ZhiyiHuang
浅论土的压缩性与地基沉降地基承载力是指地基土单位面积上所能承受的荷载，这是土力学的重要问题之一。由于地基土的复杂性，要准确地确定地基极限承载力也是比较复杂的问题。本章学习地基在外荷裁作用下的破坏形式，地基的临塑荷载、临界荷载与极限荷载，确定地基承载力的理论公式、地基承载力设计值的确定和影响地基承载力的因素，要求掌握地基承载力的确定与计算，并从这些计算公式中了解影响地基承载力的因素。第一节 概述地基随建筑物荷载的作用后，内部应力发生变化，表现在两方面：一种是由于地基土在建筑物荷载作用下产生压缩变形，引起基础过大的沉降量或沉降差，使上部结构倾斜，造成建筑物沉降；另一种是由于建筑物的荷载过大，超过了基础下持力层土所能承受荷载的能力而使地基产生滑动破坏。因此在设计建筑物基础时，必须满足下列条件：地基： 强度——承载力——容许承载力变形——变形量（沉降量）——容许沉降量一、几个名词1、地基承载力：指地基土单位面积上所能随荷载的能力。地基承载力问题属于地基的强度和稳定问题。2、容许承载力：指同时兼顾地基强度、稳定性和变形要求这两个条件时的承载力。它是一个变量，是和建筑物允许变形值密切联系在一起。3、地基承载力标准值：是根据野外鉴别结果确定的承载力值。包括：标贯试验、静力触探、旁压及其它原位测试得到的值。4、地基承载力基本值：是根据室内物理、力学指标平均值，查表确定的承载力值，包括载荷试验得到的值）。通常5、极限承载力：指地基即将丧失稳定性时的承载力。二、地基承载力确定的途径目前确定方法有：1．根据原位试验确定：载荷试验、标准贯入、静力触探等。每种试验都有一定的适用条件。2．根据地基承载力的理论公式确定。3．根据《建筑地基基础设计规范》确定。根据大量测试资料和建筑经验，通过统计分析，总结出各种类型的土在某种条件下的容许承载力，查表。一般：一级建筑物：载荷试验，理论公式及原位测试确定f；二级建筑物：规范查出，原位测试；尚应结合理论公式；三级建筑物：邻近建筑经验。三、确定地基承载力应考虑的因素地基承载力不仅决定于地基的性质，还受到以下影响因素的制约。1．基础形状的影响：在用极限荷载理论公式计算地基承载力时是按条形基础考虑的，对于非条形基础应考虑形状不同地基承载的影响。2．荷载倾斜与偏心的影响：在用理论公式计算地基承载力时，均是按中心受荷考虑的，但荷载的倾斜荷偏心对地基承载力是有影响的。3．覆盖层抗剪强度的影响：基底以上覆盖层抗剪强度越高，地基承载力显然越高，因而基坑开挖的大小和施工回填质量的好坏对地基承载力有影响。4．地下水的影响：地下水水位上升会降低土的承载力。5．下卧层的影响：确定地基持力层的承载力设计值，应对下卧层的影响作具体的分析和验算。6．此外还有基底倾斜和地面倾斜的影响：地基土压缩性和试验底板与实际基础尺寸比例的影响。相邻基础的影响，加荷速率的影响和地基与上部结构共同作用的影响等。在确定地基承载力时，应根据建筑物的重要性及结构特点，对上述影响因素作具体分析。第二节 地基的变形和失稳一．临塑荷载Per和极限承载力Pu现场荷载试验表明：地基从开始发生变形到失去稳定的发展过程，典型的S－P曲线可以分成顺序发生的三个阶段，即压密变形阶段（oa）、局部剪损阶段（ab）和整体剪切破坏阶段（b以后）见图8－2（见教材P275），三个阶段之间存在着两个界限荷载。第一个界限荷载（临塑荷载Per）：就是指基础下的地基中，塑性区的发展深度限制在一定范围内时的基础底面压力。当P＞Per标志压密阶段进入局部剪损阶段。第二个界限荷载（极限承载力Pu）：当地基土中由于塑性的不断扩大，而形成一个连续的滑动面时，使得基础连同地基一起滑动，这时相应的基础底面压力称为极限承载力Pu。当P＞Pu标志着地基土从局部剪损破坏阶段进入整体破坏阶段，地基丧失稳定。二．竖直荷载下地基的破坏形式在荷载作用下，建筑物由于承载能力不足而引起的破坏，通常是由于基础下持力层土的剪切破坏所造成的，而这种剪切破坏的形成一般又可分为整体剪切、局部剪切和冲剪三种。1．