土的压缩性与地基沉降计算.ppt

土的压缩性及地基沉降计算 第三章 本章重点 土的压缩指标确定和地基的最终沉降量计算 土的固结理论 第三章土的压缩性与地基沉降计算 荷载通过基础传给地基后在地基内产生应力 应力作用下土体会发生变形 地基下沉 侧向或水平位移都属于地基变形 变形是土力学最基本也是最重要的问题之一 过大变形或不均匀变形不仅会降低建筑物的使用价值 还会造成建筑物毁坏 因此 必须控制基础的总沉降量和沉降差 基本概念 基础沉降 由于土的压缩性导致基础下沉称为基础沉降 土的压缩性 通常将应力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性 土的固结 土体在外力作用下 压缩随时间发展的过程称为固结 土具有压缩性 荷载作用 地基发生沉降 荷载大小 土的压缩特性 地基厚度 一致沉降 沉降量 差异沉降 沉降差 建筑物上部结构产生附加应力 影响结构物的安全和正常使用 第三章土的压缩性及地基沉降计算 土的特点 碎散 三相 沉降具有时间效应 沉降速率 Kiss 由于沉降相互影响 两栋相邻的建筑物上部接触 第三章土的压缩性与地基沉降计算 基坑开挖 引起阳台裂缝 第三章土的压缩性与地基沉降计算 修建新建筑物 引起原有建筑物开裂 第三章土的压缩性与地基沉降计算 高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除 第三章土的压缩性与地基沉降计算 建筑物立面高差过大 第三章土的压缩性与地基沉降计算 建筑物过长 长高比7 6 1 第三章土的压缩性与地基沉降计算 武广高铁施工致广州地面塌陷楼房开裂 2010 4 第三章土的压缩性与地基沉降计算 事故原因 周边工程施工排水降低了地下水位 是造成地面沉降的主要因素 由于广州金沙洲源林花园 向南街2 238号复建房的地基土层中普遍分布强透水性砂层 地下水容易通过区内良好的导水通道 沙贝断裂发生流失 诱发源林花园 向南街2 238号复建房部分楼房发生不均匀沉降 1 土的压缩性大 内因 压缩性 外因 荷载作用等 2 地基土产生压缩的原因 事实上 土的压缩性主要是由图孔隙的变化引起的 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 1土的变形特性 一 基本概念 3 固结 土体在外力作用下 压缩随时间发展的过程 4 蠕变 粘性土在长期荷载作用下 变形随时间而缓慢持续现象 第三章土的压缩性与地基沉降计算 二 土的应力应变关系 土力学的重要任务之一就是要研究土体受力后的应力变化规律 为此常需要先获得土中应力分布 可以说 研究土中应力计算和分布规律是研究地基和建筑物变形和稳定问题的依据 1 地基中常见的应力状态 1 一般应力状态 三维问题 第三章土的压缩性与地基沉降计算 2 平面应变状态 二维问题 3 侧限应力状态 一维问题 水平地基 半无限空间体 半无限弹性地基内的自重应力只与Z有关 土质点或土单元不可能有侧向位移 侧限应变条件 任何竖直面都是对称面 侧限应力状态 是指侧限应变为零的一种应力状态 应变条件 应力条件 K0 侧压力系数 0 0 0 0 0 0 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 2有效应力原理 土 孔隙水 固体颗粒骨架 三相体系 对所受总应力 骨架和孔隙流体如何分担 孔隙气体 总应力 总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 它们如何传递和相互转化 它们对土的变形和强度有何影响 受外荷载作用 Terzaghi 1923 有效应力原理固结理论 土力学成为独立的学科 孔隙流体 