地基最终沉降量计算方法及其最终影响ppt课件

1、地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算方法及其最终影响方法及其最终影响 概 述n自重应力紧缩稳定n附加应力导致地基土体变形体积变形外形变形由正应力引起，会使土的体积减少压密，不会导致土体破坏外形变形主要由剪应力引起，当剪应力超越一定限制时，土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断开展。通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏的。本章讨论重点 概 述n沉降：n 在附加应力作用下，地基土产生体积减少，从而引起建筑物根底的竖直方向的位移或下沉称为沉降n 某些特殊性土由于含水量的变化也会引起体积变形，如湿陷性黄土地基，由于含水量增高会引起建筑物的附加下沉，称湿陷沉降。相反在膨胀土地域，由于含水量的增高会引起地

2、基的膨胀，甚至把建筑物顶裂。概 述n除此之外某些大城市，如墨西哥、上海等由于大量开采地下水使地下水位普遍下降从而引起整个城市的普遍下沉。这可以用地下水位下降后地层的自重应力增大来解释。当然，实践问题也是很复杂的，还涉及工程地质、水文地质方面的问题。 概 述n假设地基土各部分的竖向变形不一样，那么在根底的不同部位会产生沉降差，使建筑物根底发生不均匀沉降。n 根底的沉降量或沉降差(或不均匀沉降)过大不但会降低建筑物的运用价值，而且往往会呵斥建筑物的毁坏。 概 述n为了保证建筑物的平安和正常运用，我们必需预先对建筑物根底能够产生的最大沉降量和沉降差进展估算。假设建筑物根底能够产生的最大沉降量和沉降差

3、，在规定的允许范围之内，那么该建筑物的平安和正常运用普通是有保证的；否那么，是没有保证的。对后一种情况，我们必需采取相应的工程措施以确保建筑物的平安和正常运用。 概 述n根底沉降量或沉降差的大小首先与土的紧缩性有关，易于紧缩的土，根底的沉降大，而不易紧缩的土，那么根底的沉降小。n根底的沉降量与作用在根底上的荷载性质和大小有关。普通而言，荷载愈大，相应的根底沉降也愈大；而偏心或倾斜荷载所产生的沉降差要比中心荷载为大。n在这一章里，我们首先讨论土的紧缩性；然后引见目前工程中常用的沉降计算方法；最后引见沉降与时间的关系。 土的紧缩特性一、土的紧缩与固结n紧缩：n 土在压力作用下，体积将减少。这种景象

4、称为紧缩。n固结：n 土的紧缩随时间增长的过程称为固结一、土的紧缩与固结n目前我们在研讨土的紧缩性，均以为土的紧缩完全是由于孔隙中水和气体向外排出而引起的。饱和砂土透水性强，在压力作用下，固结很快完成饱和粘土透水性弱，在压力作用下，固结需求很长时间完成一、土的紧缩与固结瞬时沉降主固结沉降次固结沉降一、土的紧缩与固结n瞬时沉降指在加荷后立刻发生的沉降n饱和粘土n 在很短的时间内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的土粒和水是不可紧缩的，因此瞬时沉降是在没有体积变形的条件下发生的，它主要是由于土体的侧向变形引起的n瞬时沉降普通不予思索一、土的紧缩与固结n对于控制要求较高的建筑物，瞬时沉降可用弹性实际

5、估算。对于饱和粘土在部分均布荷载作用下，地基的瞬时沉降可用下式计算影响系数，表41一、土的紧缩与固结瞬时沉降主固结沉降次固结沉降一、土的紧缩与固结n主固结与主固结沉降n 在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致土体体积随时间逐渐减小，有效应力逐渐添加，这一过程称为主固结n 随着时间的添加，孔隙水应力逐渐散失，有效应力逐渐添加并最终到达一个稳定值，此时孔隙水应力散失为零，主固结沉降完成，这一过程所产生的沉降为固结沉降。一、土的紧缩与固结瞬时沉降主固结沉降次固结沉降一、土的紧缩与固结n次固结沉降n 土体在主固结成将完成之后有效应力不变得情况下还会随时间的增出息一步产生沉降，称为次固结沉降n次固结沉降

6、对某些土如软粘土是比较重要的，对于巩固土或超固结土，这一分量相对较小。 土的紧缩特性二、土的紧缩目的n为了研讨土的紧缩特性，通常需求进展实验室内固结实验现场原位实验荷载实验、旁压实验室内固结实验与紧缩曲线室内固结实验与紧缩曲线n用环刀切取扁园柱体，普通高2厘米，直径应于高度25倍，面积为30cm2或50 cm2,试样连同环刀一同装入护环内，上下有透水石以便试样在压力作用下排水。n在进水石顶部放一加压上盖，所加压力经过加压支架作用在上盖，同时安装一只百分表用来量测试样的紧缩。n由于试样不能够产生侧向变形而只需竖向紧缩。于是，我们把这种条件下的紧缩实验称为单向紧缩实验或侧限紧缩实验。室内固结实验与

