《地基变形计算》PPT课件.ppt

第三章地基变形计算,对于土体来讲，最常见的变形问题可以用最简单的状态进行模拟：排水状态（饱和土）、不排水排水状态（非饱和土）。,3.1土的变形特征的基本概念压缩性大三相组成，具有碎散性，因而土的压缩性比其它连续介质材料如钢材、混凝土大得多。压缩变形产生的外因1)建筑物的荷载作用2)地下水位大幅度下降3)基底土层扰动4)振动影响，产生振陷5)温度变化，产生冻融6)浸水下沉,3.2弹性力学的方法计算最终沉降量按布辛奈斯克公式计算：,在计算集中力的基础上，按叠加原理，计算其它荷载分布的沉降。,压缩变形产生的内因1)固体矿物本身压缩，极小，物理学上有意义2)液相水的压缩，在p=100600kPa的作用下，不计3)气相的压缩，水与气体被挤出，饱和为排水过程蠕变的影响土体为弹塑性体,3.3压缩试验（固结试验）土体在侧限的条件下，只能产生竖向变形；在土体表面上作用着大面积荷载时，适用于该假设。,3.3.1试验仪器3.3.2试验方法,实际上相当于h与作用荷载的宽度b相比趋于0。,3.3.3试验原理设在荷载p1的作用下，土样稳定后的高度为H1，孔隙比为e1；在p2下，稳定高度H2，孔隙比e2。,由仪器上按装百分表可测出H的大小。由于假设固体颗粒的体积不变，有；H1/(1+e1)=H2/(1+e2)=(H1-H)/(1+e2)变化上式得：e2=e1-e=e1-H/H1*(1+e1)变换成一般形式：ei+1=ei-H/Hi*(1+ei),根据上式，即可得到每级荷载作用下稳定后的孔隙比,绘制压缩曲线ep曲线,3.3.4压缩系数在ep曲线上取二个应力状态，即：p1、p2，对于的孔隙比为e1、e2，定义：a1-2=(e1-e2)/(p1-p2),式中a1-2称为第一应力状态到第二应力状态的压缩系数。对于同一土样，其是一变量。物理意义把第一应力状态到第二应力状态的变形路径从曲线简化为了直线，a1-2为该直线的斜率。实际上把弹塑性变形简化为了弹性变形了。,3.3.5压缩模量Es(MPa)Es12=p/(H/H1)=(1+e1)/a1-2,3.3.6压缩指数Cc根据压缩试验成果，绘制elgp曲线，它的后半段接近直线，其斜率Cc称为土的压缩指数，以便于应用。,地基土按a1-2分类当取第一应力状态为100kPa，第二应力状态为200kPa时，根据（GB50007）规范按下列标准分类：压缩性分类低压缩性土中等压缩性土高压缩性土a1-2/MPa-1a1-20.10.1a1-20.5a1-20.5,Cc=(e1-e2)/(lgp1-lgp2)=(e1-e2)/lg(p1/p2),3.5.7土的回弹曲线和再压缩曲线,3.4载荷试验,载荷试验是最常用的一种地基土或基桩的原位试验方法。其主要用于确定天然地基、或复合地基、或基桩的承载力及压缩模量。3.4.1试验设备反力装置地锚法：以若干个地锚作为反力装置；堆载法：以铁块、砼块放置在承载台上作为反力：锚桩法：把加压架固定在基桩上作为反力。,加压装置,记录装置百分表、位移传感器等。记录仪表。承载板（圆形或方形）0.25或0.5m2。3.4.2试验方法试坑的大小不小于承压板直径的3倍。加荷等级不少于8级，最大加荷不小于设计荷载的2倍。第一级荷载可加等级荷载的2倍。试验方法快速法：2h加一级荷载，共加8级；稳定法；连续2h的S1OCR(pci-ci)，其孔隙比变化：ei=ei+ei=Ceilg(pci/ci)+Ceilg(ci+zi)/pci,注意对第i层土来讲，可能部分厚度的土层是超固结土，其它厚度为正常固结土。,欠固结土原始压缩曲线,0.42e0,对第i层土，平均附加压力zi(pci-ci)，其孔隙比变化：ei=ei+ei=Ceilg(ci+zi)/pci,注意对土层来讲，可能部分土层是欠固结土，其它厚度为正常固结土。,3.8地基沉降与时间关系3.8.1目的地基的最终沉降量是指建筑荷载在地基中产生的附加应力作用下，地基压缩层中的孔隙发生压缩达到稳定后的沉降量。