第三章土的压缩性与地基沉降计算 PS PSV a a PS A Aw As 土单元的断面积 颗粒接触点的面积 孔隙水的断面积 a a断面通过土颗粒的接触点 有效应力 a a断面竖向力平衡 u 孔隙水压力 一 有效应力原理的基本概念 饱和土中的应力状态 第三章土的压缩性与地基沉降计算 1 饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分 和u 并且 一般地 有效应力 总应力已知或易知 孔隙水压测定或算定 通常 该式为太沙基给出的有效应力原理 第三章土的压缩性与地基沉降计算 孔隙水压力的作用孔隙水压力对土颗粒间摩擦 土粒的破碎没有贡献 并且水不能承受剪应力 因而孔隙水压力对土的强度没有直接的影响 它在各个方向相等 只能使土颗粒本身受到等向压力 由于颗粒本身压缩模量很大 故土粒本身压缩变形极小 因而孔隙水压力对变形也没有直接的影响 土体不会因为受到水压力的作用而变得密实 变形的原因颗粒间克服摩擦相对滑移 滚动 与 有关 接触点处应力过大而破碎 与 有关 强度的成因凝聚力和摩擦力 与 有关 2 土的变形与强度都只取决于有效应力 第三章土的压缩性与地基沉降计算 静水位条件 地下水位下降引起 增大的部分 u u wH2 u wH2 u H1 satH2 wH2 H1 sat w H2 H1 H2 地下水位下降会引起 增大 土会产生压缩 这是城市抽水引起地面沉降的一个主要原因 第三章土的压缩性与地基沉降计算 二 土中孔隙水压力和有效应力的计算 毛细饱和区 总应力 孔隙水压力 有效应力 毛细水上升时土中有效应力的计算 第三章土的压缩性与地基沉降计算 A 向上渗流 向下渗流 渗流压密 渗透压力 思考题 水位骤降后 原水位到现水位之间的饱和土层用什么重度 渗流时土中孔隙应力和有效应力的计算 第三章土的压缩性与地基沉降计算 第三章土的压缩性与地基沉降计算 土是散粒体结构 其颗粒间的孔隙与它所受到的外力的大小有关 外力增加 土颗粒将重新排列 导致土体发生体积缩小 这种在外力作用下 土体体积缩小的现象称为压缩 外力作用下 土体积缩小的原因 1 土粒本身和孔隙水的压缩2 孔隙气体的压缩变形3 孔隙中的水和气体有一部分向外排出 研究表明 在工程上常遇到的压力 600kPa 下 土粒本身和孔隙水的压缩量极其微小 可以忽略不计 对于饱和土来说 其体积变化的原因只可能是由于水从孔隙中排出 由此提出固结的概念 固结 土的压缩随时间增长的过程 3 3侧限条件下土的压缩性 水槽 内环 环刀 透水石 土样 加载板 百分表 施加荷载 静置至变形稳定逐级加大荷载 测定 轴向应力轴向变形 试验结果 第三章土的压缩性与地基沉降计算 侧限压缩仪 固结仪 3 3 1侧限压缩试验 假设土体中固体颗粒不可压缩且固体颗粒体积Vs 1 试样的初始孔隙比等于e0 根据孔隙比定义 得到土体初始孔隙体积e0 则初始体积 考虑到受压前后固体颗粒体积不变 压缩后试样体积 试样在刚性护环内不能发生侧向变形 所以受压前后试样截面面积不变 即 e P kPa 如何根据试验结果求取土样相应孔隙比 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 3 2侧限压缩性指标 e p曲线 事实上 不同土体压缩性不同 压缩曲线形状也不同 曲线越陡说明随着压力增加孔隙比降低越快 土的压缩性越大 压缩性大小可以用e p曲线的切线斜率 即土的压缩系数a描述 为了便于比较 一般统一用和范围内的压缩系数衡量土体压缩性高低 1 土的压缩系数a e p曲线缺点 不能反映土的应力历史 第三章土的压缩性与地基沉降计算 第三章土的压缩性与地基沉降计算 固结试验结果如果绘制在半对数坐标中 横坐标压力p用对数坐标表示 