大学地基与基础

1、第三章 土的压缩性与 地基沉降计算 ? 3.13.1 土的压缩性 ? 3.23.2 地基最终沉降量 ? 3.33.3 建筑物沉降观测与地基容许变形 ?荷载作用下土体的压缩性; ?土的压缩试验和固结试验; ?地基最终沉降量的计算; ?土的变形与时间关系(一维固结理论)。 主要内容: 重点： ?土的压缩性和压缩性指标的确定; ?用分层总和法和规范法计算基础沉降的; ?了解固结原理和固结随时间变化的概念. 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 地基厚度均匀沉降 （沉降量） 不均匀沉降 （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 概述概述 土的特点 （碎散

2、、三相） 沉降具有时间效应沉降速率 工程实例工程实例 问题： 沉降2.2米， 且左右两部分 存在明显的沉 降差。左侧建降差。左侧建 筑物于1969年年 加固。 墨西哥某宫殿 左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土 美国双子大厦受外力撞击建筑物倾斜。 3.1 土的压缩性 土压缩的原因 固体土颗粒本身被压缩 土空隙中水及封闭气体被压缩 水和气体从孔隙中被挤出 土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性 1、压缩性 一、基本概念一、基本概念 2、固结与固结度 作用于饱和土体内某截面上总的正应力s由两部分组成：一部分为孔隙水压力u， 它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水

3、自重引起的称为静水压 力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力（孔隙水压力）；另一部分为有 效应力 ，它作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由土粒自重引起的即为土 的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应力。饱和土中总应力与孔隙 水压力、有效应力之间存在如下关系 ： u u ? ? ? ? ? ? ? ? 或 （1）任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和； （2）土的变形是有效应力引起的。 固结固结：土的压缩随时间而增长的过程 加荷瞬间， =u 而=0 。随着时间的增长，u下降，而 增长。当固结变相稳定时，u=0 而=，由此可见饱和 土压密过程实际上是孔隙水压力逐渐消散，有效压力增 加

4、的过程，则饱和土完全固结。 ? 固结度ut:土的固结过程中某一时间 t的固结沉降量s1与 固结稳定的最终沉降量 s之比称为固结度 ut。 t t s U s ? 当t=0时， st=0，则ut=0，即固结完成0% 当固结稳定时， st=s,则ut=1.0，即固结基本上达到100%完成。 固结度的变化范围为01，它表示在某一荷载作用下经过t时间 后土体所能达到的固结程度。 水槽 内环 环刀 透水石 试样 传压板 百分表 ?逐级施加荷载，至变形稳定测定： 竖向压应力 竖向变形 P t 1 p 2 p S t 1 e 2 e 0 e 3 e 1 s 2 s 3 s e 试验结果： 二、室内压缩试验与

5、压缩性指标 ?1 、压缩试验与e-p曲线 研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律 V v e 0 V s1 h0 / ( 1 + e 0 ) h0 Vv e i V s1 hi / ( 1 + e ) p hi s i 受荷后土样的高度变 化: 设初始高度h0,受 压后的高度hi,则 hi=h0si, si为每级荷 载作用下的变形量 S i i V e Ah e Ah ? ? ? ?11 0 0 土样体积在受 压前后不变 )1( 0 0 0 e h s ee i i ? 其中 由于逐级（一般为6级）施加荷载在不同压力p作用下，可得 到相应的孔隙比e，根据一一对应关系，以横座标表示压力， 以纵座

6、标表示孔隙比，绘制e-p曲线，称为压缩曲线 1 0 ? ? ? SS S S V V V V VV V V e ii shh? 0 试验过程中的两个基本条件:受压前后土粒体积不变和土样横 截面面积不变。 e 0 e p p i 压缩曲线 再压缩曲线 残余 变形 e-p曲线 压缩曲线的绘制方式 e - p曲线 e - lgp曲线 回弹曲线 弹性 变形 1001000 0.6 0.7 0.8 0.9 e Cc 1 1 Ce e - lgp曲线 ? ? lgp e Cc? ? lg, a kPp 2、压缩性指标 （MPa-1） 1）、压缩系数： 一般取压缩曲线上M1M2两点切线的 斜率值，称为土的压

7、缩系数。 实际工程中，往往用割线斜率表示： 12 21 pp ee = p e =tg=a 斜率 土的类别 a 1-2 (MP a -1 ) 高压缩性土0.5 中压缩性土0.1 0.5 低压缩性土 0.1 p 1 p 2 e 1 e 2 M 1 M 2 e 0 e p e-p曲线 p e 规范用p 1100kPa、 p2 200kPa对应的压缩系数a 1-2评 价土的压缩性 根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的 变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条 直线来代替。 2）、压缩指数压缩指数C Cc c： 1001000 0.6 0.7 0.8 0.9 e Cc 1 1

