土力学及基础工程第四章-土的压缩性和地基沉降

1、第四章第四章 土的压缩性和地基沉降计算土的压缩性和地基沉降计算 4.1 土的压缩性 4.2 地基最终沉降量 4.3 饱和土渗流固结理论 4.4 建筑物沉降观测与地基容许变形4.1 土的压缩性土的压缩性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成压缩量的组成n固体颗粒的压缩固体颗粒的压缩n土中水的压缩土中水的压缩n空气的排出空气的排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/400不到，不到，忽略不计忽略不计压缩量主要组成部分压缩量主要组成部分说明：说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土无粘性土

2、粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程 一、压缩试验一、压缩试验研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验固结试验三联固结仪三联固结仪1 百分表；2表夹；3横梁；4钢珠；5传压板；6容器；7容器底盘；8立柱；9拉杆；10牙箱；11升降杆；12长水泡；13杠杆；14砝码；15平衡锤固定夹；16圆水泡座；17底

3、盘；18平衡锤；19手轮；20表夹杆杠杆式压缩仪杠杆式压缩仪 刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载注意：注意：土样在竖直土样在竖直压力作用下，由于压力作用下，由于环刀和刚性护环的环刀和刚性护环的限制，只产生竖向限制，只产生竖向压缩，不产生侧向压缩，不产生侧向变形变形 1.压缩仪示意图压缩仪示意图 2.e- -p曲线曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土样在压缩前后变土样在压缩前后变形量为形量为s，整个过，整个过程中土粒体积和底程

4、中土粒体积和底面积不变面积不变eHeH11100土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变)1(000eHsee整理整理1)1(000 wswde 其中其中根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制，绘制e- -p曲线，曲线，为为压缩曲线压缩曲线pe0eppee- -p曲线曲线曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性压缩性曲线曲线B压缩性压缩性 二、压缩性指标二、压缩性指标压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高力增量作用下，土的孔隙比减少得

5、愈显著，土的压缩性愈高根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标n1.1.压缩系数压缩系数an2.2.压缩指数压缩指数C CC Cn3.3.压缩模量压缩模量Es n4.4.变形模量变形模量E0 1.压缩系数压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应应力增量的比值力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲线曲线pe1221ppeep e a 斜斜率率 规范规范用用p1100kPa、 p2200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2评价评价土的压缩性土的压缩性n a1-20.1MPa-1 低压缩性土低压缩性土n0

6、.1MPa-1a1-20.5MPa-1 中压缩性土中压缩性土n a1-2 0.5MPa-1 高压缩性土高压缩性土p1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲线曲线pe1221ppeep e a 斜斜率率 2.压缩指数压缩指数Cc土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应应力增量的比值力增量的比值n Cc0.2 低压缩性土低压缩性土n 0.2 Cc0.4 中压缩性土中压缩性土n Cc0.4 高压缩性土高压缩性土12211221pplgeeplgplgeeCc 3.压缩模量压缩模量Es土在土在侧限侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为条件下竖向压应力与竖向总

7、应变的比值，或称为侧限模量侧限模量aeEs11说明：说明：土的压缩模量土的压缩模量Es与土的的压缩系数与土的的压缩系数a成反比，成反比， Es愈愈大，大， a愈小，土的压缩性愈低愈小，土的压缩性愈低nEs4MPa 高压缩性土高压缩性土n4MPa Es 15MPa 中压缩性土中压缩性土n Es 15MPa 低压缩性土低压缩性土土在土在无侧限无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。变形模量与压缩变形模量与压缩模量之间关系模量之间关系sEE 0 1212土的泊松比，土的泊松比，一般一般00.5之间之间n4.变形模量变形模量E04.2 地基最终沉降量计算 一、分层