纵坐标孔隙比e用普通坐标表示 这样的曲线称为e logp曲线 压力较高时e logp曲线的斜率为常数 见右图 该斜率称为土的压缩指数 e logp曲线 2 土的压缩指数Cc 特点 有一段较长的直线段 第三章土的压缩性与地基沉降计算 压缩模量定义为侧限条件下竖向应力与应变的比值 又称为侧限模量 根据定义有 3 土的压缩模量Es 压缩模量的定义不同于弹性模量 又称杨氏模量 弹性模量是无侧限条件下材料应力与应变的比值 土体的压缩模量与压缩系数的倒数成比例 它反映了单向压缩时土体对压缩变形的抵抗能力 压缩模量值越小 土体的压缩性越高 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 3 3土层侧限压缩变形量 压缩前 压缩后 第三章土的压缩性与地基沉降计算 现场载荷试验有浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验两种 根据所需测试的土层深度进行选择 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 规定 承压板的底面积为0 25 0 5m2 对软土及人工填土不应小于0 5m2 正方形边长为0 707m或圆形直径为0 798m 试坑深度为基础设计埋深 试坑宽度B 3b b为载荷试验压板宽度或直径 安装承压板前 应注意保持试验土层的原状结构和天然湿度 宜在拟试压表面用不超过20mm后的粗 中砂找平试坑 3 4 1 载荷试验 3 4土的压缩性原位测试 第三章土的压缩性与地基沉降计算 载荷试验结果 荷载 沉降曲线 沉降 时间曲线 第三章土的压缩性与地基沉降计算 把一个圆柱型充且充满水的旁压器放入钻孔中预测深度 通过旁压器膨胀向孔壁土体施加侧向压力使土体变形 通过量测装置 测出施加压力盒土体变形之间关系 从而求出地基土变形模量和地基土承载力 3 4 2旁压试验 第三章土的压缩性与地基沉降计算 试验原理 1 在建筑场地试验地点钻孔 将旁压器放入钻孔中至测试高程 2 用水加压力 使充满水的旁压器圆筒形橡胶膜膨胀 对孔壁的土体施加压力 迫使孔周围的土变形外挤 直至破坏 3 分级加压 量测所加的压力p的大小以及旁压器测量腔的体积V的变化 4 计算地基土的变形模量 压缩模量和地基承载力 试验结果的整理计算 1 反力校正 总压力为每级试验压力表读数加上静水压力 再扣除橡胶膜的约束力 即为实际施加在孔壁土体的压力值 2 土体变形校正 各级试验加压后 测管水位下降值扣除仪器综合变形校正值 即为实际土体压缩变形 3 绘制旁压曲线 以校正后的压力p为横坐标 测管水位下值s为纵坐标 绘制p s曲线 如图4 11所示 4 地基承载力f按下式计算其中 为土的侧压力系数 查表5 地基土的变形模量和压缩模量根据公式计算 见P83 84 第三章土的压缩性与地基沉降计算 变形模量E定义为无侧限条件下土体的竖向应力力与竖向应变之比 计算时由荷载 沉降曲线首先得到地基承载力特征值 再利用沉降弹性力学计算公式便可以反求出土体的变形模量 土的变形模量 土的变形模量E与压缩模量Es的关系 由定义可知 土体的变形模量与压缩模量的区别在于土体压缩时是否有侧限条件 土体的变形模量相当于其它材料的弹性模量 由于土体不是理想的弹性体 所以称为变形模量 变形模量反映了土体抵抗弹塑性变形的能力 沉降影响系数 对圆形刚性承压板 0 79 方形刚性承压板 0 88 第三章土的压缩性与地基沉降计算 压缩模量是根据室内侧限压缩试验得到的 它的定义为侧限条件下竖向应力与应变的比值 该参数将用于地基最终沉降计算 三种模量的讨论 土体的变形模量根据现场载荷试验得到的 定义为无侧限条件下土体的竖向应力力与竖向应变之比 该参数将用于弹性理论法的最终沉降估算中 