7、紧缩曲线n假定试样土粒本身体积不变，土的紧缩仅由于孔隙体积的减小，因此土的紧缩变形常用孔隙比e的变化来表示。n压力p与相应的稳定孔隙比的关系曲线称为紧缩曲线e-p曲线e-lgp曲线室内固结实验与紧缩曲线na图：压力与加荷历时关系nb图：各级压力下，试样孔隙比随时间的变化过程n紧缩快紧缩稳定，稳定的快慢和土的性质有关紧缩系数n用单位压力增量所引起的孔隙比的改动，即紧缩曲线的割线坡度表征土的紧缩性的高低紧缩系数紧缩系数nav是表征土紧缩性的重要目的之一ep曲线越陡，曲线越陡， av就越大，土的紧缩性越高就越大，土的紧缩性越高ep曲线越平缓，曲线越平缓， av就越小，土的紧缩性越低就越小，土的紧缩性

8、越低紧缩系数n紧缩曲线不是直线，即使是同一种土，其紧缩曲线不是直线，即使是同一种土，其紧缩系数也不是常量。紧缩系数也不是常量。n工程上为了便于一致比较，习惯采工程上为了便于一致比较，习惯采100kpa200kpa范围的紧缩系数来衡量范围的紧缩系数来衡量土的紧缩性的高低土的紧缩性的高低我国我国规定规定紧缩指数与回弹再紧缩指数n在较高的压力范围内，紧缩曲线近似为不断线，很明显，该直线越陡，意味着土的紧缩性越高。紧缩指数紧缩指数与回弹再紧缩指数nCc与土的紧缩性的关系elgp曲线越陡，曲线越陡， Cc就越大，土的紧缩性越高就越大，土的紧缩性越高elgp曲线越平缓，曲线越平缓， Cc就越小，土的紧缩性

9、越低就越小，土的紧缩性越低紧缩指数与回弹再紧缩指数n试样回弹不是沿初始紧缩曲线，阐明土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形组成n回滞环非完全弹性n回弹和再紧缩曲线比初始曲线平缓，阐明在回弹和再紧缩范围内土的紧缩性降低n超越B点，再紧缩曲线趋于初始紧缩曲线的延伸线紧缩指数与回弹再紧缩指数nCs=(0.10.2)Ccn 土的紧缩性减小n土体假设接遭到比如今大的压力，其紧缩性将降低，也就是说土的应力历史对紧缩性有很大影响回弹指数软土地基加固其它紧缩性目的n体积紧缩系数mvn 单位应力作用下单位体积的体积变化)1/(1emvv初始孔隙比其它紧缩性目的n紧缩模量：n 土体在无侧向变形条件下，

10、竖直应力与竖向应变之比。其大小反映了土体在单向紧缩条件下对紧缩变形的抵抗才干。zzsEvsmE1其它紧缩性目的n变形模量n 表示土体在无侧限条件下应力应变之比，相当于理想弹性体的弹性模量。n其大小反映了土体抵抗弹塑性变形的才干n用于瞬时沉降的估算，可用室内三轴实验或现场实验测定其它紧缩性目的n广义虎克定律变形模量与紧缩模量关系00yxzyxK不同土类的变形模量阅历值应力历史对粘性土紧缩性的影响n应力历史：n 土体在历史上曾经受过的应力形状n固结应力n 可以使土体产生固结或紧缩的应力自重应力附加应力固结应力新堆积的土或人工填土大多数天然土应力历史对粘性土紧缩性的影响n前期固结应力n 土在历史上曾

11、遭到过的最大有效应力pcn现有有效应力n超固结比0p0/ ppOCRc应力历史对粘性土紧缩性的影响OCR1 超固结土OCR1 正常固结土OCR1 欠固结土现有有效应力是历史上曾经收到过的最大有效应力应力历史对粘性土紧缩性的影响应力历史对粘性土紧缩性的影响n三种土层现有应力一样，但是它们的应力历史不同。n紧缩时从不同的位置开场，逐渐紧缩稳定n三种土应力增量一样，但由于应力历史不同，所以其紧缩量不同。n应力历史对地基沉降产生很大的影响3.7 地基最终沉降量计算- 单向紧缩量公式 无侧向变形条件下单向紧缩量计算假设n分层总和法n 1土的紧缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的结果，土粒本身的紧缩可忽