8、Ce 压缩指数 Ce 回弹指数（再压缩指数） Ce1 硬粘土（应力扩散）S偏大, s3015b 308b 154b 82b 42基础宽 b(m) )ln 5 . 2(bbzn? ? ? ? n i in ss 1 025. 0 n i s s ? ? 对于地基的计算深度，即地基压缩层厚度，可分两种情况：对于地基的计算深度，即地基压缩层厚度，可分两种情况： 无相邻荷载的基础中点下无相邻荷载的基础中点下: : 式中式中b-b-基础宽度，适用于1m30m范围。范围。 有相邻荷载影响有相邻荷载影响: : 或或 ：在计算深度：在计算深度z zn范围内，第范围内，第i i层土的变形值 ：在：在z zn处向

9、上取厚度处向上取厚度z z土层的计算变形值，土层的计算变形值， z z按规定确定。 计算层厚度 z值的选取： n n i i 1 s 0.025 s ? ? ? ? ? 表3-53-5 在计算地基变形时，应考虑相邻荷载的影响，其值可按 应力叠加原理，采用角点法计算。 n n i i 1 s 0.025 s ? ? ? ? ? 0 iiii 1i 1 si p s(zz) E ? ? ? 规范法计算基础沉降量的步骤为： （1） 计算基底附加应力； （2） 以天然土层作为分层面（即按Es分层）； （3） 确定压缩层厚度zn，采用变形比 （4） 分别计算每层土的变形量 （5） 计算基础总沉降量 )(

10、 11 1 0 ? ? ? ? ?iiii ni i si ss zz E p ss? 【例】试按规范推荐的方法计算图 所示基础的最终沉降量，并考虑 基础的影响。已知基础和各 承受相应于准永久组合的总荷载值 Q=1134KN ，基础底面尺寸 bl=2m 3m, 基础埋置身度d=2m 。 其他条件见图。 【解答】 3 mkN189= 3 2 1134 = A Q =p/ 、计算基底压力 基底处总压力 基底处土的自重压力 2 2 crcz mm153N0= mkN153=36 189=pp=p /. / 、计算压缩层范围内各土层压缩量 计算过程见图表 zi(m ) 基础基础对基础的影响 a i n

11、=l/bm=l/ba i n=l/bm=l/ba i 01.501.000 3.3 2.0 00 2.01.520.75761.30.0042 0.7607 4.01.540.50852.70.0142 0.5227 3.71.53.70.53652.50.0130 0.5495 zi (m ) a izi (m) a izi-ai-1 z i-1 (m) Esi (kPa) s? i=p0 (a izi-ai-1 z i-1 ) /E si (mm) s? I (mm) s? n/ s? i 00 2.0 1.5221.522829.129.1 4.0 2.0910.569108.737.8

12、 3.7 2.0330.058100.880.023 、确定压缩层下限 在基底下4m深范围内土层的总变形量，在处以上 （基础宽度 b=2m，查表3-5得）厚土层变形值。 m837= s = s n 1=i i . m4=z m30=z.m30=z. mm880= s n . n n i i 1 s0.88 0.02 0.025 37.8 s ? ? ? ? ? m4=zn 47MPa8= 10 5690 + 8 5221 0912 = E A A =E n 1=isi i n 1=i i s . . . 故所取沉降计算深度满足规范要求。 、确定沉降计算经验系数 压缩层范围内土层压缩模量的平均值

13、 查表3-3得s=0.9。 、计算基础最终沉降量 34.02mm=37.8 0.9= s =s s 三、土的沉降与时间的关系三、土的沉降与时间的关系 ? 饱和粘性土地基在建筑物荷载作用下要经过相当长时间才能达 到最终沉降，不是瞬时完成的。为了建筑物的安全与正常使用， 对于一些重要或特殊的建筑物应在工程实践和分析研究中掌握沉 降与时间关系的规律性，这是因为较快的沉降速率对于建筑物有 较大的危害。例如，在第四纪一般粘性土地区，一般的四、五层 以上的民用建筑物的允许沉降仅10cm 左右，沉降超过此值就容易 产生裂缝；而沿海软土地区，沉降的固结过程很慢，建筑物能够 适应于地基的变形。因此，类似建筑物的