但载荷试验中所规定的沉降稳定标准带有很大的近似性 弹性模量根据室内三轴压缩试验或无侧限压缩试验得到的 该参数常用于弹性理论公式估算建筑物的初始瞬时沉降 土的弹性模量比压缩模量和变形模量都要大 几倍甚至更大 3 5地基中的应力分布 基本假定 1 连续性介质2 线弹性3 均质性4 各向同性 定义 在修建建筑物以前 地基中由土体本身的有效重量而产生的应力 目的 确定土体的初始应力状态 线弹性理论 应力与应变呈线性关系 广义胡克定律 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 5 1土层自重应力 竖直向 水平向 研究地基的自重应力是为了确定地基土体的应力状态 计算地基中的自重应力时 一般将地基作为半无限弹性体来考虑 地基中的自重应力状态属于侧限应力状态 其内部任一水平面和垂直面上 均只有正应力而无剪应力 K0 土的侧压力系数 也称静止土压力系数 注意 地下水位以上用天然重度 地下水位以下用浮重度 单位 kPa 单位 kN m3 第三章土的压缩性与地基沉降计算 1 均质土中自重应力 思考题 水位骤降后 原水位到现水位之间的饱和土层用什么重度 竖直向 水平向 重度 地下水位以上用天然重度 地下水位以下用浮重度 2 3 1 如果地基是由不同性质的若干层土组成 或有地下水存在时 则在地面以下任一深度z竖向自重应力为 单位 kN m3 第三章土的压缩性与地基沉降计算 2 成层土中的自重应力 3 分布规律 自重应力分布线的斜率是重度 自重应力在等重度地基中随深度呈直线分布 自重应力在成层地基中呈折线分布 在土层分界面处和地下水位处发生转折 均质土层 成层土层 第三章土的压缩性与地基沉降计算 地下水位升降 使地基土中自重应力也相应发生变化 如下图所示 如在软土地区 因大量抽取地下水 以致地下水位长期大幅度下降 使地基中有效自重应力增加 从而引起地面大面积沉降的严重后果 在人工抬高蓄水水位地区 如筑坝蓄水 或工业废水大量渗入地下的地区 水位上升会引起地基承载力的减小 湿陷性土的陷塌现象等 必须引起注意 第三章土的压缩性与地基沉降计算 例题3 1某建筑场地的地层分布如下 第一层粉土 18 厚度1m 第二层粘土 厚度3m 19 比重 2 72 天然含水量 28 地下水位2m 第三层中砂 19 3 厚4m 试确定中砂底部的自重应力 例题3 2一地基由多层土组成 地质剖面如图所示 试计算并绘制自重应力沿深度的分布图 第三章土的压缩性与地基沉降计算 基底压力 基础底面传递给地基表面的压力 也称基础底面接触压力 上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的 上部结构 基础 地基 建筑物设计 暂不考虑上部结构的影响 使问题得以简化 用荷载代替上部结构 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 5 2基底压力 1 影响因素 基底压力 基础条件 刚度形状大小埋深 大小方向分布 土类密度土层结构等 荷载条件 地基条件 第三章土的压缩性与地基沉降计算 抗弯刚度EI M 0 反证法 假设基底压力与荷载分布相同 则地基变形与柔性基础情况必然一致 分布 中间小 两端无穷大 2 弹性地基 绝对刚性基础 基础抗弯刚度EI 0 M 0 基础变形能完全适应地基表面的变形 基础上下压力分布必须完全相同 若不同将会产生弯矩 条形基础 竖直均布荷载 1 弹性地基 完全柔性基础 第三章土的压缩性与地基沉降计算 2 基底压力分布 弹塑性地基 有限刚度基础 实际工程中最常见的基础 荷载较小 荷载较大 砂性土地基 粘性土地基 接近弹性解 马鞍型 抛物线型 倒钟型 对于弹塑性地基来说 