土力学课件土的压缩性及基础沉降量计算.ppt

1、了解4土的压缩性和地基沉降量的修正，学习目标：影响土的压缩性的主要因素，土的弹性变形和塑性变形的概念，规范法修正沉降量的原理，饱和粘性土基的单向渗透固结理论。 掌握压缩试验的原理及其压缩性指标、土的单向压缩的修正公式和适用条件。 沉降量采用分层总和法和规范法进行修正。 墨西哥某宫殿，左部： 1709年右部： 1622年地基： 20多米厚粘土，工程实例，问题：沉降2.2米，并左右两部分有明显的沉降差异。 左侧的建筑物于1969年加固，由于工程实例、Kiss、沉降的相互影响，两个相邻建筑物的上部接触，工程实例、基坑开挖，引起阳台的裂缝，新建筑物引起原建筑物的裂缝，工程实例、高层建筑物以不均匀的沉降

2、爆破拆除，工程实例87、沉降曲线(mm )、工程实例、建筑物过长：纵横比7.633601、4.3地基最终沉降量修正计算、4.2应力履历对土体压缩性的影响、本章内容、4.1 4.1.1基本概念4.1.2室内侧限压试验4.1.3变形模量和弹性模量在一般工程压力(100-600kPa )的作用下，固体矿物颗粒和水的压缩量极微小，一般不足土体总压缩量的1/400，工程上可以忽略。 孔中气体的压缩变形，土体饱和度高，仅在土中含有封闭气体时发生，而且所产生的压缩变形量在土体的压缩量中所占的比重小，一般可以忽略。 土被压缩的本质是，土粒子之间相对移动接近，排出水和气体，土体的空隙减少。 土体在压力的作用下，

3、孔隙中的水和气体的排放需要时间过程，压缩量随时间增加的过程称为土的固结，土体的压缩完成称为固结完成。 压缩性指标试验：4.1.2室内(侧限)压缩试验，1 .侧限试验原理，测定：轴向应力轴向变形，2 .侧限压缩试验装置，3 .压缩曲线：ep曲线的曲线平缓，其斜率小，土的压缩性低的曲线陡，其斜率大，土的压缩性从对土的评价的整合性出发，在我国的建筑基础设施修订规范中，将与压力： p1=100 kpa (0.1MPa ) p2=200 kpa (0.2MPa )对应的压缩系数12设定为作为判别土体压缩性的基准的0.1MPa-11-20.5 MPa-1属中1-20.5 MPa-1是高压缩性土。 (2)压

4、缩指数Cc在elgp曲线上后部长的一段为直线，将该直线段的倾斜度称为土体的压缩指数Cc :压缩指数越大土的压缩性也越大，Cc 0.2是低压缩性土，0.2Cc 0.4是中压缩性土，Cc0.4是高压缩性土。 土体在侧限条件下，将其垂直压力的变化增量和对应的垂直应变的比称为土的压缩弹性模量Es，即，(3)压缩弹性模量Es，同样，可以用p1=100 kPa、p2=200 kPa的范围内对应的压缩弹性模量Es的值评价地基土的压缩性Es1-24MPa高压缩性土； 4MpaEs1-215MPa下的压缩性土； Es1-215MPa低压缩性土。 4 .土的回弹和再压缩曲线在土体历史上曾经受到的固结压力大于现在受

5、到的压力时，土体压缩量大幅减少，因此地基的变形也很小。 根据这个原理，为了减小高压缩性地基的沉降量，在修理建筑物之前多进行预压处理。 还必须考虑基坑开挖引起的地基土的回弹问题。、Ce Cc，一般CE0.1-0.2Cc，特征：在压力大的部分，接近直线段，指标：压缩指数，回弹和再压缩e-lgp曲线，土的变形弹性模量e0:土体无限条件下的应力和应变的比例，4.3压缩荷载板的尺寸一般为0.251.0，荷载板负荷试验、反压重物、反作用力梁、千斤顶、基准梁、负荷板、百点表、试验中得到的压力p和对应的稳定沉降量s的关系曲线： ps曲线、从曲线使用弹性力学式求出变形率E0、浅层、深层、4.2应力履历对土体压缩

6、性的影响的预备固结压力pc :土生成其超固结比(OCR ) :将预固结压力pc和现在的土压p0的比称为超固结比，记述土层的应力履历，将土分类为：b :超固结土OCR1，c :不足固结土OCR1，a :正常固结土OCR=1， 在e-lgp曲线上，找到曲率最大的点M 2，水平线m-13.m点切线M-24.m-1， 将m-2的角分割线M-3 5.M-3和试验曲线的直线段传递给点b6.修正4.3.1分层总和法地基的最终沉降4.3.2规范法修正地基的最终沉降量4.3.3应力履历法(e-lgp曲线法)修正最终沉降量，为了补偿假设造成的误差在基础中点的沉降中，由于代表基础平均沉降的压力，地基土不会发生侧向变

7、形，可以采用侧向约束条件下的压缩性指标。 2、单一压缩土层的沉降修正算法对一定厚度的土层施加连续的平均布载荷，纵向应力增加，空隙比相应减小，土层产生压缩变形，无侧向变形。 3 .定义：首先将地基土分为几层，各层的厚度分别为h1、h2、h3、hn。 修正各层土的压缩量s1、s2、s3、sn。 然后进行累计，得到总地基沉降量s。 4 .修正原理，P1=自重应力，P2=自重应力附加应力，基础沉降修正深度确定，一般z=0.2c，地基层确定，1 .不同土层的界面和地下水位面为天然层2 .各层的厚度hi 0.4b，修正各层的沉降量的软土z=0.1c (在沉降深度范围内基岩基础最终沉降量、5 .修正计算步骤