整体剪切破坏的特征：当基础上的荷载较小时，基础压力与沉降的关系近乎直线变化，此时属弹性变形阶段，如图中oa段。随着荷载的增大，并达到某一数值时，首先在基础边缘处的土开始出现剪切破坏，如图中a点。随着荷载的增大，剪切破坏地区也相应的扩大，此时压力与沉降关系呈曲线形状，属弹性塑性变形阶段，如图ab段。若荷载继续增大，越过b点，则处于塑性破坏阶段。2．局部剪切破坏的特征：局部剪切破坏的过程与整体剪切破坏相似，破坏也从基础边缘下开始，随着荷载增大，剪切破坏地区也相应地扩大。区别：局部剪切破坏时，其压力与沉降的关系，从一开始就呈现非线性的变化，并且当达到破坏时，均无明显地出现转折现象。对于这种情况，常取压力与沉降曲线上坡度发生显著变化的点所对应的压力，作为相应的地基承载力。3．冲剪破坏的特征：它不是在基础下出现明显的连续滑动面，而是随着荷载的增加，基础将随着土的压缩近乎垂直向下移动。当荷载继续增加并达到某数值时，基础随着土的压缩连续刺入，最后因基础侧面附近土的垂直剪切而破坏。冲剪破坏的压力与沉降关系曲线类似局部剪切破坏的情况，也不出现明显的转折现象。 
如需要，请百度联系。结构工程和它的历史结构工程师，负责工程设计和分析。入门级结构工程师可以设计单一的结构构件例如，梁，柱，和建筑物的地板。更多经验丰富的工程师将负责结构设计和完整的一个整体的系统，如一栋建筑的设计。结构工程师往往专注于特定领域，如桥梁工程，建设工程，管道工程，工业结构或特殊结构。自从人类第一次开始建造自己的结构建筑设计就存在了。在19世纪后期随着建筑行业有别于工程专业的工业革命的出现，它成为一个更加明确和正式职业。在此之前，建筑师和结构工程师往往是同一个没有区别的，那就是建筑师。要不是对出现在19世纪和20世纪的结构理论理解，专业的结构工程师就不会存在。现在的结构工程师涉及一个重要理解，不仅是对静态和动态载荷，还有对可有效的抵御荷载的结构。现代结构的复杂性往往需要大量的工程的创新，以确保结构的需求和抵御他们遇到的荷载。被认为完全合格结构工程师通常有4年或5年的本科学位，并进行了至少有三年的专业实践。结构工程师都是被在世界各地不同的学术团体和管理机构（例如在英国的结构工程师学会）许可或认可。根据他们已研究的不同的学位课程，和（或）他们寻求许可的管辖范围内，他们可能会认可（或授权）为结构工程师，土木工程师，或土木和结构工程师。 在我们跨入21世纪和新的千年的时候20世纪给我们带来的对我们今天和我们应该会对未来的影响是值得思考的。正如一次由已故的查尔斯米勒在马萨诸塞州理工学院麻省理工所提出的：不是试图预测未来，更重要的是要决定什么未来应被和试图影响改变这一方向前进。即使这是一个个人的事情，什么人认为理想的功能可能相当不同别人将选择。材料里代表了作者的个人意见，这是不可避免地偏向自己的背景和教育。这是甚至在选择名称土木工程，使影响他们的职业。在试图选择的时候只有少数几个人再次被个人的感受和背景影响。不要试图提出一个全面的或详尽的清单。提到的名字是唯一的例子。同样是不完整的名单可能提到处理结构工程，结构，结构模型， 或建筑环境，所有被Grigg所使用的术语等。新技术使全球通信便利在地理上分散世界各地区进行并行工作的不同小组很舒适。这变化在一些大工程的设计中进行。从教育角度看，新的通讯工具，如互联网和电子邮件补充了较为传统的教学方法。结合计算能力，它们允许创建虚拟实验室，学生可以进行虚拟实验这些现象是众所周知的，因此可以模拟，如将受力情况在课堂演示。显然，研究工作涉及新的发现，对于未知的现象，还需要物理实验。虚拟实验或计算机模拟目的是为了教育，他们可以重复的方便每一个学生，很容易改变形状和材料，观察这些因素变化的影响，并在实践中学习和观察。各种结构工程手册出版于20世纪，从基德尔-帕克建筑师和建筑工地手册（首次出版于1884年） （帕克1931年） ，以盖洛德和盖洛德（1968年，1990年）或陈（1997年） ，通过他们提供的章节标题及其内容可以很好的了解演变史在这段时间里的详细情况。虽然有些题目是共同的，但这些手册有不同的章节来解决各种主题。