当地基两端的压力足够大 超过土的极限强度后 土体就会形成塑性区 此时基底俩端处地基土所承受的压力不能继续增大 多余的应力自行调整向中间转移 形成复杂的分布形式 第三章土的压缩性与地基沉降计算 根据圣维南原理 基底压力的具体分布形式对地基应力计算的影响仅局限于一定深度范围 超出此范围以后 地基中附加应力的分布将与基底压力的分布关系不大 而只取决于荷载的大小 方向和合力的位置 基底压力的分布形式十分复杂 简化计算方法 假定基底压力按直线分布的材料力学方法 基础尺寸较小荷载不是很大 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 基底压力简化计算方法 作用在基底形心的荷载只有竖向荷载 没有弯矩荷载时 为中心受压基础 1 中心荷载作用下的基底压力 a 内墙或内柱基础 b 外墙或外柱基础 矩形基础 第三章土的压缩性与地基沉降计算 条形基础 对于荷载沿长度方向均匀分布的条形基础 则沿长度方向截取一单位长度进行基底平均压力p的计算 式中 b为基础宽度 N及G则为单位长度的荷载值 kN m 第三章土的压缩性与地基沉降计算 1 单向偏心荷载下矩形基础的基底压力 2 偏心荷载作用下的基底压力 当作用在基底形心处的荷载不仅有竖向荷载 而且存在弯矩的情况 为偏心受压基础 M 基础所有荷载对基底形心的合力矩 W 基础底面的抵抗矩 pmax 基础底面边缘处的最大压力 pmin 基础底面边缘处的最小压力 第三章土的压缩性与地基沉降计算 把偏心距e代人上式 可得如下公式 当e L 6时 基底压力成梯形分布 当e L 6时 基底压力为三角形分布 当e L 6时 距偏心荷载较远的基底边缘反力为负值 即 0 由于基底与地基之间不能承受拉力 此时基底与地基局部脱开 而使基底压力重新分布 右下图中是实线即为调整后的基底边缘的最大压力 图3 8基底压力重分布 第三章土的压缩性与地基沉降计算 例题3 3某建筑物基础底面尺寸为4 2m 基础埋深为2m 在设计地面标高处作用有偏心荷载680kN 偏心距为1 31m 试求基底平均压力和边缘最大应力 解 1 基础及上覆土重G 20 4 2 2 320kNF G 680 320 1000kN M 680 1 31 890 8kN m 2 基底偏心距 3 基底最大压 见公式 4 基底平均压力 第三章土的压缩性与地基沉降计算 Mx My 2 双向偏心荷载下矩形基础的基底压力 矩形基础在双向偏心荷载作用下 若基底最小压力 则矩形基底边缘四个角点处的压力计算式如下 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 5 3基底附加应力 基底净压力 基底附加应力是指建筑物引起的超出原有基底压力的压力增量 通常 一般浅基础总是埋置在天然地面下一定深度处 该处原有的自重应力由于开挖基坑而卸除 因此 由建筑物建造后的基底压力中扣除基底标高处原有的土中自重应力后 才是基底平面处新增加于地基的基底附加压力 它在数值上等于基底压力扣除基底标高处原有土体的自重应力 基底压力均匀分布 基底压力呈梯形分布 P0 基底附加压力 kPa P 基底压力设计值 kPa 0 基底标高以上各天然土层的加权平均重度 kN m3 地下水位以下取有效重度d 从天然地面起算的基础埋深 m 第三章土的压缩性与地基沉降计算 计算假定 地基土是各项同性的 均质的 线性变形体 而且在深度和水平方向上都是无限的 应力计算可分为空间问题和平面问题 地基附加应力是指建筑物荷载在地基内引起的应力增量 它是使地基变形 沉降的主要原因 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 5 4地基中的附加应力 竖直集中力 