8、总和法一、分层总和法 二、二、建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范方法方法 三、地基沉降计算中的有关问题三、地基沉降计算中的有关问题 四、弹性力学方法四、弹性力学方法地基最终沉降量：地基最终沉降量：地基变形稳定后基础底面的沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量 一、分层总和法一、分层总和法1.1.基本假设基本假设n地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹弹性理论性理论计算土中应力计算土中应力n在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限侧限条件条件下的压缩性指标下的压缩性指标 n取取基底中心点基底中

9、心点下的附加应力进行计算，以基底中点的下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降沉降代表基础的平均沉降n地基变形是由基础底面以下地基变形是由基础底面以下一定深度范围一定深度范围（压缩层）（压缩层）内土层的竖向变形引起内土层的竖向变形引起 一、分层总和法一、分层总和法2.2.单一压缩土层的沉降计算单一压缩土层的沉降计算n在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。向变形。p可压缩土层可压缩土层H2H1s土层竖向应力由土层竖向应力由p1增

10、加到增加到p2，引，引起孔隙比从起孔隙比从e1减小到减小到e2，竖向应，竖向应力增量为力增量为p1121211HeeeHHs 1221ppeep e a 1112111211)(1HEpHeeeHppeass 221111eHeH 土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变第四章第四章 土的压缩性和地基沉降计算土的压缩性和地基沉降计算 4.1 土的压缩性 4.2 地基最终沉降量 4.3 饱和土渗流固结理论 4.4 建筑物沉降观测与地基容许变形 e- -p曲线曲线e0eppee- -p曲线曲线n1.1.压缩系数压缩系数an2.2.压缩指数压缩指数C CC Cn3.3.压缩模量压缩模量Es 12

11、21 ppeepea 12211221pplgeeplgplgeeCc aeEs114.2 地基最终沉降量计算 一、分层总和法一、分层总和法 二、二、建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范方法方法 三、地基沉降计算中的有关问题三、地基沉降计算中的有关问题 四、弹性力学方法四、弹性力学方法地基最终沉降量：地基最终沉降量：地基变形稳定后基础底面的沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量 一、分层总和法一、分层总和法1.1.基本假设基本假设n地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹弹性理论性理论计算土中应力计算土中应力n在压力作用下，地基土不产生侧向变

12、形，可采用在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限侧限条件条件下的压缩性指标下的压缩性指标 n取取基底中心点基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降沉降代表基础的平均沉降n地基变形是由基础底面以下地基变形是由基础底面以下一定深度范围一定深度范围（压缩层）（压缩层）内土层的竖向变形引起内土层的竖向变形引起 一、分层总和法一、分层总和法2.2.单一压缩土层的沉降计算单一压缩土层的沉降计算p可压缩土层可压缩土层H2H1s土层竖向应力由土层竖向应力由p1增加到增加到p2，引，引起孔隙比从起孔隙比从e1减小到减小到e2，竖向应，竖向应力增

13、量为力增量为p1121211HeeeHHs 1221ppeep e a 1112111211)(1HEpHeeeHppeass 221111eHeH 土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变3.3.单向压缩分层总和法单向压缩分层总和法n分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量s si,i,基础的平均沉降量基础的平均沉降量s s等于等于s si i的总和的总和 niisiiniiiiiiniiiiiniihEphe)pp(aheeess111121121111 e1i由第由第i层的自重应力均值层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔

14、从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比隙比 e2i由第由第i层的自重应力均层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比缩曲线上得到的相应孔隙比dcz线线zz线线p1p2e1e2ep4.4.单向压缩分层总和法计算步骤单向压缩分层总和法计算步骤n1.1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线力分布曲线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度n3.3.确定沉降计算深度范围内的分层界面确定沉降计算深度范围内的分层界面n4.4.计算各分层沉降量计算各分层沉降量n5.5.计算基础最终沉降量计算基础最终沉降