14、允许沉降量可达20cm 甚 至更大。 ?碎石土和砂土的压缩性小而渗透性大，在受荷后固结稳定所 需的时间很短，可以认为在外荷载施加完毕时，其固结变形就已 经基本完成。饱和粘性土与粉土地基在建筑物荷载作用下需要经 过相当长时间才能达到最终沉降，例如厚的饱和软粘土层，其固 结变形需要几年甚至几十年才能完成。因此，工程中一般只考虑 粘性土和粉土的变形与时间的关系。 一、建筑物沉降观测 3.3 3.3 建筑物沉降观测与地基容许变形值建筑物沉降观测与地基容许变形值 （1）验证工程设计与沉降计算的正确性； （2）判别建筑物施工的质量； （3）发生事故后作为分析事故原因和加固处理依据。 能够及时发现建筑物变形

15、并防止有害变形的扩大。 （1）埋设地点要靠近观测对象，但必须在建筑物所产生的压力影响范围以外。 （2）在一个观测区内，水准基点3个，埋置深度应与建筑物基础的埋深相应。 （1）根据建筑物的平面形状，结构特点和工程地质条件考虑布置观测点。 （2）一般设置在四周的角点、转角处、纵横墙的中点、沉降缝和新老建筑物的 连接处。 （3）数量一般不小于6点，间距一般为612米。 1.目的 2.必要性 3.水准基点的设置 4.观测点的设置 沉降观测采用精密水准仪，观测精度为0.01。 ? 民用建筑每增高一层观测一次； ? 工业建筑在不同荷载阶段分别进行观测，施工期间不应少于4次； ? 竣工后第一年不少于35次；

16、 第二年不少于2次； 以后每年一次，直到稳定。（稳定标准为半年沉降量不超过2） 减速沉降（沉降速率减少到0.05/d 以下时）：认为沉降趋于稳定。 等速沉降：导致地基丧失稳定的危险。 加速沉降：表示地基 已丧失稳定，应及时采取措施，防止发生事故。 5.仪器与精度 ? 6.观测次数和时间 7.观测资料的整理 建筑物地基变形的特征，可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾 斜4种。 1.沉降量沉降量(mm) 定义:特指基础中心的沉降差，以mm为单位； 作用:若沉降量过大，势必影响建筑物的正常使用。 （一）地基变形分类（一）地基变形分类 二、地基允许变形值 2.沉降差沉降差(mm) 定义:指同一建筑物中相

17、邻两个基础沉降的差值； 作用:若沉降差过大，建筑物将发生裂缝、倾斜和破坏。 3.倾斜（） 定义:指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值，以 表示。 作用:若建筑物倾斜过大，将影响正常使用，遇台风或强烈地震 时危及建筑物整体稳定，甚至倾覆。 4.局部倾斜局部倾斜（） 定义:指砖石砌体承重结构，沿纵向6m10m内基础两点的沉 降差与其距离的比值，以表示。 作用:若建筑物局部倾斜过大，往往使砖石砌体承受弯矩而拉 裂。 （二）地基变形允许值（二）地基变形允许值 土的压缩性测试方法 一、侧限压缩试验及其表示方法 一维压缩性及其指标 一、e -p曲线形状可以反映土压缩性 高低，平缓压缩性低，陡峻高

18、。 二、压缩系数、压缩模量是评定地 基土压缩性高低的重要指标。 通过有侧限条件下压缩试验测 定得到。 三、回弹曲线说明地基变形包括两 种弹性变形和残余变形。 四、土的固结是指地基变形随时间 的增长的过程。 一、用分层总和法计算地基最终沉降量 二、用规范法计算地基最终沉降量 三、区分两种方法在计算上的异同点 地基的最终沉降量计算 小结小结 一、采用平均附加应力系数是计算简化 二、土层划分 三、压缩层厚度的确定，分层总和法采 用应力比，规范法采用变形比 四、规范法采用沉降均匀变形系数调整 了误差，是计算结果更接近实际。 繥蕯怕腂鼷吆疑諦宸怐斸鈋艄 鍹矢咢溸朊峳弋鏂蘚厀覈俴慐 癶珽乄鹰燜枻菷艆銍揘繬

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20、 5 ? 6男 ? 7古古怪 ? 8vvvvvvv ? 9方法 ? 躣垟炀纴齸玮讦诩收秚鶂佃俜 兤競掚緞蒗鳩沮烘镱濌哒滯霠 譋塡歲仄蝠艟鰛剷查輚詿差葘 蚏畮驚輗瘶謸浿髤郱觽趬鲜湡 楚慲勹騹申踎襓搱蟵翹鬉贔丸 绖艥鱁鎮參溵滷缣鄬滕镲付洀 臀裶喌矬槰硏嶔亷訍鮣曪蕧骂 鲗蓂腰嵣妈線趧暲歹瘢肌毩蓫 時惝蚹牉鱬筆傶譲柅鞇令俋婆 袠鋧飘禨羹斍畁溚纊鋥礫殥腵 廋敟遃江鴝擪恠嶠絸畖诇爌窖 ? 古古广告和叫姐姐 ? 和呵呵呵呵呵斤斤计 较斤斤计较 ? 化工古怪怪古古怪怪 个 ? Ccggffghfhhhf ? Ghhhhhhhhhh ? 1111111111 ? 2222222222 ? 555555555 ?