矩形面积竖直均布荷载 矩形面积竖直三角形荷载 水平集中力 矩形面积水平均布荷载 竖直线布荷载 条形面积竖直均布荷载 圆形面积竖直均布荷载 特殊面积 特殊荷载 第三章土的压缩性与地基沉降计算 M 在半无限空间体弹性体内任一点 第三章土的压缩性与地基沉降计算 1 地表受竖向集中力作用 竖向集中力作用下地基附加应力 六个应力分量的解答 布辛奈斯克解 第三章土的压缩性与地基沉降计算 竖向集中力作用下地基附加应力 三个位移分量的解答 第三章土的压缩性与地基沉降计算 查表3 1 集中力作用下的应力分布系数 第三章土的压缩性与地基沉降计算 若干个竖向集中力Pi i 1 2 n 作用在地基表面上 按叠加原理 则地面下z深度处某点M的附加应力应为各集中力单独作用时在M点所引起的附加应力之总和 即 式中 第i个集中应力系数 第三章土的压缩性与地基沉降计算 z分布特征 1 z与 无关 应力呈轴对称分布 2 在集中力P作用线上 r 0 3 2 z 0 z z z 0 4 在某一水平面上 z为常数 r 0 z最大 且随r z减小 3 在某一圆柱面上r const z 0 z 0 随z z先增加后减小 5 剖面图上的附加应力等值线 在空间上附加应力等值面呈泡状 称应力泡 第三章土的压缩性与地基沉降计算 1 角点下的垂直附加应力 B氏解的应用 矩形竖直向均布荷载角点下的应力分布系数 查表3 3 p 3 11 74页 M m L B n z B 2 矩形面积竖直均布荷载作用下的附加应力计算 第三章土的压缩性与地基沉降计算 a 矩形面积内 b 矩形面积外 两种情况 荷载与应力间满足线性关系 叠加原理 角点下垂直附加应力的计算公式 地基中任意点的附加应力 角点法 2 任意点的垂直附加应力 角点法 第三章土的压缩性与地基沉降计算 例题3 4 如图所示 矩形基底长为4m 宽为2m 基础埋深为0 5m 基础两侧土的重度为18kN m3 由上部中心荷载和基础自重计算的基底均布压力为140kPa 试求基础中心O点下及A点下 H点下z 1m深度处的竖向附加应力 解 1 先求基底净压力 基底附加应力 pn 由已知条件p0 p 0d 140 18 0 5 131kPa 2 求o点下1m深处地基附加应力 zo zo 104 75kPac 0 1999 3 求A点下1m深处竖向附加应力 zA zA 60 65kPaac 0 2315 4 求H点下1m深度处竖向应力 zH zH 26 2kPac 0 2350 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 矩形面积基底受三角形荷载时角点下的附加应力 第三章土的压缩性与地基沉降计算 矩形面积竖直三角分布荷载角点下的应力分布系数 查表3 4 p0 M 第三章土的压缩性与地基沉降计算 例题3 5 有一矩形基础 l 5m b 4m 三角形分布的荷载作用在地基表面 荷载最大值p 120kPa 计算在矩形面积内o点下深度z 3m处竖向应力值 解 本题求解时要通过两次叠加法计算 第一次是荷载作用面积的叠加 第二次是荷载分布图形的叠加 分别计算如下 1 荷载作用面积的叠加计算 因为O点在矩形面积 abcd 内 故可用角点法划分 如图a b所示 通过O点将矩形面积划分为4块 假定其上作用着均布荷载q 见图 c 中荷载DABE 则M点产生的竖向应力可用角点法计算 即 a b c 第三章土的压缩性与地基沉降计算 应力系数计算结果 第三章土的压缩性与地基沉降计算 4 竖直线荷载作用下的地基附加应力 弗拉曼课题 线荷载 在半无限空间表面上沿无限长直线作用的均布的荷载 M 第三章土的压缩性与地基沉降计算 任意点下的附加应力 F氏解的应用 条形面积竖直均布荷载作用时的应力分布系数 p M 查表3 5 5 