第五章地基变形介绍.ppt

1、第五章地基变形,5.1土的压缩性,5.2地基最终沉降量的计算,5.3应力历史对地基沉降的影响,5.4建筑物沉降观测与地基容许变形值,5.1土的压缩性,一、基本概念1、土的压缩性：地基土在压力作用下体积减小的特性。土体积缩小包括两个方面：土中水、气从孔隙中排出，使孔隙体积减小；土颗粒本身、土中水及封闭在土中的气体被压缩，很小可忽略不计。2、固结：土的压缩随时间增长的过程称为固结。对于透水性大的无粘性土，其压缩过程在很短时间内就可以完成。而透水性小的粘性土，其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。,e-logp曲线,二、压缩试验和压缩性指标（一）压缩试验和压缩曲线1、侧限压缩试验2、变形表达式（孔隙比

2、计算）假定：受压前后土粒体积不变、土样横截面面积不变。,压缩前,压缩后,5.1土的压缩性,5.1土的压缩性,5.1土的压缩性,5.1土的压缩性,压缩性评价：,为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由,增加到,所得的压缩系数,来评定土的压,缩性：,a1-20.1Mpa-1属低压缩性土。0.1a1-20.5Mpa-1属中压缩性土。a1-20.5Mpa-1属高压缩性土。,5.1土的压缩性,5.1土的压缩性,5.1土的压缩性,（四）土的回弹和再压缩曲线,土的回弹和再压缩曲线,5.1土的压缩性,三、土的变形模量,土的压缩性指标，除从室内压缩试验测定外，还可以通过现场原位测试取得。例如通过载荷试验或旁压试验

3、所测得的地基沉降与压力之间近似的比例关系，从而利用弹性力学公式来反算土的变形模量。（一）以载荷试验测定土的变形模量,5.1土的压缩性,5.1土的压缩性,5.1土的压缩性,5.1土的压缩性,5.2地基最终沉降量的计算,一、概念说明：1、地基最终沉降量：地基在建筑物荷载作用下，最后的稳定沉降量。2、计算的目的：在于确定建筑物的最大沉降量、沉降差和倾斜，并控制在容许范围之内，以保证建筑物的安全和正常使用。3、分层总和法和规范推荐法概述：分层总和法假设土层只有垂直单向压缩，侧向不能膨胀。而规范推荐法根据建国以来二十多年实践经验，对分层总和法进行了修正。,5.2地基最终沉降量的计算,二、分层总和法,1、

4、假定：1)地基土是一个均匀、等向的半无限空间弹性体。2)地基土层受荷后不能发生侧向变形。目的：可利用侧限压缩试验的指标。3)基础沉降量根据基础中心点下土柱所受的附加应力z进行计算。4)基础最终沉降量等于基础底面下某一深度范围内各土层压缩量的总和。该深度以下土层的压缩变形值小到可以忽略不计。,5.2地基最终沉降量的计算,2、地基沉降计算深度Zn地基沉降计算深度的下限，一般取地基附加应力等于自重应力的20%处，即z=20%c,但在该深度以下如有高压缩性土，则应继续向下计算至z=10%c处；在沉降计算深度范围内存在基岩时，Zn可取至基岩表面为止。,3、计算方法及步骤1)按比例尺绘出地基剖面图和基础剖

5、面图。2)计算基底的附加应力和自重应力。3)确定地基压缩层厚度。,4)计算分层一般hi0.4b(b为基础宽度)。还需考虑下述条件：A、地质剖面图中的不同土层，应为分层面。B、地下水位，应为分层面。C、基底附近附加应力变化大，分层厚度应小些，使各计算分层的附加应力分布可视为直线。5)绘出自重应力和附加应力分布图。6)计算各层压缩量及总沉降量。,5.2地基最终沉降量的计算,5.2地基最终沉降量的计算,（一）单向压缩量公式,4、沉降量计算公式,（二）分层总和法1)分层计算的原因：土层性质不同；精度要求。2)公式：,5.2地基最终沉降量的计算,5.2地基最终沉降量的计算,5.2地基最终沉降量的计算,相

6、邻荷载引起的附加应力。,5.2地基最终沉降量的计算,（5）地基各分层土的孔隙比变化值的确定。按各分层的及值从土样4-1或土样4-2的压缩曲线查取孔隙比。（6）地基沉降计算深度的确定。一般按的要求来确定沉降计算深度的下限，8m处满足要求。（7）地基各分层量计算。（8）计算最终沉降量。,5.2地基最终沉降量的计算,5.2地基最终沉降量的计算,三、按规范方法计算(GB50007-2002)1、公式,5.2地基最终沉降量的计算,为了提高计算准确度，规范规定需将计算沉降量乘以经验系数（按表2-9确定），则：,5.2地基最终沉降量的计算,5.2地基最终沉降量的计算,5.3应力历史对地基沉降的影响,2、确定