预计建筑物在施工期间和使用期间的地基沉降量，了解当时的沉降与今后沉降的发展，都需要计算沉降与时间的关系。,在施工期间一般的建筑物不同地基完成的沉降量不相同：碎石土、砂土完成90100%；低压缩性粘性土完成5080%；中压缩性粘性土2050%；高压缩性粘性土完成520。,3.8.2饱和土的有效应力原理,由土颗粒间接触点传递的应力，会使土的颗粒产生位移，引起土体的变形和强度变化。这种对土体变形和强度有效的粒间应力称为有效应力。饱和土体中的孔隙是相互连通而又充满着水，则孔隙中的水服从静水压力分布规律。这种由孔隙水传递的应力，称为孔隙水压力u。由于孔隙水在土中一点产生的u大小相等，它只能压缩土颗粒本身但不能使其产生位移，而土粒本身的压缩量非常的小可忽略不计。这种不能直接引起土体变形和强度变化的u，又称为中性应力。,饱和土的有效应力原理,在单位断面A-A上颗粒接触点的面积为a，则孔隙的面积为1-a。即：*11*u(1-a)经试验研究发现a很小，可忽略不计。太沙基凭经验得出：,u为土体截面单位面积上的竖向应力。,3.8.3饱和土的渗透固结1)饱和土的渗透固结过程及力学模型,饱和土受荷产生压缩（固结）过程：土体孔隙中自由逐渐排出；土体孔隙比逐渐减小；孔隙水压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。饱和土体的骨架过程（作用）：排水、压缩和压力转移，三者同时进行的一个过程，并随着时间的变化其大小在随时变化，当在该荷载作用下沉降稳定后，其大小将保持一定值。,施加荷载的一瞬间，t=0，=u，=0；t=t后，=u+；t=后，=，u0，在的作用下，地基沉降稳定。饱和土体的固结过程，是u消散，增加的过程。,二种应力在深度上随时间的分布u=f(z,t)t=0时，=0，u=；t=时，=，u=0,3.8.4单向固结理论单向固结是指土中的水只沿竖直一个方向渗流，同时土颗粒只沿竖直一个方法位移。,几点假设：渗流和变形只沿竖直一个方向，在水平向不发生渗流和压缩；土层均匀，完全饱和。在压缩过程中，渗透系数k和压缩模量Es=(1+e)/a不发生变化；,3)附加应力一次骤加，并且为一无限大荷载。,单向固结微分方程,上下界面水量的变化：(v+dv/dz*dz)-v*dxdydt=dv/dz*dxdydzdt=q,据达西定律：v=ki=k*dh/dz式中:h=u/rw,v=(k/rw)*du/dz；dv/dz=(k/rw)*d2u/dz2q=(k/rw)*d2u/dz2*dxdydzdt,孔隙体积的压缩量：V=dVv=d(nV)=de/(1+e)*dxdydz=de/(dxdydz)*dxdydz=de/(1+e)*dxdydz,压密定律：de/d=-a；de=-a*d=-a*d(-u)=a*du=a*du/dt*dtV=q(k/rw)*d2u/dz2*dxdydzdt=a/(1+e)*du/dt*dxdydzdt简化后得：du/dt=(k/rw)*(1+e)/ad2u/dz2=Cv*d2u/dz2,式中：Cv(k/rw)*(1+em)/a称为土的固结系数em为土体在固结过程中e的平均值。,单向固结微分方程的解代入初始条件和边界条件：当t=0和0z2H时，u=常数；0t和z=0时，u=0；0t和z=2H时，u=0。,m奇正数,3.8.5固结度地基在荷载作用下，经历时间t的沉降量St与最终沉降量S的比值Ut，称为t时刻的固结度。,计算公式地基中附加应力上下均布情况当荷载不大时，土中的应力与应变实用上可采用直线关系，某点的固结度：,地基平均固结度,3.8.6地基沉降与时间关系计算1)土体的固结特性上面讲述了地基的最终沉降量的计算问题，深入研究其有三部分组成，即：S=Sd+Sc+Ss,2)地基单面排水且上下面附加应力不等的情况应用固结度U与时间因子Tv的关系曲线计算。,瞬时沉降（初始固结）：土体受力后，主要由于土孔隙中的空气被压缩和排出而瞬时发生的体积减小；对饱和土体来讲，受力的瞬间孔隙中的水尚未排