土力学问题释疑

1 地基承载力
1.1 地基承载力术语
地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力，以KPa计。

从土力学的最基本概念来划分，地基承载力有极限承载力和容许承载力之分。

通常把地基濒临失稳破化时地基土单位面积上所能承受的最大荷载称为极限承载力（Pu）。

地基容许承载力是指考虑一定安全储备后的地基承载力，由地基极限承载力除以安全系数得到地基容许承载力。

按照我国的设计习惯，容许承载力一词实际上包括了两种含义。

一种仅指取用的承载力满足强度和稳定性的要求，在荷载作用下地基土尚处于弹性状态或仅局部出现塑性，取用的承载力值距极限承载力有足够的安全度；另一种含义是指不仅满足强度和稳定性的要求，同时必须满足建筑物的允许变形的要求，即同时满足变形的要求。

前一种概念完全限于地基承载力的取值问题，是对强度和稳定性的一种控制标准，是相对于极限承载力而言的；后一种概念是对地基设计的控制标准，地基设计必须同时满足强度和变形两个问题，缺一不可。

这两个概念说的并不是同一范畴的问题，但由于都使用了“容许承载力”这一术语，容易混淆概念。

极限承载力可以用极限承载力公式计算，例如太沙基（Terzaghi)公式和汉森（Hansen)公式都是极限承载力公式，地基极限承载力也可以通过平板载荷试验求得。

比例界限是指平板载荷试验的p--s曲线上，相应于直线段终点的压力值，是从试验结果取用地基承载力的一种方法，是容许承载力的一种试验值。

临塑荷载或P¼荷载是俄罗斯学者普则列夫斯基用弹塑性混合法求解的一种结果，表示地基中塑性区开展的深度为零或为基础宽度的¼时分别对应的压力值，可以作为容许承载力的一种计算值。

《建筑地基基础设计规范》所用的地基承载力计算公式就是经过修正的P¼公式。

地基承载力的基本值是《建筑地基基础设计规范》（GB50007-89）曾经使用过的一个术语，是从地基承载力表中查得但尚未经过统计修正的地基承载力数值，按其属性是容许承载力。

现在由于地基承载力表已从规范中取消了，这个术语也应经退出了历史舞台。

地基承载力特征值是《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）提出的一个术语。

根据本规范的规定，其定义为“指由载荷试验测定的地基土压力变化
曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值”，按其属性仍然是强度条件下的地基容许承载力，因为在荷载试验的p--s 曲线上所取的地基变形不同于实际建筑物的变形，不能认为这种承载力必然满足建筑物的容许变形值的要求。

地基承载力标准值与地基承载力设计值都是按概率极限状态原值设计的术语。

概率极限状态设计是《建筑结构可靠度设计统一标准》规定的基本设计原则，地基承载力标准值是极限承载力的代表性数值，而设计值使用在设计表达式中，其值等于标准值除以分项系数。

按照概率极限状态设计的原理，抗力分项系数是大于1的，因此抗力的设计值必然小于抗力的标准值。

1.2 地基承载力特征值
地基承载力与上部结构的承载力概念不同，它与地基变形密切相关。

地基承载力是指地基所能承受的荷载。

一般分为极限承载力和承载力特征值。

地基处于极限平衡状态时所能承受的荷载即为极限承载力。

从结构设计出发，不仅要考虑建筑地基是否处于安全状态，同时还应考虑是否发生过大的沉降和不均匀沉降。

在确保地基稳定的前提条件下，同时满足建筑物实际所能承受的变形能力，此时的承载力通常称为地基承载力特征值（或容许承载力）。

规范第2.1.3条，地基承载力特征值是由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。

在地基承载力特征值的确定过程中强调了变形控制，地基承载力不再是单一的强度概念，而是一个满足正常使用要求（即与变形控制相关）的土的综合特征指标。

条文说明第2.1.3条：本次修订采用“特征值”一词，用以表示正常使用极限状态计算时采用的地基承载力和单桩承载力的设计使用值，其涵义即为在发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值，以避免过去一律踢“标准值”时所带来的混淆。

（《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第2.1.9条，单桩竖向承载力特征值为单桩竖向极限承载力标准值除以安全系数后的承载力值。