12、略不计；n 2土层仅产生竖向紧缩，而无侧向变形；n 3土层均质且在土层厚度范围内，压力是均匀分布的。单向紧缩量公式n试样高度Hn土粒的体积Vsn孔隙比e1孔隙体积：Vv=e1vs总体积：V1=Vv+Vs=(1+e1)Vs单向紧缩量公式n紧缩稳定后试样高度n孔隙比e2n孔隙体积e2VsHssvVeVVV)1 (22单向紧缩量公式n压力增量作用所引起的单位体积土体体积变化为单向紧缩量公式n从以上两式可得无侧向变形条件下的土层紧缩量计算公式 土层均一且应力沿高度均匀分布假定下得到！ 天然地基通常由不同的土层组成，而且地基中的自重应力和引起地基变形的附加应力均沿深度变化3.7.2 地基沉降计算的e-p

13、曲线法 -分层总和法简介n分层总和法分层总和法n 工程计算地基的工程计算地基的沉降时，在地基能够产沉降时，在地基能够产生紧缩的土层深度内，生紧缩的土层深度内，按土的特性和和应力形按土的特性和和应力形状的变化将地基分为假状的变化将地基分为假设干层，假定每一层土设干层，假定每一层土质均匀且应力沿厚度均质均匀且应力沿厚度均匀分布，然后对每一土匀分布，然后对每一土层分别计算其紧缩量，层分别计算其紧缩量，最后将各分层的紧缩量最后将各分层的紧缩量总和起来，即得地基外总和起来，即得地基外表的最终沉降量表的最终沉降量多深适宜呢？分层总和法简介n紧缩层的概念及确定n 水利工程中通常是按照附加竖向应力与自重应力之

14、比确定紧缩层的厚度n 2 . 0/sz1 . 0/sz普通粘土软粘土分层总和法根本思绪n将紧缩层范围内的地基分层，计算每一分层的将紧缩层范围内的地基分层，计算每一分层的紧缩量，然后累加得总沉降量。紧缩量，然后累加得总沉降量。由e-p或e-lgp曲线求得e-p曲线法e-lgp曲线法用e-p曲线法计算地基的最终沉降量n根据建筑物根底的外形，结合地基中土层性状，选择根据建筑物根底的外形，结合地基中土层性状，选择沉降计算点的位置，再按作用在根底上荷载的性质沉降计算点的位置，再按作用在根底上荷载的性质中心、偏心或倾斜等情况，求出基底压力的大小中心、偏心或倾斜等情况，求出基底压力的大小和分布和分布n将地基

15、分层。在分层时天然土层的交界面和地下水位将地基分层。在分层时天然土层的交界面和地下水位应为分层面，同时在同一分类土层中，各分层的厚度应为分层面，同时在同一分类土层中，各分层的厚度不宜过大。不宜过大。n计算地基中土的自重应力分布计算地基中土的自重应力分布n计算地基中竖向附加应力分布计算地基中竖向附加应力分布n按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力n求出第求出第i层的紧缩量层的紧缩量n将每层的紧缩量累加，得到地基的总沉降量将每层的紧缩量累加，得到地基的总沉降量地基分层n对于水工建筑物，每层的厚度可以控制在对于水工建筑物，每层的厚度可以控制在24m，

16、或，或Hi0.4b，b为根底宽度。对每一分为根底宽度。对每一分层可以以为压力是均匀分布的。层可以以为压力是均匀分布的。n 计算地基中土的自重应力分布n求出计算点垂线上各分层层面处的竖向自重应力，并绘出它的分布曲线 计算地基中竖向附加应力分布n求出计算点垂线上各求出计算点垂线上各分层层面处的竖向附分层层面处的竖向附加应力，并绘出它的加应力，并绘出它的分布曲线分布曲线n确定紧缩层厚厚确定紧缩层厚厚n当根底有埋置深度，当根底有埋置深度，应采用基底净压力去应采用基底净压力去计算地基中的附加应计算地基中的附加应力力平均自重应力和平均附加应力求出第i层的紧缩量siip1zisiip2地基的总沉降量3.8应

17、力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响- 地基沉地基沉 降计算的降计算的e-lgp曲线法概述曲线法概述n由于应力历史对粘土的紧缩性具有较大的影响，而钻探取样获得土样经过扰动或应力释放，在实验室内得到的紧缩曲线曾经不能代表地基中现场紧缩曲线，所以紧缩曲线的起始段实践上是一条再紧缩曲线。因此必需对室内固结实验所得的紧缩曲线进展修正，得到符合原位土体紧缩性的现场紧缩曲线，由此计算得到的地基沉降才会更符合实践。概述n利用elgp曲线可以推出现场紧缩曲线，从而进展更为准确的沉降计算n现场曲线可以很直观地反响出先期固结应力，从而明晰地思索地基的应力历史对沉降的影响n现场紧缩曲线是由直线或折线组成，