15、量n1.1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线分布曲线dcz线线zz线线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度（1 1）一般取）一般取z=0.2cz处的深度作为沉降计算深度的下限处的深度作为沉降计算深度的下限（2 2）软土，取）软土，取z=0.1cz处，若沉降深度范围内存在基岩处，若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止时，计算至基岩表面为止d地基沉降计算深度地基沉降计算深度cz线线z线线n3.3.确定地基分层确定地基分层1.1.不同土层的分界面与地下不同土层的分界面与地下水位面为天然层面水位面为天然层面2.2.每层厚度每

16、层厚度hi 0.4bn4. 4. 计算各分层沉降量计算各分层沉降量 根据自重应力、附加应力曲线、根据自重应力、附加应力曲线、e- -p压缩曲线计算任一分层沉降量压缩曲线计算任一分层沉降量 n5.5.计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量iiiiiheees1211 niiss1 d地基沉降计算深度地基沉降计算深度c线线z线线isiiihEps aeEs11 1221ppeea 二、二、规范规范法法n由由建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB500072011）提出提出n分层总和法的另一种形式分层总和法的另一种形式n沿用分层总和法的假设，并引入沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力平均附

17、加应力系数系数和和地基沉降计算经验系数地基沉降计算经验系数 均质地基土，在侧限条件下，压缩模量均质地基土，在侧限条件下，压缩模量Es不不随深度而变，从基底至深度随深度而变，从基底至深度z的压缩量为的压缩量为szzszszEAdzEdzEs 001 深度深度z范围内的范围内的附加应力面积附加应力面积 二、二、规范规范法法dcz线线zz线线 niisiziniiiiiniihEheeess1112111 附加应力面积附加应力面积dzAzz 0 附加应力通附加应力通式式z=a p0代入代入引入平均附引入平均附加应力系数加应力系数zpAzdzz00 zpA0 sEzps0 zdzp00 szzszsz

18、EAdzEdzEs 001 1234p0ziAiip0)zz(EpEAAsssiiiisisiiiiii11011 )zz(Epssiiiinisinii11101 zi-1地基沉降计算深度地基沉降计算深度znzizzi-153 4612b12345612p0p0第第n层层第第i层层ziAiAi-1表2-14ip0i-1p0 i、 i-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面层土底面范围内平均附加应力系数范围内平均附加应力系数)(11011iiiisisiiiiiizzEpEAAsss)zz(Epssiiiinisinii11101 地基沉降计算深度地基沉降计算深度znziz

19、zi-153 4612b第第n层层第第i层层地基沉降计算深度地基沉降计算深度zn应该满足的条件应该满足的条件 niins.s10250 表2-14 当确定沉降计算深度下有当确定沉降计算深度下有软弱土层软弱土层时，尚应向下继续计时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在式，若计算深度范围内存在基岩基岩，zn可取至基岩表面为止可取至基岩表面为止 当无相邻荷载影响，基础宽度在当无相邻荷载影响，基础宽度在130m范围内，基础中范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算点的地基沉降计算深度可以按

20、简化公式计算)bln.(bzn4052 地基沉降计算深度地基沉降计算深度zn应该满足的条件应该满足的条件 niins.s10250 )zz(Epssiiiinisiss1110 zi、zi-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面的层土底面的距离距离(m) i、 i-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面层土底面范围内平均附加应力系数范围内平均附加应力系数 为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经沉降计算经验系数验系数s ( (表表2-132-13） 三、地基沉降计算中的有关问题三、地基沉降计算中的有关问题n1.1

21、.分层总和法在计算中假定不符合实际情况分层总和法在计算中假定不符合实际情况假定地基无侧向变形假定地基无侧向变形 计算结果偏小计算结果偏小计算采用基础中心点下土的附加应力和沉降计算采用基础中心点下土的附加应力和沉降 计算结果偏大计算结果偏大两者在一定程度上相互抵消误差，但精确误差难以估计两者在一定程度上相互抵消误差，但精确误差难以估计n2.2.分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用下的分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用下的固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量n3.3.相邻荷载对沉降量有较大的影响，在附加应力计算中应相

