下車庫時應包括頂板以上填土及地面重）F（kN/m2）與土的重度γ（kN/m3）之比，即折算深度d=F/γ（m），再取小值進行深度修正。

圖4-e：主裙樓為一體，主體採用筏形基礎，裙樓採用獨立基礎加防水底板。此種情況介於圖c，d 情況之間，簡便、安全的方法是按圖c 情況計算。當柱距較小、而防水板較厚、土質也較好時，可以考慮防水底板的作用，理論上應按防水底板的地基反力，計算出折算深度後，用於深度修正。