一、地基承载力
任何建筑物都建造在一定的地层上，通常把直接承受建筑物荷载影响的那一部分地层称为地基。未经人工处理就可以满足设计要求的地基称为天然地基。如果地基软弱，其承载力不能满足设计要求时，需要对地基进行加固处理，例如采用换土垫层、深层密实、排水固结、化学加固等方法进行处理，经过处理以后的地基称为人工地基。基础是将建筑物承受的各种荷载传递到地基上的下部结构，一般应埋入地下一定深度处，进入较好的地层。图5-1为地基与基础示意图。直接承受基础传来荷载的土层或岩层，称为持力层；持力层以下的岩土层叫下卧层。持力层是直接支承基础的岩土层，选择合适的地基持力层，直接关系到基础的可靠性及上部结构的稳定性。
图5-1 地基与基础示意图
作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土等，所以地基按岩土介质的不同分为土质地基与岩质地基。要保证建筑物的安全与正常使用，必须有牢固的地基。要保证地基的稳定可靠，就必须结合地基工程地质条件进行分析。
（一）土质地基承载力
地基承受建筑物荷载作用后，内部应力会发生变化。一方面，附加应力引起地基内土体变形，造成建筑物沉降；另一方面，会引起地基内土体的剪应力增加。地基承载力是指地基土单位面积上所承受的荷载，以k Pa计。通常可分为两种承载力：一种称为极限承载力，它是指地基即将丧失稳定性时的承载力；另一种称为地基承载力特征值，它是指地基稳定有足够的安全度，并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载力。因此，要求施加在地基上的工程设计荷载应小于地基承载力特征值。
1.地基破坏模式
地基土破坏模式可以通过现场载荷试验来研究，这实际上是一种基础受荷的模拟试验。在地基土上放置一块模拟基础的承压板，受加载条件的限制，板的尺寸较实际基础小，一般约为0.25～1.0m2，置于基底的设计标高上，然后在板上逐级施加荷载，同时测定在各级荷载作用下承压板的沉降量，并观察周围土位移情况，直到地基土破坏失稳为止。
通过试验可得到荷载板各级压力p与相应的稳定沉降量s之间的关系，绘得p-s曲线，如图5-2（a）所示。对该p-s曲线的特性进行分析，就可以了解地基的承载性状。通常地基破坏的过程可分为以下三个阶段：
图5-2 地基破坏的三个阶段
（a）p-s曲线；（b）线弹性变形阶段；（c）弹塑性变形阶段
（1）压密阶段（或称线弹性变形阶段），相当于p-s曲线上的Oa段，在这一阶段，p-s曲线接近于直线，土中各点的剪应力均小于土的抗剪强度，土体处于弹性平衡状态。在这一阶段，荷载板的沉降主要是由于土的压密变形引起的，如图5-2（a）和（b）所示。p-s曲线上相应于a点的荷载称为比例极限。
（2）剪切阶段（或称弹塑性变形阶段），在这一阶段，p-s曲线已不再保持线性关系，沉降的增长率随荷载的增大而增加。在这一阶段，地基土局部范围内（首先在基础边缘处）的剪应力达到土的抗剪强度，土体发生剪切破坏，这些区域也称塑性区。随着荷载的继续增加，土中塑性区的范围也逐步扩大，如图5-2（c）所示，直到土中形成连续的滑动面。因此，剪切阶段也是地基中塑性区的发生与发展阶段。相应于p-s曲线b点的荷载称为极限荷载。
（3）破坏阶段，相当于p-s曲线上的bc段，当荷载超过极限荷载后，荷载板急剧下沉，即使不增加荷载，沉降也不能稳定，因此，p-s曲线陡直下降。在这一阶段，由于土中塑性区范围的不断扩展，最后在土中形成连续滑动面，如图5-3（a）所示，土从载荷板四周挤出隆起，基础急剧下沉或向一侧倾斜，地基发生整体剪切破坏。
试验研究表明，地基剪切破坏的形式除了整体剪切破坏以外，还有局部剪切破坏和刺入剪切破坏形式。
局部剪切破坏的特征是：随着荷载的增加，基础下塑性区仅仅发展到地基某一范围内，土中滑动面并不延伸到地面，如图5-3（b）所示。基础两侧地面微微隆起，没有出现明显的裂缝。其p-s曲线如图5-2（a）中的曲线B所示，曲线也有一个转折点，但不像整体剪切破坏那么明显，在转折点之后，p-s曲线还是呈线性关系。
图5-3 地基的破坏形式
（a）整体剪切破坏；（b）局部剪切破坏；（c）刺入剪切破坏
刺入剪切破坏的特征是：随着荷载的增加，基础下土层发生压缩变形，基础随之下沉，当荷载继续增加，基础周围附近土体发生竖向剪切破坏，使基础刺入土中。基础两边的土体没有移动，如图5-3（c）所示。刺入剪切破坏的p-s曲线如图5-2（a）中曲线C，沉降随着荷载的增大而不断增加，但p-s曲线上没有明显的转折点没有明显的比例界限及极限荷载。地基究竟发生何种破坏形式，主要与土的压缩性有关。一般来说，对于密实砂土和坚硬黏土将出现整体剪切破坏，而对于压缩性比较大的松砂和软黏土，将可能出现局部剪切和刺入剪切破坏。此外，破坏形式还与基础埋深、加荷速率等因素有关。当基础埋深较浅、荷载快速施加时，将趋向发生整体剪切破坏；若基础埋深较大，无论是砂性土或黏性土地基，最常见的破坏形态是局部剪切破坏。