22、邻荷载对沉降量有较大的影响，在附加应力计算中应考虑相邻荷载的作用考虑相邻荷载的作用 五、例题分析五、例题分析n【例】某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为为4m4m，埋深，埋深d1.0m，地基为粉质粘土，地下水位，地基为粉质粘土，地下水位距天然地面距天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面。上部荷重传至基础顶面F1440kN, ,土土的天然重度的天然重度 16.0kN/m, ,饱和重度饱和重度 sat17.2kN/m，有，有关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算基础最终沉降（已知基础最终沉降

23、（已知fa= =94kPa）3.4md= =1mb= =4mF=1440kN501002003000.900.920.940.96e【解答解答】nA.A.分层总和法计算分层总和法计算1.1.计算分层厚度计算分层厚度每层厚度每层厚度hi 0.4b=1.6m，地下水，地下水位以上分两层，各位以上分两层，各1.2m，地下水，地下水位以下按位以下按1.6m分层分层2.2.计算地基土的自重应力计算地基土的自重应力自重应力从天然地面起算，自重应力从天然地面起算，z的取值从基底面起算的取值从基底面起算1635.2 54.4 66.0 77.4z(m)cz(kPa)01.22.44.05.67.289.03.

24、3.计算基底压力计算基底压力kNAdGG320kPaAGFp1104.4.计算基底附加压力计算基底附加压力kPadpp9403.4md= =1mF=1440kNb= =4m自重应力曲线自重应力曲线 16.0kN/m sat17.2kN/m1635.254.465.977.489.05.5.计算基础中点下地基中附加应力计算基础中点下地基中附加应力0.25000.22300.15160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.30.240.14z(m)z/bz z(kPa)czcz(kPa)z /czzn (m)01.22.44.05.67.200.61.22

25、.02.83.61635.254.465.977.489.0c 用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长l=b=2m， z=4acp0, , 由表确定由表确定c 1635.254.465.977.489.094.083.857.031.618.912.37.25.5.计算基础中点下地基中附加应力计算基础中点下地基中附加应力6.6.确定沉降计算深度确定沉降计算深度znzn根据根据z = 0.2c的确定原则，由计算结果，取的确定原则，由计算结果，取zn=7.2m7.7.最终沉降计算最终沉降计算根据根据e-曲线曲线，计算各层的沉降量，计算各层的

26、沉降量z(m)z/bz z(kPa)czcz(kPa)z /czzn (m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.60.25000.22290.15160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.2c 用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长l=b=2m， z=4 p0, , 由表确定由表确定cc按分层总和法求得基础最终沉降量为按分层总和法求得基础最终沉降量为s=si =54.7mm3.4mF=1440kN501

27、002003000.900.920.940.96e1635.254.465.977.489.094.083.857.031.618.912.3iiiiiheees1211 25.644.860.271.783.288.970.444.325.315.6114.5115.2104.597.098.80.9700.9600.9540.9480.9440.9370.9360.9400.9420.9400.01680.01220.00720.00310.0021z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.

28、0cz(kPa)h(mm)12001600160016001600cz(kPa)z(kPa)z+ cz(kPa)e1e2e1i- e2i1+ e1isi(mm)20.214.611.55.03.4nB.B.规范规范法计算法计算1. 1. cz 、z分布及分布及p0计算值见分层总和法计算过程计算值见分层总和法计算过程2. 2. 确定沉降计算深度确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3. 3. 确定各层确定各层EsiasKPE52921 4. 4. 根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数3.4md= =1mF=1440kNasKPE57712

29、 5.5.列表计算各层沉降量列表计算各层沉降量siz(m)02.47.27.800.61.81.953.61529257715771742958.8l/bz/b3.9z(m)1.0000.8580.4820.45450.12050.113602.0593.47043.5451izi- i-1zi-1(m)2.0591.41140. 07470.06510.0185Esi(kPa)7448(mm)36.5722.991.2163.30.9s(mm)59.7)(110 iiiisiizzEps 60.7859.563.4md= =1mF=1440kNasKPE52921 asKPE57712 94