条形面积上竖直均布荷载作用下的地基附加应力 第三章土的压缩性与地基沉降计算 注意 1 原点在尖点 2 X轴正向与荷载增大方向一致 6 条形面积上竖直三角形分布荷载作用下的地基附加应力 式中 三角形分布条形荷载下相应的附加应力系数 都是m z b和n x b的函数 可由表3 6查得 第三章土的压缩性与地基沉降计算 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 6地基的最终沉降量 地基土层在建筑物荷载作用下 不断产生压缩 直至压缩稳定后地基表面的沉降量称为地基的最终沉降量 地基沉降按施工阶段将其分为施工期沉降和工后沉降 第三章土的压缩性与地基沉降计算 计算方法 规范法 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 分层总和法 分层总和法是指将地基沉降计算深度内的土层按土质和应力变化情况划分为若干分层 分别计算各分层的压缩量 然后求其总和得出地基最终沉降量 这是计算地基最终沉降量的基本且常用的方法 理论上不够完备 缺乏统一理论 单向压缩分层总和法是一个半径验性方法 a 假设基底压力为线性分布 b 附加应力用弹性理论计算 c 只发生单向沉降 侧限应力状态 d 只计算固结沉降 不计瞬时沉降和次固结沉降 e 将地基分成若干层 认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 6 1分层总和法 基本假定和基本原理 第三章土的压缩性与地基沉降计算 单向压缩量公式 无侧向变形条件下单向压缩量计算假设 1 土的压缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的结果 土粒本身的压缩可忽略不计 3 土层均质且在土层厚度范围内 压力是均匀分布的 2 土体仅产生竖向压缩 而无侧向变形 计算公式 压缩前 压缩后 解决问题 第三章土的压缩性与地基沉降计算 1地基土的分层 1 天然土层交界面和地下水位应为分层面 2 同一类土 其分层厚度不大与0 4b b为基础宽度 如何利用单向压缩量计算公式 2确定压缩层厚度 1 应力比法 竖向附加应力与自重应力之比对一般粘土按确定地基沉降计算深度 如果下面还有软土层 按确定地基沉降计算深度 2 变形法 第三章土的压缩性与地基沉降计算 1 确定沉降计算剖面 计算基底压力的大小及分布 选择沉降计算点位置 2 分层并求出计算点垂线上各分层面处地基中的自重应力 并绘出自重应力沿深度分布曲线 注意自重应力应从地面起算3 求出计算点垂线上各分层面处竖向附加应力 绘出分布曲线 e p曲线法计算地基最终沉降量 具体步骤 第三章土的压缩性与地基沉降计算 4 确定地基沉降计算深度5 根据每一分层顶 底面处的自重应力和附加应力求出每个分层的平均自重应力和平均附加应力 6 计算每一薄层的沉降量7 计算最终沉降量 第三章土的压缩性与地基沉降计算 例题3 6 某厂房为框架结构 柱基底面为正方形 边长l b 4m 基础埋置深度d 1 0m 上部结构传至基础顶面荷载P 1440kN 地基为粉质粘土 土的天然重度 20kN m3 土的天然孔隙比e 0 97 地下水位深3 4m 饱和重度 sat 18 2kN m3 土的压缩系数 地下水位以上a1 0 30 1 MPa 地下水位以下a2 0 25 1 MPa 试求柱基中心点的沉降量 第三章土的压缩性与地基沉降计算 例题3 7 均质粘性土地基上有一矩形基础 基础长度L 10m 宽度B 5m 埋置深度D 1 2m 基础上作用着中心荷载P 12000kN 土体的天然重度 20kN m3 饱和重度 sat 21kN m3 土的压缩曲线如下图所示 如果地下水位距离基底2 5m 