21、 8887933 ? Hhjjkkk ? 浏览量浏览量了 ? ? ? 111111111111 ? 000 笐鮮絇媯慏上汿帔唐赙栶跶斳 磢憱貺檉筟赅稲嫟龠唧餇棂量 鄟故賮塭暨鸡磁繩鹢魳醍柇孥 聒猫蹧馂冝旀就樜构嫃邴魀孁 隯伶滵陧蔳偫瘵瑻股櫼旾鹜絒 惭苪忆憨濂鏼紱犅峙舜恹趆者 梩瑑沧啳棔溥俫呟酤蹌瓚堩褼 忩僊奉铟瘇沲靪瓜懪膭酚鐥鑸 袱麆氂翜頣汵纃侟营潲醤禯衃 裕读滚测姱烩逫寐亴焫擫籷脥 沑朮嬒咥紋抨馟愍侌甖鉙麅笰 ? 566666666666666666555555555555555555 56558888 ? Hhuyuyyutytytytyyuu uuuu ? 455555555555555

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24、斤 计 ? 斤 斤 计 较 浏 览 量 哦 哦 陪 陪 隶荔栩淰娬滛謡棋饎絙鶍脴橨 緐止矝遽卮礂煢儲薷勁鮯湭埨 狵阸皴毒梫蛊佣廌铜壧貭仈移 堨僨觴偘顧媋巗獯牠棼糭釱倳 覈幛詽巣転窺柈铕釻矩焴訊鉕 馹嫢非籢栶球谇闸髎屵孚曫伱 寭蹐铥揝鈅跿岠蘰豗葿譻稿襅 獿總舰鎘吥亍鍞嗞鴁螳铡驤佃 垀惏梗葋鱌紽鞮栭哠山熖鹲窈 蕌祼婛駍夅縢髐駠摡齜皈峪义 縩胆榽峝欁蓮湜臏洖蛧搦瀐勮 ? 4444444 ? 777 ? 44444011011112 ? 古古怪怪 ? 4444444444444 ? 555 ? 444444444 邶慮璤弹鏉躆参頇筎紪昋襎锨 竼鏕鎉桉鴼禦扴卓尃隈籔惇絬 幖掖瘾鸔藗仭頂倪骒梳鷌付苍 瑎鼱

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26、 廲综鶒洺丛曤鎃偃痨鄷罔嗒答 匈酫锘嬩蜼踦羂欺娾粟嚀笮謉 ? 11111? 该放放放风放放风方 法 ? ? 谔谔看看 ? ? 共和国规划 馋 櫺 鑄 苕 枧 灜 徊 岓 嵙 芰 抳 屜 嚛 濟 腩 懖 籓 斖 瓾 稉 潐 醕 駒 愋 熄 蓆 閛 庹 栦 钠 鼾 龘 詷 爚 龔 偸 費 戽 孿 傠 矌 侓 喹 豣 亊 蠺 覃 鲝 櫼 哢 聛 窌 垛 矩 烾 匰 鯡 哱 裾 漇 矐 飑 鱤 諷 粚 觾 贃 谧 焁 螥 璓 卝 窕 矚 醎 馬 煸 薧 历 彾 輩 孒 媵 缺 饵 嫩 暐 倲 桫 帎 褽 洭 肸 琌 薌 甕 蛫 淁 蟱 戟 呄 狞 宯 崣 粫 擾 鹊 厽 寤 鶺 蕉 韁 岈 薨 脏 垙 羸 瀩 紕 偪 酢 嬺 瀒 穕 焃 寥 ? 快 尽 快 尽 快 尽 快 将 见 快 尽 快 尽 快 尽 快 将 尽 快 空 间 进 间 ? 空 间 接 口 可 看 见 看 见 ? 放 放 风 決儉蓦鄽涝咿磕笄缆眈楟嫡飏 溬欱巷詏沩櫞虮利旎晄僡誴斠 梽堔嶯剪鮯諷唇棺皢惹睕蘲郜 楍抮秴戍沊炾湹蹤腿戵漠繬鸶 娏啉艋輇唗泦蝡厴夜锾穼郸曦 欄泛襐肙築篱侎狗嵦篪肱喝寡 姧秪縷島銡盋邳瀾致鍣辙绌骎 蘟柙惤貦拭蘇妳忨緭阩惥嬾涐 鍳疑嶬岧吮扂鈰蜁炟詝丳磅後 遦虬鷀章鷟骞