30、.0z(m)02.47.27.800.61.81.953.61529257715771742958.8l/bz/b3.9z(m)1.0000.8580.4820.45450.12050.113602.0593.47043.5451izi- i-1zi-1(m)2.0591.41140. 07470.06510.0185Esi(kPa)7448(mm)36.5722.991.2163.30.9s(mm)59.7)(4110 iiiisiizzEps 60.7859.565.5.列表计算各层沉降量列表计算各层沉降量siMPaKPaEs48. 5548257714861. 15292059. 254

31、51. 3根据计算表所示根据计算表所示z=0.6m, , sn =1.205mm 0.025 si =1.52mm满足规范要求满足规范要求 6.6.沉降修正系数沉降修正系数j s 根据根据Es =5.48MPa， p0 fak ，查表得到，查表得到s =1.1527.7.基础最终沉降量基础最终沉降量 s= s s =70.02mm【作业作业】用分层总和法和规范法计算矩形基础甲的最终沉降量。用分层总和法和规范法计算矩形基础甲的最终沉降量。1.51MPa.Es5635 6m2m甲填土填土 17.5kN/m3F=1755KN甲水位面水位面2粉质粘土粉质粘土 19kN/m3粘土粘土 19.5kN/m3

32、MPa.Es2933 【作业作业】用分层总和法和规范法计算矩形基础甲的最终沉降量。用分层总和法和规范法计算矩形基础甲的最终沉降量。1.51MPa.Es5635 6m2m甲填土填土 17.5kN/m3F=1755KN甲水位面水位面2粉质粘土粉质粘土 19kN/m3粘土粘土 19.5kN/m3MPa.Es2933 一、分层总和法一、分层总和法 niisiiniiiiiiniiiiiniihEpheppaheeess11112112111)(1 n1.1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线力分布曲线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度

33、n3.3.确定沉降计算深度范围内的分层界面确定沉降计算深度范围内的分层界面n4.4.计算各分层沉降量计算各分层沉降量n5.5.计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量4.2 地基最终沉降量计算)zz(Epssiiiinisiss1110 二、二、规范规范法法)bln.(bzn4052 地基沉降计算深度地基沉降计算深度zn应该满足的条件应该满足的条件 niins.s10250 地基沉降计算深度地基沉降计算深度znzizzi-153 4612b第第n层层第第i层层n1.土的回弹与再压缩土的回弹与再压缩pe弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形adbcb 压缩曲线压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压缩曲线再压缩曲线n

34、1.1.土的卸荷回弹曲线不与原土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分完全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形为不能恢复的塑性变形n2.2.土的再压缩曲线比原压缩土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低其压缩性明显降低4.3 应力历史对地基沉降的影响1 1、当基础开挖量很大，开、当基础开挖量很大，开挖时间较长时，可造成基坑挖时间较长时，可造成基坑土回弹，要考虑回弹量土回弹，要考虑回弹量2 2、孔隙比的变化不仅与荷、孔隙比的变化不仅与荷载有关

35、，还和受荷历史有关载有关，还和受荷历史有关n2.2.土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史：土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态土体在历史上曾经受到过的应力状态先期固结压力先期固结压力pc ：土在其生成历史中曾受过的最大有土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力效固结压力讨论：讨论：对试样施加压力对试样施加压力p时，压缩曲线形状时，压缩曲线形状ppc正常压缩曲线，斜正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量率陡，土体压缩量大大pe弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形adbcb 压缩曲线压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压缩曲线再压缩曲线n2.2.土的应力历史对土的压缩性的

36、影响土的应力历史对土的压缩性的影响n1.1.正常固结土正常固结土先期固结压力等于现时的土压力先期固结压力等于现时的土压力pcp1，OCR=1n2.2.超固结土超固结土先期固结压力大于现时的土压力先期固结压力大于现时的土压力pcp1，OCR1n3.3.欠固结土欠固结土先期固结压力小于现时的土压力先期固结压力小于现时的土压力pc30%近似取近似取vTmteU422281 n土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分布和排水条土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分布和排水条件相同时，达到同一固结度时时间因素相等件相同时，达到同一固结度时时间因素相等222121tHctHcvv 222121HHtt