18、经过Cc或Cs两个紧缩性目的即可计算，运用方便现场紧缩曲线的推求要思索不同应力历史对土层紧缩性的影响：判别土层属于正常固结土、超固结土还是欠固结土确定土层的前期固结应力和现有有效应力推求可以反响土体的真实紧缩特性的现场紧缩曲线现场紧缩曲线的推求起始平缓曲率最大点接近前期固结应力曲线急剧变陡，近乎直线向下延伸交于C点，0.42e扰动猛烈紧缩曲线越低曲率越小B点在A点的右下方前期固结应力确实定前期固结应力确实定ep(lg)A132B前期固结应力Pc现场紧缩曲线的推求正常固结土超固结土现场紧缩曲线的推求p(lg)A132B前期固结应力Pce0eD0.42e0C现场紧缩曲线现场紧缩曲线的推求A132B

19、前期固结应力PcEFee00.42e0CDDp0p(lg)现场紧缩曲线现场再紧缩曲线3.8.2 e-lgp曲线法计算地基最终沉降ne-lgp曲线法计算地基沉降与e-p曲线法类似，都是以无侧向变形条件下紧缩量的根本公式和分层总和法为前提。n不同之处n 1e由现场紧缩曲线求得n 2初始孔隙比用e0n 3对不同应力历史的土层，用不同的方法计算ee-lgp曲线法计算地基最终沉降的步骤n选择沉降计算断面和计算点，确定基底压力选择沉降计算断面和计算点，确定基底压力n将地基分层将地基分层n计算地基中各分层面的自重应力及土层平均自重应力计算地基中各分层面的自重应力及土层平均自重应力n计算地基中各分层面的附加应

20、力及土层平均附加应力计算地基中各分层面的附加应力及土层平均附加应力n用用casagrandecasagrande法根据室内紧缩曲线确定前期固结应力，判法根据室内紧缩曲线确定前期固结应力，判别土层所处的形状；推求现场紧缩曲线别土层所处的形状；推求现场紧缩曲线n根据土层所处的形状，分别用不同的方法求各分层的根据土层所处的形状，分别用不同的方法求各分层的紧缩量紧缩量n将各分层沉降量总和将各分层沉降量总和 得到累加的总沉降量得到累加的总沉降量正常固结土的沉降量计算超固结土的沉降计算n针对压力增量的大小不同分为两种情况0pppcii0pppcii超固结土的沉降计算超固结土的沉降计算欠固结土的沉降计算n欠

21、固结土的沉降不仅仅包括受附加应力所引起的沉降，而且还包括地基土在自重作用下尚未固结的那部分沉降；n对于欠固结土来说，即使没有外荷载作用，该土层依然会产生紧缩量欠固结土的沉降计算3.9 土的(单向)浸透固结实际-地 基沉降与时间的关系n土体在外荷作用下的紧缩过程与时间有关n工程设计中，我们不但需求预估建筑物根底能够发生的最终沉降量，而且还经常需求预估建筑物根底到达某一沉降量所需的时间或者预估建筑物完工后经过一段时间能够产生的沉降量单向固结模型n假设孔隙水只在沿一个方向排出，土的紧缩也只是在一个方向发生普通指竖直方向，这种固结称为单向固结。n单向固结模型阐明了土体固结的力学机理单向固结模型单向固结

22、模型n在某一压力下，饱和土的固结过程就是土体中各点的超孔隙水应力不断散失、附加有效应力相应添加的过程，或者说是孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力的过程n在转化的过程中，任一时辰任一深度上的应力一直遵照有效应力原理n求解地基沉降与时间关系的问题，实践上就变成求解在附加应力作用下，地基中各点的超孔隙水应力随时间变化的问题Terzaghi单向固结实际n土是均质、各向同性且饱和的n土粒和孔隙水是不可紧缩的，土的紧缩完全由孔隙体积的减小引起n土的紧缩和固结仅在竖直方向发生n孔隙水的外排符合达西定律，土的固结快慢决议于它的浸透速度n在整个固结过程中，土的浸透系数、紧缩系数视为常数n地面上作用着延续均布荷载并且是一次施加的Terzaghi单向固结实际Terzaghi单向固结实际n时间dt内流入与流出该单元的水量之差单元体体积的减小可根据式单元体体积的减小可根据式413表示为：表示为：Terzagh