因此，有必要阅读所有最近的例子，以便获得完整的结构工程经验。同样有启发的提供课程，他们的描述，在目录中的民用工程部门的领导特别是最进步的那些愿意纳入新科目的早期大学 ，以及在任何特定时间这些机构的研究项目进展情况的清单。本文没有试图提出一个详尽的清单，所有主要的事态发展已经发生。讨论仅限于那些与作者熟悉的设计者。因此，他们自己的教育和背景再次偏见选择。 结构工程至少可以追溯到公元前2700年，也就是在Imhotep为法老Djoser建造阶梯金字塔的时候。Imhotep是在历史上被人知道的第一个工程师的名字。金字塔是最常见的古代文明建造的主要建筑物，因为金字塔的结构形式非常稳定，并且几乎可以认为无限规模（相对于其他大多数不能按线性比例增加负荷结构形式）。纵观整个古代和中世纪历史大多数建筑设计和工匠建造的建筑物，如石匠和木匠，这提升了建筑师的作用。没有结构理论的存在，和对如何使结构站立的理解极为有限，和几乎完全参照了“先做都什么的”经验，知识被行会保留并很少取代的进步。结构是重复的，增加的只是规模。 没有最早计算结构构件强度或结构材料性能的记录，专业的结构工程师才真正形成了工业革命和重新发明混凝土（见混凝土的历史）。结构工程的物理科学开始被理解于文艺复兴时期，并已发展至今。我们已经在早先的区间中尝试提供一些在结构的不同类型中的总的看法，这篇文章讨论的是在20世纪期间的主题-结构工程我们一定了解，然而，意味深长的是土木结构在建造的时候没有一个适当的基础和设计，能够幸存的不能够忽视恰恰因此而推进了在施工中运用土力学的方法。虽然库仑， 兰金，等其他人参与土相关的重要问题的讨论，使土力学在20 世纪当作一独立的学科出现并快速地扩大，这应归功由卡尔 •太沙基的贡献，在得到全世界的普遍认可后逐渐使我们能够理解土在不同情况下的特性并且以数字表示地预测。他们的行为已经是不可忽略的，它已经导致基础的一些不同类型的更安全而且更多可靠设计、设计和很多土坝和土如何影响地震运动的特性和结构的动态回应的理解的构造。不幸地，结构的设计和它的基础之间的需要的集成仍然缺乏。土壤力学的野外的扩大有对岩土工程方面名称的改变的，一些训练的创造或面积：举例来说，岩土地震工程学或 环境地质工程，而且在专业的水平仪的加宽间隙ASCE，在结构的和岩土工程师之间是使更恶化的情形。我们了解由几何变动产生的影响，由变形和位移造成的负荷，结构的刚度与稳定性在20世纪已经取得了重大的进展，超越了简单的欧拉屈曲概念。设计师季莫申科和Bleich提供的估算结构构件的屈曲荷载在各种不同的负荷条件下的计算方法：板，壳，和水管。这种方法被大量的研究人员在在更实际的层面上延伸，以更加严格数学公式与实验工作和简化程序，区分之间的分歧和屈曲和极限点的可能性预测都从一个单一的制定得到了澄清。预测屈曲载荷能力的一个完整的理论而不是考虑每个栏作为一个单独的实体，不同的屈曲载荷的又一重要改善。取得了很大的进展的研究壳屈曲和非线性不稳定。然而，许多的简化模式和类比在实践中使用，在工作中有时混淆的工程师，他们认为作为一个稳定的力量，而不是一个刚度审议并导致不适当的估计屈曲动力荷载下的影响。弹塑性分析也在20世纪被拓展，其意思是估计最终的负荷和故障条件相对简单的模型，预测在某些情况下，上限或下限的界限。因此，有疲劳分析和断裂力学，再次使有限元方法大大改变了非线性行为的方法进一步使非线性材料性质或变化几何（稳定性考虑）得到了研究。由唯一能够预测的极限荷载和失败相对简单的机制所代替，大会的成员或以估计屈曲荷载下了一些简化假设，一个现在可以遵循的行为，作为一个复杂的结构增加的负荷，并进行非弹性变形，直到限制条件是达成共识。这是一个非常重要的能力，尤其是当考虑极端负载，如地震的最高可靠度，它可能过于昂贵，保持结构的线弹性范围内，或在考虑非线性不稳定或渐进屈曲的管道。在这方面仍有许多工作要做，获得在现有的非线性本构模型的各种材料的可靠性，把三维效果，并描述在处理实际建筑的非结构组件（而不是理想化的平面框架）。