2.地基承载力的确定方法
地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定。如果p-s曲线是典型的[图5-2（a），A曲线]，在曲线上能够明显地区分三个阶段，则可以较方便地定出该地基的比例界限荷载和极限承载力。如果p-s曲线上没有明显的三个阶段，这时可根据实践经验，取对应于沉降s=（0.01～0.02）b（b为荷载板直径或者宽度）时的荷载作为地基承载力。
当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试经验值等方法确定的地基承载力特征值，还要进行修正
式中 f a——修正后的地基承载力特征值，k Pa；
f ak——地基承载力特征值，k Pa；
ηb、ηd——基础宽度和深度的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表5-1确定；
γ——基础底面以下土的重度，地下水以下取浮重度，k N/m3；
γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水以下取浮重度，k N/m3；
b——基础底面宽度，m，当宽度小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值；
d——基础埋置深度，m，一般自室外地面标高算起。
当偏心距小于或等于0.333倍的基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并满足变形要求：
式中 f a——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，k Pa；
M b、M d、M c——承载力系数，按表5-2确定；
b——基础底面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值；
c——基底下一倍短边宽度内土的黏聚力标准值，k Pa。
表5-1 承载力修正系数表
注 1.强分化和全分化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不修正。
2.地基承载力特征值按照深层平板载荷试验确定时间，ηd取0。
表5-2 承载力系数表
（二）岩质地基承载力
岩质地基是指建筑物以岩体作为持力层的地基。岩石具有比土体更高的抗压、抗拉和抗剪强度，可以在岩石地基上修建更多类型的结构物。
为了保证建筑物或构筑物的正常使用，对于支撑整个建筑荷载的岩石地基要考虑以下三点：①基岩体需要有足够的承载能力，以保证在上部建筑物荷载作用下不产生碎裂或蠕变破坏；②在外荷载作用下，由岩石的弹性应变和软弱夹层的非弹性压缩产生的岩石地基沉降值应该满足建筑物安全与正常使用的要求；③确保由交错结构面形成的岩石块体在外荷载作用下不会发生滑动破坏，这种情况通常发生在高陡岩石边坡上的基础工程中。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011），对于完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，可根据室内饱和单轴抗压强度按式（5-3）计算
式中 f a——岩石地基承载力特征值，kPa；
f rk——岩石饱和单轴抗压强度标准值，k Pa；
φr——折减系数，根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、产状和组合，由地区经验确定。无经验数据时，对完整岩体可取0.5；对较完整岩体可取0.2～0.5；对破碎岩体可取0.1～0.2。该折减系数值未考虑施工因素及建筑物使用后风化作用的影响；对于黏土质岩，在确保施工期及使用期不致遭水浸泡时，也可采用天然湿度的试样，不进行饱和处理。对破碎、极破碎的岩石地基承载力特征值，可根据地区经验取值，无地区经验时，可根据平板载荷试验确定。
岩基载荷试验采用圆形刚性承压板，直径为300mm。当岩石埋藏深度较大时，可采用钢筋混凝土桩，但桩周围需要采取措施以消除桩身与土之间的摩擦力。岩石地基承载力按如下测定：①对应于p-s曲线上起始直线段的终点为比例界限。符合终止加载条件的前一级荷载为极限荷载。将极限荷载除以3的安全系数，所得值与对应于比例界限的荷载相比较，取小值。②每个场地载荷试验的数量不应少于3个，取最小值作为岩石地基承载力特征值。③岩石地基承载力不进行深宽修正。