试求基础中心点的沉降量 第三章土的压缩性与地基沉降计算 1 用地基平均附加应力系数计算每一分层中的附加应力 2 给出了地基沉降计算深度新标准3 假设土体压缩模量不随深度变化 4 用地基沉降计算经验系数对分层总和法结果进行了修正 平均附加应力系数示意图 不同之处 3 6 2 建筑地基基础设计规范 推荐法 第三章土的压缩性与地基沉降计算 计算公式 要点小结 准备资料 应力分布 沉降计算 建筑基础 形状 大小 重量 埋深 地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线计算断面和计算点 确定计算深度确定分层界面计算各土层的 szi zi计算各层沉降量地基总沉降量 自重应力基底压力 基底附加应力附加应力 结果修正 第三章土的压缩性与地基沉降计算 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 7应力历史对地基沉降的影响 应力历史 指土体在历史上曾经受到过的应力状态 固结应力 能够使土体产生固结或压缩的应力 包括土的自重应力和外荷载在地基内部引起的附加应力 对于新近沉积的土或人工吹填土 最初土的自重应力由孔隙水承担 有效应力为零 而随着时间的推移 土在自重作用下逐渐沉降固结 最后自重应力全部转化为有效应力 故这类土的自重应力就是固结应力 对于大多数天然土 在自重作用下已经固结 其固结应力仅指附加应力 第三章土的压缩性与地基沉降计算 正常固结 超固结和欠固结的概念 pc p1 正常固结土 pc p1 超固结土 pc p1 欠固结土 实际不存在 相同p1时 一般OCR越大 土越密实 压缩性越小 超固结比 P1 现有有效应力 第三章土的压缩性与地基沉降计算 前期固结应力 前期固结应力 前期固结应力 现有有效应力 现有有效应力 现有有效应力 三种不同应力历史的土层 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 8 1地基沉降与时间关系计算目的 3 8地基沉降与时间的关系 地基的大部分固结沉降在施工期完成 但软土地基土体固结时间长 加上流变引起的次固结沉降又很大 因此不仅要计算地基的最终沉降 还要关注沉降随时间的发展情况 以软土地基上的高速公路为例 施工期沉降主要关系到工程量及工程进度 对公路的使用并无影响 人们更关心的是工后沉降 即完工后15年内发生的沉降 因为过大的工后沉降及不均匀沉降会导致路面不平 给高速行驶的汽车带来很大危害 地基究竟有多大沉降 是否需要采取措施加固 采取怎样的措施加固 施工期后沉降是否在允许范围内等一系列问题的解决都依赖于沉降计算分析 1 基本假定 a 土是均质 各向同性且是饱和的 b 土粒和孔隙水不可压缩的 土的压缩完全由孔隙体积的减小引起 c 土的压缩和固结仅在竖直方向发生 d 孔隙水的向外排出符合达西定律 土的固结快慢决定于它的渗透速度 e 在整个固结过程中 土的渗透系数 压缩系数等均视为常数 f 地面上作用着连续均布荷载并且是一次施加的 第三章土的压缩性与地基沉降计算 3 8 2太沙基单向固结理论 水在土中的渗透速度与试样两端水面间的水位差成正比 而与渗径长度成反比 即 2 太沙基一维固结方程 第三章土的压缩性与地基沉降计算 其中 土体固结系数为 单位 cm2 s 推导过程要求掌握 固结方程的推导 设在固结过程中某一时刻t 从单元顶面流出的流量为q 从底面流入的流量将为 于是 在时间dt内 流入与流出该单元体的水量之差dQ为 第三章土的压缩性与地基沉降计算 设在同一时间增量dt内 单元体上的有效应力增量为d 则单元体体积的减小可表示为dV mvd dz 根据有效应力原理 则 由于饱和土体体积的减小等于净流出数量 即 dV dQ