）
1.3 地基承载力特征值的修正
1.3.1 规范第5.
2.4条
当基础宽度大于3m 或埋置深度大于0.5m 时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：
(3)(0.5)a ak b d m f f b d ηγηγ=+-+-
式中：b η、d η—基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表5.2.4取值；
γ—基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；
b—基础底面宽度，当基础底面宽度小于3m是按3m取值，大于6m 时按6m取值；
d—基础埋置深度，宜自室外地面标高算起。

在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。

对于地下室，当采用箱型基础或筏型基础时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。

（宽度修正考虑了应力扩散效应，深度修正考虑了上覆土体层的压应力与边载作用共同的影响（朱炳寅：土体的受力状态）。

）
1.3.2 对基础埋深d的释疑
此处的基础埋置深度是指地基承载力修正所需的数值，不完全等同于基础的
d。

实际埋深，为便于与实际埋深相区别，此处可称为计算埋深
e
基础埋置深度的计算问题，其本质是对地基承载力特征值的修正提高问题。

对填方整平地区的基础埋深的计算，规范依据填土的时机确定填方对地基承载力特征值的影响，先期填土（在结构施工前完成）对地基承载力有一定的压密提高作用（长期压密对地基承载力的提高，与填土年限及地基土类别有关），而后填土（在上部结构施工后完成）则不考虑其对地基承载力的压密提高作用，仅作为地面超载考虑。

在基坑开挖前，受土体自重应力的作用，土样处于三向应力状态，基坑开挖和土样采集过程中，土体受到扰动，已改变了其实际的受力状态，为弥补土工试验及现场浅层平板载荷试验与土样实际受力情况的差异，应考虑基础埋置深度对地基承载力的影响，关注的是土颗粒所受到的其上土层自重应力的影响（受地下水影响时，应计算土颗粒实际受到的上部土体的自重应力，即按有效重度考虑）。

f按深层载荷试验法（深层平板载荷试验、螺旋板载荷试当地基承载力特征值
ak
η=。

验）确定时，不应再进行深度修正，0
d
d
1.3.3 基础的埋置深度计算
e
“对于地下室，如采用箱型基础或筏型基础时，埋置深度自室外地面标高算起”是有条件的，只有当基础底面地基反力的平均值不小于挖去的原有土重时，才可按上述规定计算。

当为超补偿基础（即建筑物的重量小于挖去的土重，这种情况一般出现在地基承载力较低的及大面积纯地下室结构中）时，应按建筑物重
量的等效土层厚度计算基础等效埋置深度e d ，并取d=e d 。

对于所有各类带地下室（底面有软垫层的地下室除外）基础的埋置深度计算，均可按基底标高处实际反力q 来确定基础的等效埋深e d ，e d =m q γ，需同时满足条件e d ≤d （基础实际埋置深度）。

对于地下室的底面防水板下有软垫层的基础埋置深度，应按软垫层下的实际地基反力q （防水板自重、地下室涤棉建筑作法重及地下室地面的活荷载按《建筑结构荷载规范》第4.1.2条要求折减后的数值）来确定基础的等效埋深e d ，m q γ=m q γ。

对于主裙楼一体的结构，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。

1.4 地基承载力理论公式
在《建筑地基基础设计规范》中，计算地基承载力特征值的理论公式是临塑荷载P ¼ 公式，这个公式来源于前苏联《建筑法规第二卷第二篇，第一章房屋及建筑物地基设计标准》。

这个公式是有俄罗斯学者普则列夫斯基推导的，在平面应变条件下，根据弗拉曼课题应力解的极坐标表示的主应力满足极限平衡状态时主应力间的关系。

1.4.1 布辛奈斯可解（竖向集中力作用下附加应力分布）
在弹性半空间表面上作用一个竖向集中力时，半空间内任一点处所引起的应力和位移的弹性力学解答由法国J.布辛奈斯克（Bussinesq,1885）做出的。

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P yz Py R R ττθππ==-⋅=-
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ττθππ==-⋅=-
1.4.2 均布条形荷载作用下附加应力分布
1.4 地基极限承载力。