37、土质相同、厚度不同土层，土质相同、厚度不同土层，荷载和排水条件相同时，达到荷载和排水条件相同时，达到相同固结度所需时间之比等于相同固结度所需时间之比等于排水距离平方之比排水距离平方之比n结论：结论：对于同一地基情况，将单面排水改为双面排水，要对于同一地基情况，将单面排水改为双面排水，要达到相同的固结度，所需历时应减少为原来的达到相同的固结度，所需历时应减少为原来的1/4 l 5 5、各种情况下地基固结度的求解、各种情况下地基固结度的求解地基固结度基本表达式中的地基固结度基本表达式中的Ut随地基所受随地基所受附加应力和排水条件附加应力和排水条件不同而不同，因此在计算固结度与时间的关系时也应区别对

38、待不同而不同，因此在计算固结度与时间的关系时也应区别对待1 12 23 34 45 5H 利用压缩层透水面上压缩应力与不透水面上压缩应力之比，绘利用压缩层透水面上压缩应力与不透水面上压缩应力之比，绘制定固结度与时间因素曲线，确定相应固结度制定固结度与时间因素曲线，确定相应固结度透水面上的压缩应力透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力n1 1适用于地基土在其自重作用下已固结完成，基底面积很大而压缩土适用于地基土在其自重作用下已固结完成，基底面积很大而压缩土层又较薄的情况层又较薄的情况n2 2适用于大面积新填土层适用于大面积新填土层( (饱和时饱和时) )由于本土层自重应力引起

39、的固结；由于本土层自重应力引起的固结；或者土层由于地下水大幅度下降，在地下水变化范围内，自重应力随深或者土层由于地下水大幅度下降，在地下水变化范围内，自重应力随深度增加的情况。度增加的情况。n3 3适用于地基土在自重作用已固结完成，基底面积较小，压缩土层较适用于地基土在自重作用已固结完成，基底面积较小，压缩土层较厚，外荷在压缩土层的底面引起的附加应力已接近于零厚，外荷在压缩土层的底面引起的附加应力已接近于零n4 4视为视为1、2种附加应力分布的叠加，土层在自重应力作用下尚未固结，种附加应力分布的叠加，土层在自重应力作用下尚未固结，又在其上施加荷载。又在其上施加荷载。n5 5视为视为1、3种附加

40、应力分布的叠加，附加应力随深度增加而减少，但种附加应力分布的叠加，附加应力随深度增加而减少，但底部的附加应力大于零。底部的附加应力大于零。n6 6双面排水双面排水1 12 23 34 45 5H透水面上的压缩应力透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力1 0 1 1 1 l 6 6、地基固结过程中任一时刻的沉降量计算步骤、地基固结过程中任一时刻的沉降量计算步骤u（1 1）计算地基附加应力沿深度的分布）计算地基附加应力沿深度的分布u（2 2）计算地基最终沉降量）计算地基最终沉降量u（3 3）计算土层的竖向固结系数和时间因素）计算土层的竖向固结系数和时间因素u（4 4）求解地基固

41、结过程中任一时刻的沉降量，或沉）求解地基固结过程中任一时刻的沉降量，或沉降达某一值所需时间降达某一值所需时间scdssssn1.1.sd 瞬时沉降瞬时沉降( (不排水沉降、畸变沉降）不排水沉降、畸变沉降）: :加荷瞬间加荷瞬间土孔隙中水来不及排出，孔隙体积尚未变化，地基土在土孔隙中水来不及排出，孔隙体积尚未变化，地基土在荷载作用下仅产生剪切变形时的地基沉降荷载作用下仅产生剪切变形时的地基沉降n2.2.sc 固结沉降固结沉降：在荷载作用下，随着土孔隙水分的：在荷载作用下，随着土孔隙水分的逐渐挤出，孔隙体积相应减少，土体逐渐压密而产生的逐渐挤出，孔隙体积相应减少，土体逐渐压密而产生的沉降沉降n3.

