土力学与地基基础 课件 第四章地基变形

基本内容：理解地基变形的原因和计算目的，记住地基最终沉降量的概念。掌握单向分层总和法和《规范法》计算地基最终沉降量的方法。学习基本要求地基变形原因：主要由建筑物荷重产生的附加应力而引起；地基变形计算的目的：在于确定建筑物可能出现的最大沉降量和沉降差，为建筑物设计或地基处理提供依据；地基最终沉降量：指在外荷载作用下地基土层被压缩达到稳定时基础底面的沉降量，常简称地基变形量（或沉降量）。§4.1土的压缩性§4.2地基最终变形量计算§4.3地基变形与时间的关系

地基变形第4章4.1土的压缩性4.2地基最终沉降量的计算4.3土建筑物沉降观测与地基变形允许值4.1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压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程4.1.1侧限压缩指标刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形压缩曲线是室内压缩实验的成果，它是土的孔隙比e与所受压力P的关系曲线。土在压力增量不变情况下进行压缩时，压缩变形的增量是递减的。压缩性曲线的形状与土样的成分、结构、状态及受力历史等有关。压缩性不同的土，其e-p曲线的形状不同。曲线愈陡，说明压力增加时孔隙比减小得多，土易变形，压缩性愈高。压缩定律：在压力范围不大时，孔隙比的减小值与压力的增加值成正比。4.1.2压缩性指标1.压缩系数e-p曲线上，当压力变化范围不大时，可将压缩曲线上相应一小段M1M2近似地用直线来代替。则M1M2段的斜率可表示土的压缩性：压缩系数是表征土压缩性大小的主要指标，其值越大，表明在某压力变化范围内孔隙比减少得越多，压缩性就越高。

从右图可以看出：同一种土的压缩系数并不是常数，而是随所取压力变化范围的不同而改变。因此，评价不同类型和状态土的压缩性大小时，必须以同一压力变化范围来比较，这样才具有可比性。2.压缩指数粘性土的Cc值一般在0.1—1.0之间

通过室内压缩试验求得不同压力下的孔隙比e值，将压缩曲线的横坐标用对数坐标表示，纵坐标轴不变。在一定压力p之后，e-lgp曲线是直线。3.压缩模量（侧限）

压缩模量Es指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量之比，单位为MPa。4.2地基最终变形量计算4.2.1分层总和法地基最终变形量：地基变形稳定后基础底面的沉降量1.基本假设地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标

为了弥补假定所引起误差，取基底中心点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2.单一压缩土层的沉降计算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，没有侧向变形。△p∞∞可压缩土层H1H0s土层竖向应力由p1增加到p2，引起孔隙比从e1减小到e2，竖向应力增量为△p由于所以3.单向压缩分层总和法分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量△si,基础的平均沉降量s等于△si的总和ei第i层土的压缩应变4.单向压缩分层总和法计算步骤e1i———由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比e2i———由第i层的自重应力均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ei土的压缩应变1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线2.确定地基沉降计算深度3.确定沉降计算深度范围内的分层界面4.计算各分层沉降量5.计算基础最终沉降量绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线确定基础沉降计算深度

一般取附加应力与自重应力的比值为20％处，即σz=0.2σc处的深度作为沉降计算深度的下限确定地基分层1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面2.每层厚度hi≤0.4b计算各分层沉降量根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量

对于软土，应该取σz=0.1σc处，若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止计算基础最终沉降量d地基沉降计算深度σc线σz线4.2.2《规范》法由《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）提出分层总和法的另一种形式沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和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Es不随深度而变，从基底至深度z的压缩量为附加应力面积深度z范围内的附加应力面积附加应力通式σz=K

p0代入引入平均附加应力系数因此附加应力面积表示为因此利用附加应力面积A的等代值计算地基任意深度范围内的沉降量，因此第i层沉降量为根据分层总和法基本原理可得成层地基最终沉降量的基本公式zi-1地基沉降计算深度znzi△zzi-1534612b12345612p0p0第n层第i层ziAiAi-1地基沉降计算深度zn应该满足的条件zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)ai、ai-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数当确定沉降计算深度下有软弱土层时，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式，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面为止当无相邻荷载影响，基础宽度在1～30m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为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经验系数ys，可以查有关系数表得到地基最终沉降量修正公式4.3建筑物沉降观测与地基变形允许值4.3.1建筑物沉降观测建筑物沉降观测应测定建筑物地基的沉降量、沉降差及沉降速度并计算基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲及构件倾斜。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：

1.建筑物的四角、大转角处及沿外墙每10～15m处或每隔2～3根柱基上。

2.高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧。

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接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处。

4.

宽度大于等于15m或小于15m而地质复杂以及膨胀土地区的建筑物，在承重内隔墙中部设内墙点，在室内地面中心及四周设地面点。

5.

邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗浜（沟）处。

6.

框架结构建筑物的每个或部分柱基上或沿纵横轴线设点。

7.

片筏基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四角处及其中部位置。

8.重型设备基础和动力设备基础的四角、基础型式或埋深改变处以及地质条件变化处两侧。

9.电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建筑物，沿周边在与基础轴线相交的对称位置上布点，点数不少于4个。4.3.2地基变形允许值房屋的变形特征分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜4种。它们的作用分别是：1、沉降量主要用于计算独立柱基础和地基变形较均匀的排架结构柱基的沉降量，也可预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形量；2、