对承受很大风力或地震力作用的高层建筑或烟囱、水塔等高耸构筑物,作用于建(构)筑物的水平荷载或倾覆力矩很大,又如高压线塔架基础、锚拉基础、挡土墙、堤坝、桥台等,都需考虑其稳定性。对位于斜坡面或坡顶上的建(构)筑物,则需考虑边坡稳定性。对含软弱夹层的地基土、地基土变形范围内存在倾斜基岩面,或基底下存在隐伏软弱结构面时,都可能引起地基稳定性破坏。
(一)地基抗水平滑动的稳定性验算
受到竖向及水平向荷载作用的基础,当水平荷载较大而竖向荷载相对较小时,一般需验算地基抗水平滑动稳定性(图2-6),且应满足下式要求,即:
图2-6 抗水平滑动验算
式中:K——稳定性安全系数,一般K=1.2~1.3;
H——作用于基础顶面的水平力(kN);
P——作用于基础上的竖向荷载(kN);
δ——基底与土接触面摩擦角(°);
c——地基土黏聚力(kPa);
pp——基础侧面被动土压力强度(kPa),或按地震力作用下的被动土压力计算;
dh——基础高度(m);
b、l——基础的宽度与长度(m)。
(二)地基整体滑动稳定性验算
当地基土含软土或软弱夹层时,在竖向及水平向荷载作用下,可能引起地基整体滑动,此时需进行地基整体滑动稳定性验算。
当基础附近地基土可以认为是均质时,一般可简化为平面问题,按圆弧滑动条分法进行验算,如图2-7所示,稳定安全系数K应符合下式要求:
图2-7 地基整体滑动稳定性验算示意图
式中:MR——抗滑力矩(kN·m);
MS——滑动力矩(kN·m)。
一般K=1.2~1.3。
MS=(P-γ·d·b)x+H·z(www.xing528.com)
式中:x——竖向荷载P距滑动圆心的水平距离(m);
z——水平荷载H距圆心的垂直距离(m);
b——基底宽度(m)。
MR=R(∑pi·bi·cosαi·tanφi+∑ci·li)
式中:pi——i土条处压力平均值(kPa);
bi——土条宽度(m);
αi——Ni径向与竖直线夹角(°);
li——i土条弧长(m)。
以上计算忽略了土条自重产生的滑动力及抗滑力对整体稳定的影响,并假设在水平地面下,滑弧通过基础侧底边缘,圆心位于滑动土体垂直平分线上。
对于各类基础所处实际情况,应依土力学有关理论具体分析可能产生的最危险滑动面,不同形式的滑面应满足不同安全系数K值,如当滑动面为平面时,稳定安全系数K值应不小于1.3。
对位于稳定土坡坡顶上的建筑,当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于等于3m时,其基底面外边缘线至坡顶的水平距离(图2-8)应符合以下要求,且不得小于2.5m:
图2-8 基础底面外边缘线至坡顶的水平距离示意图
式中:a——基础底面外边缘线至坡顶的水平距离(m);
b——垂直于坡顶边缘线的基础底面边长(m);
d——基础埋深(m);
β——坡角(°)。
当坡角大于45°、坡高大于8m时,尚应按式(2-26)进行坡体稳定性验算。
在进行天然地基计算的过程中,各种因素、计算参数及计算方法往往互相关联、相互制约,应对多种因素,特别是最不利的情况进行充分的分析、判断。例如:某建筑物持力层为不均质黏土,其下卧层为压缩性较高的粉质黏土,按地基承载力进行有关计算后,上部结构未采用加强措施,结果墙身开裂,其原因是计算时未考虑地基变形,基础局部倾斜超过允许值。可见,仅仅按地基承载力计算地基又不验算地基变形,则可能造成事故。
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