42、3. ss 次固结沉降次固结沉降：土中孔隙水已经消散，有效应力：土中孔隙水已经消散，有效应力增长基本不变之后仍随时间而缓慢增长所引起的沉降增长基本不变之后仍随时间而缓慢增长所引起的沉降 四、地基最终沉降量组成四、地基最终沉降量组成 五、例题分析五、例题分析【例】厚度厚度H= =10m粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其压粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其压缩应力如下图所示。粘土层的初始孔隙比缩应力如下图所示。粘土层的初始孔隙比e1= =0.8，压缩系数压缩系数a= =0.00025kPa-1，渗透系数渗透系数k= =0.02m/ /年。试求：年。试求： 加荷一年后的沉降量加荷一年后的沉降量S

43、t 地基固结度达地基固结度达Ut= =0.75时所需要的历时时所需要的历时t 若将此粘土层下部改为透水层，则若将此粘土层下部改为透水层，则Ut= =0.75时所需历时时所需历时t157kPa235kPaHp粘土层粘土层不透水层不透水层n【例】 加荷一年后的沉降量加荷一年后的沉降量St 地基固结度达地基固结度达Ut= =0.75时所需要的历时时所需要的历时t 若将此粘土层下部改为透水层，则若将此粘土层下部改为透水层，则Ut= =0.75时所需历时时所需历时t157kPa235kPaH=10mp粘土层粘土层不透水层不透水层e1= =0.8a= =0.00025kPa-1，渗透系数渗透系数k= =0

44、.02m/ /年年【解答解答】n1.当当t=1年的沉降量年的沉降量 地基最终沉降量地基最终沉降量mmHeaSz27211 固结系数固结系数年年/4 .14)1 (21maekcwv时间因素时间因素144.02tHcTvv5 .1157235查图表得到查图表得到Ut= =0.45加荷一年的沉降量加荷一年的沉降量mmSUSzt123n【例】 加荷一年后的沉降量加荷一年后的沉降量St 地基固结度达地基固结度达Ut= =0.75时所需要的历时时所需要的历时t 若将此粘土层下部改为透水层，则若将此粘土层下部改为透水层，则Ut= =0.75时所需历时时所需历时t157kPa235kPaH=10mp粘土层粘

45、土层不透水层不透水层e1= =0.8a= =0.00025kPa-1，渗透系数渗透系数k= =0.02m/ /年年【解答解答】n2.当当Uz=0.75所需的历时所需的历时t 由由Uz=0.75，1.5查图得查图得到到Tv0.47年年26.32vvcHTtn3.双面排水时，双面排水时，Uz=0.75所需历时所需历时 由由Uz=0.75, ,1, ,H5m查查图得到图得到Tv0.49年年85.02vvcHTt4.5 建筑物沉降观测与地基容许变形值上海市上海市u 从从19211921年开始发现地面下沉，到年开始发现地面下沉，到19651965年累积最大沉降达到年累积最大沉降达到2.63m2.63m，

46、影响范围，影响范围400km400km2 2；19661966年到年到19871987年，累积沉降年，累积沉降36.7mm36.7mm； 9090年代开始，每年年代开始，每年1cm1cm速度下沉速度下沉天津市天津市u 从从19591959年到年到19821982年累计最大沉降量达到年累计最大沉降量达到2.15m2.15m；市区平均；市区平均沉降速率沉降速率94mm94mm；沉降；沉降100mm100mm以上地区达以上地区达900km900km2 2北京市北京市u 北京地下水位每年下降北京地下水位每年下降1-2m1-2m；北京东北部地区沉降量达到；北京东北部地区沉降量达到590mm590mm；总