8、、6 .修正式解释(由p1i、p2i从已知的ep的曲线检查e1i和e2i )各层的厚度hi 0.4b，在基础面积大的情况下为hi 0.25b，2 .基础压力p及基础附加压力p0， 计算3，计算各层上下表面的自重应力cz (从地表)，根据p0计算附加应力z， 4 .计算深度zn，基于步骤3的计算结果，根据某层的下表面、P1i=自重应力、P2i=自重应力附加应力、5 .步骤4的修正深度，在zn范围内修正每个土层的平均自重应力和平均附加应力，6 .压缩土层前后受到的载荷p1i (2)地基的垂直自重应力修正计算。(3)地基的垂直附加应力修正计算。 (4)地基层自重应力平均值和附加应力平均值的修正计算。

9、 (5)地基各层土的孔隙比变化值的确定。 根据土样41或土样42的压缩曲线，对各层的p1i及p2i值分别调查了空隙比e1i、e2i。 (6)地基沉降修正计算深度的确定。 一般以z=0.2c的要求确定沉降修正算深度的下限，以8m满足要求。 (7)修正地基的各阶层量。 (8)修正最终沉降量。 【例题2】某建筑物地基的应力分布及土的压缩曲线如图所示，修正第2段的土的变形量。 (2)修正第二层土的附加应力平均值：(3)自重应力和附加应力平均值的和：【解】、(1)修正第二层土的自重应力平均值：(5)修正第二层的变形量：(4)除了调查求出压缩曲线之外，分层总和法的一些假设与实际状态完全不一致在坚实的地基上

10、，补正量远远大于实测沉降量，最大为5倍。 此外，分层总和法需要将土体分成几层，修正计算作业量很繁杂。 根据上述情况，中国建筑基础设施修订规范(GB50007-2002 )推荐了地基最终沉降量修订公式，常简称“规范法”，其原理是利用附加应力分布图形的面积修订土层变形量，也称“应力面积法”。 此方法在总结了大量实践经验的基础上，还需要对通过分层总和法得到的地基沉降量的修正结果进行修正，以更符合现实。 1 .修正计算原理：在基底以下的深度z取微小的土层dz，由附加应力产生的变形量为ds，因此其变形为=ds/dz、ds=dz，其中，修正土层附加应力分布图案的面积Ai，基于附加应力的修正计算原理z的si

11、为修正计算深度的在没有邻接负荷的影响的情况下，基础宽度在130m的范围内，基础中点的地基沉降修正深度可以用简化式修正，2 .确定修正深度zn，确定沉降修正深度下有软土层的情况下，软土层中取得的规定厚度的修正沉降量也必须向下继续修正，直到满足上式规范规定：经验式(最常用):对于地基中的坚硬粘土层，空隙比小于0.5、压缩弹性模量大于50MPa、压缩弹性模量大于80Mpa的实心砂砾层或基岩不需要修正变形量。 3 .最终沉降量的修正，由于有一定的假设，总结大量的修正经验，在规范中导入修正系数s，关于深度内的压缩弹性模量当量值的修正的：教材P79表2-14得s，4 .最终沉降量，例题：图的建筑物的柱基础

12、上部构造在基础顶面上传递的负荷P=1440kN， 其天然重度=16.0kN/m3，土的天然空孔比e=0.97，地下水位埋入深度3.4m，地下水位以下的土体的饱和重度sat=18.2kN/m3。 土层压缩弹性模量为，地下水位以上Es1=5.5MPa，地下水位以下Es2=6.5MPa，地基土的承载力特性值fak=94kPa，根据试用规范法修正柱基中点的沉降量。求解：确定地基压缩层深度znzn=b (2.5-0.4lnb )=4.0(2.5-0.4ln4)=7.8(m )，修正基底附加压力，平均附加应力系数的修正根据l 关于沉降修正计算经验修正系数的确定，柱基中点的沉降量z1=2400mm，z2=7

13、800mm，例题：图所示的基础底面尺寸4.8m3.2m，修正埋入深度1.5m，计算传递到基础顶面的中心负荷Fk=1800kN，地基土层和各层土，解：(1)基础附加确定沉降修正算深度：上表中z=8m深度范围内的修正算沉降量为123.4mm，在7.48.0m范围(上取z=(4)确定沉降修正算经验系数： (5)修正基础中点的最终沉降量：4.4地基变形与时间的关系， 4.4.1饱和土中有效应力原理4.4.2一维固结理论4.4.3地基固结度4.4.4土体是由固体粒子骨架、细孔流体(水和气)三相组成的破碎材料，外力作用时，总应力同时受到土骨架和细孔流体。 如何分担承受的总应力、骨架和空隙流体？如何传递相互

14、转换？ 对土的变形和强度有什么样的影响呢？ 4.4.1饱和土中的有效应力原理、外载总应力、饱和土是由固体粒子骨架和其间充满的水组成的两相体。 受到外力后，总应力由土骨架承载，通过粒子间的接触面进行应力传递，粒间应力由孔隙水承载，通过连通的孔隙水传递，称为孔隙水压。 孔隙水不能承受剪应力，但可承受法向应力，a-a截面垂直力平衡：2 .饱和土有效应力原理，孔隙水压的作用有效应力的作用，它等于任何方向，只是给土粒子本身施加各向同性的压力，不使土粒子移动， 由于不产生空隙粒子自身的压缩弹性模量大，故土粒自身的压缩变形极小的水无法承受剪应力，有助于土粒间摩擦、土粒的破碎，因此，孔水压不直接影响变形强度，被称为中性应力、孔水压的作用有效应力的作用的土体变形的原因：粒子彼此