7、先期固结压力的卡萨格兰德法：,5.3应力历史对地基沉降的影响,（二）由原始压缩曲线确定土的压缩性指标1、原始压缩曲线是指由室内压缩试验e-logP曲线经修正后得出的符合现场原始土体孔隙比与有效应力的关系曲线。目的：在计算地基的固结沉降时，必须首先弄清楚土层所经受的应力历史，从而对不同固结状况由原始压缩曲线确定不同的压缩性指标。下面介绍正常固结和超固结土原始压缩曲线的做法:,5.3应力历史对地基沉降的影响,（1）正常固结土的原始压缩曲线,5.3应力历史对地基沉降的影响,（2）超固结土的原始压缩曲线,5.3应力历史对地基沉降的影响,二、考虑应力历史影响的地基最终沉降计算在地基沉降计算通常采用的分层

8、总和法中，将土的压缩性指标改从原始压缩曲线（e-logp）确定，就可考虑应力历史对地基沉降的影响了。（一）正常固结土的沉降计算先由原始压缩曲线确定压缩指数Cc，然后按下式计算最终沉降：,5.3应力历史对地基沉降的影响,正常固结土,5.3应力历史对地基沉降的影响,5.3应力历史对地基沉降的影响,5.3应力历史对地基沉降的影响,当时，土的孔隙比变化由两部分组成，即：,5.3应力历史对地基沉降的影响,5.3应力历史对地基沉降的影响,当时,土的孔隙比变化只沿着再压缩曲线b1b发生,其大小为:,b,5.3应力历史对地基沉降的影响,5.3应力历史对地基沉降的影响,5.3应力历史对地基沉降的影响,地基最终沉

9、降计算问题综述,计算地基沉降的两类方法：1、单向压缩（传统的、规范的、考虑应力历史影响）；2、线性变形（刚性基础沉降和倾斜以及在7-2节中推导的柔性矩形荷载角点沉降的三个计算公式）一、分层总和法共同假设的用意各种计算地基沉降的分层总和法的基本用意都是为了解决地基的成层性和非均质性所带来的计算上的困难。各种分层总和法都认为，荷载作用下的非均质地基中的附加应力分布，用均质弹性半空间的理论解答来代替，虽然在理论上是不协调的，但它能反映土的成层性、非均质性，通过划分薄层的办法把非线性问题线性化。,地基最终沉降计算问题综述,二、各分层总和法的特点及应用三种单向压缩分层总和法都是以压缩仪测得的非线性应力应

10、变关系、经分层线性化后进行地基沉降计算。对大面积荷载下的薄压缩层地基非常合适，因其应力和应变状态接近于压缩仪中土样所处的完全侧限状态（或称K0状态）。传统的和规范法的主要区别是规范法中引入了沉降计算经验系数，以效正计算值对实测值的偏差。,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,（一）基本假定1、荷载沿水平面无限均匀分布，单向固结、单向排水；2、土是均质的、各向同性和完全饱和的；3、土粒和水是不可压缩的；4、k,a是常数；5、荷载是瞬时施加的；6、渗流服从达西定律。,饱和土

11、的有效应力和渗透固结,（二）一维固结方程,外荷一次施加后单位时间内流入和流出微单元体的水量：,饱和土的有效应力和渗透固结,kz方向的渗透系数；i水力梯度；h透水面下z深度处的超静水头。,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,（三）固结度计算有了孔隙水压力u随时间t和深度z变化的函数解，即可求得地基在任一时间的固结沉降。此时，通常要用到地基的固结度U这个指标，其定义如下：,对于单向固结的情况，由于土层的固结沉降与该层的有效应力图面积成正比，所以将某时刻的有效应力图面积

12、和最终有效应力图面积之比，称为土层单向固结的平均固结度：,饱和土的有效应力和渗透固结,将式（2-105）代入上式得：,饱和土的有效应力和渗透固结,当U30%时可近似地取第一项：,饱和土的有效应力和渗透固结,图2-52,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,饱和土的有效应力和渗透固结,1.1,图2-52,地基沉降发展三分量,地基沉降发展三分量,地基沉降发展三分量,渗透固结终止之后，土体在不变的有效应力作用下，仍可极其缓慢地继续蠕动变形而压缩，这种压缩称为土的次固结。综上所述，三维应力状态下土的变形过程包括，瞬时发生的剪切崎变、主固结和次固结三个分量：,地基沉降发展三分量,地基沉降发展