47、沉降面积超过；总沉降面积超过600km600km2 24.5 建筑物沉降观测与地基容许变形值 一、建筑物沉降观测一、建筑物沉降观测n反映地基的实际变形以及地基变形对建筑物的影响程度反映地基的实际变形以及地基变形对建筑物的影响程度n根据沉降观测资料验证地基设计方案的正确性，地基事故根据沉降观测资料验证地基设计方案的正确性，地基事故的处理方式以及检查施工的质量的处理方式以及检查施工的质量n沉降计算值与实测值的比较，判断现行沉降计算方法的准沉降计算值与实测值的比较，判断现行沉降计算方法的准确性，并发展新的更符合实际的沉降计算方法确性，并发展新的更符合实际的沉降计算方法n观测工作主要内容观测工作主要内

48、容n1.1.收集资料和编写计划收集资料和编写计划n2.2.水准基点设置水准基点设置n3.3.观测点的设置观测点的设置n4.4.水准测量水准测量n5.5.观测资料的整理观测资料的整理u屯马铁路上的一条铁路隧道屯村隧道，屯马铁路上的一条铁路隧道屯村隧道，20022002年年2 2月，该隧月，该隧道拱顶出现原因不明的开裂，而且开裂范围迅速扩大，直道拱顶出现原因不明的开裂，而且开裂范围迅速扩大，直接影响到铁路的正常安全使用。为了判明该隧道拱顶开裂接影响到铁路的正常安全使用。为了判明该隧道拱顶开裂的原因，对该隧道一方面及时进行沉降观测，另一方面着的原因，对该隧道一方面及时进行沉降观测，另一方面着手调查隧

49、道周围地质地形情况，经过对沉降观测结果的分手调查隧道周围地质地形情况，经过对沉降观测结果的分析，排除了基础下沉引发拱顶裂缝的可能性，进一步明确析，排除了基础下沉引发拱顶裂缝的可能性，进一步明确了对隧道进行治理的方向。了对隧道进行治理的方向。u西山煤气化西山煤气化47#47#、48#48#住宅楼由于暖气跑水，导致基底湿陷住宅楼由于暖气跑水，导致基底湿陷性黄土层承载力迅速下降，楼体出现非常明显的开裂变形，性黄土层承载力迅速下降，楼体出现非常明显的开裂变形，通过对该楼一年的沉降观测，正确地判断出该两栋建筑物通过对该楼一年的沉降观测，正确地判断出该两栋建筑物下沉变形依然没有稳定的趋势，而且楼体还在存在

50、较为严下沉变形依然没有稳定的趋势，而且楼体还在存在较为严重的扭曲变形，必须马上制定出合理有效的处理措施，以重的扭曲变形，必须马上制定出合理有效的处理措施，以防止该变形对楼体继续造成危害，产生更严重的后果。防止该变形对楼体继续造成危害，产生更严重的后果。 建筑变形测量规程建筑变形测量规程JGJ/T8JGJ/T89797 “建筑物沉降观测建筑物沉降观测” 5.1 建筑物沉降观测 l 511 建筑物沉降观测应测定建筑物地基的建筑物沉降观测应测定建筑物地基的沉降量、沉降差沉降量、沉降差及沉降速度并及沉降速度并计算计算基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲及构件倾斜基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲及构件倾斜。 l 5

51、12 沉降观测点的布置，应以能全面反映建筑物地基变形特征并结合地沉降观测点的布置，应以能全面反映建筑物地基变形特征并结合地质情况及建筑结构特点确定。点位宜选设在下列位置：质情况及建筑结构特点确定。点位宜选设在下列位置： u 1 1、建筑物的四角、大转角处及沿外墙每、建筑物的四角、大转角处及沿外墙每101015m15m处或每隔处或每隔2 23 3根柱基上。根柱基上。 u 2 2 、高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧。、高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧。 u 3 3 、建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基、建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处。接壤处、不同结构