第四章土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算

1、第四章土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算v 地基土層在建筑物荷載作用下產(chǎn)生變形，本章介紹荷載作用下土的壓縮性，地基最終沉降量計(jì)算，土的變形與時間的關(guān)系，應(yīng)力歷史對粘性土固結(jié)沉降量的影響。v 本章重點(diǎn)為土的壓縮性指標(biāo)的確定，及計(jì)算沉降的分層總和法和規(guī)范法。 41 土的壓縮性土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。土壓縮：固體顆粒壓縮孔隙水壓縮 非常小 孔隙水和空氣排出土的壓縮可以看作是土中孔隙減小，土粒調(diào)整位置，重新排列，相互擠緊，孔隙中水和氣體排出。在荷載作用下，透水性大的飽和無粘性土，其壓縮過程在短時間內(nèi)可以結(jié)束。相反，粘性土的透水性低，飽和粘性土中的水分只能緩慢排出，因此其壓縮穩(wěn)定所需要的時間

2、要比砂土長得多。土的壓縮隨時間而增長的過程，稱為土的固結(jié)。一、孔隙水壓力和有效應(yīng)力飽和土在受到荷載作用的瞬間，土中壓力全部由孔隙中水來承擔(dān)，這時產(chǎn)生于水中的壓力稱為超靜水壓力，或孔隙水壓力在荷載作用一段時間后，孔隙水緩慢排出，水壓力減小，土顆粒骨架開始承受壓力，這時傳遞給土顆粒骨架上的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。二、壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)計(jì)算地基沉降時，必須取得土的壓縮性指標(biāo)，無論用室內(nèi)試驗(yàn)或原位試驗(yàn)來測定它，應(yīng)力求試驗(yàn)與土的天然狀態(tài)及其在外荷載作用下的實(shí)際應(yīng)力條件相適應(yīng)，不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形。所以用室內(nèi)試驗(yàn)（完全側(cè)限條件）雖未能符合土的實(shí)際工作情況，但有其實(shí)用價(jià)值。1. 壓縮試驗(yàn) 用壓縮儀進(jìn)行，屬側(cè)限

3、壓縮試驗(yàn)，相當(dāng)于天然土層受到大面積均勻荷載的作用。2. 壓縮曲線和壓縮系數(shù) 壓縮曲線是壓力p與孔隙比e之間的關(guān)系曲線。壓縮性不同的土其e-p曲線是不一樣的，曲線愈陡，說明土壓縮性愈高，曲線上任一點(diǎn)的曲線斜率 就表示相應(yīng)于壓力p作用下土的壓縮性。a是一個變值，在土的一定范圍內(nèi)，當(dāng)a大時，說明土壓縮性大，為了便于比較，通常采用壓力間隔由 p1=100kp 增加到 p2=200kp 時的壓縮系數(shù) 1-2來評定土的壓縮性。當(dāng) 1-20.1MPa-1 時，屬低壓縮性土0.1 Ma-1 1-20.5MPa-1 時，屬中壓縮性土1-20.5MPa-1 時，屬高壓縮性土土的壓縮性高低，對建筑工程影響很大，在高

4、壓縮性土的地基上，必須注意其不均勻沉降。 3. 壓縮模量Es根據(jù)e-p曲線，可以求算得另一個壓縮性指標(biāo)Es,它的定義是土在完全側(cè)限條件下的豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變增量之比值。Es稱為土的壓縮模量，Es越小土的壓縮性越高，為了便于應(yīng)用，通常取壓力變化范圍由P1100kp增加到P2=200kp時的壓縮模量Es（12）作為評定指標(biāo)。Es 4MPa 高壓縮性土 415Mpa 中壓縮性土15 Mpa 低壓縮性土 42 地基的最終沉降量計(jì)算由于土具有壓縮性，因此在建筑荷載作用下，地基發(fā)生變形，引起基礎(chǔ)沉降。 一、分層總和法 1 基本假定 （1）地基土無側(cè)向變形。（用Es的規(guī)定）； （2）地基為均勻的、各向

5、同性的、半無限大變形體（附加應(yīng)力計(jì)算假定）； （3） 用基礎(chǔ)中軸線附加應(yīng)力； （4）總沉降為分層沉降之和。2.計(jì)算最終沉降量的分層總和法公式如下：受壓層：指基礎(chǔ)下面，需要計(jì)算的壓縮變形的土層，它的下限對一般土，取地基附加應(yīng)力為自重應(yīng)力20；二、規(guī)范方法規(guī)范所推薦的地基最終沉降計(jì)算方法是種簡化了分層總和法，它采用了各天然土層單一的壓縮性指標(biāo)，并運(yùn)用了平均附加應(yīng)力系數(shù)以便簡化計(jì)算。還規(guī)定了計(jì)算地基壓縮層厚度標(biāo)準(zhǔn)以及提出了地基沉降計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)值。規(guī)范規(guī)定采用平均附加應(yīng)力系數(shù)，其概念為：假定壓縮模量Es不隨深度而變，則從基底至地基任意深度范圍內(nèi)的壓縮量為地基變形計(jì)算深度，規(guī)定zn應(yīng)滿足下列條件，由該

6、深度向上取計(jì)算層厚度，并按式計(jì)算的壓縮變形值不大于z 深度范圍內(nèi)總的計(jì)算變形2.5%如果上式所確定的壓縮層計(jì)算深度下如有軟土層時，尚應(yīng)繼續(xù)向下計(jì)算，直至軟土層中的Z厚的變形符合上述條件。44 地基變形與時間的關(guān)系前面已經(jīng)介紹了基礎(chǔ)最終沉降量的計(jì)算，然而在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，有時還需要基礎(chǔ)的沉降過程，即沉降與時間的關(guān)系，以便預(yù)先考慮建筑物有關(guān)部分之間的凈空，連接方法和施工順序等。又如對于已發(fā)生裂縫、傾斜等事故的建筑物，也需要知道基礎(chǔ)的沉降與時間的關(guān)系，以便對比基礎(chǔ)沉降計(jì)算值和實(shí)測值，以確定是否需要及時處理地基。碎石土和砂土，因其孔隙率大，滲透性好，壓縮變形穩(wěn)定所經(jīng)歷的時間就短。目前將壓縮變形的完結(jié)稱

7、為固結(jié). 壓縮變形完結(jié)所需的時間稱為固結(jié)時間；可以說碎石及砂土的固結(jié)時問題，可以認(rèn)為外荷載施加完畢時，已基本固結(jié)。而對于粘性土，因顆粒細(xì)小，滲透性差，固結(jié)所需的時間就比較長。太沙基一維固結(jié)理論一維固結(jié)又稱單向固結(jié)，即土在壓縮時孔隙水只沿著垂直才向滲流，土的變形只在垂直方向產(chǎn)生，為了求得飽和土層固結(jié)過程中任一時刻的變形值，通常采用太沙基的一維固結(jié)理論計(jì)算。一維固結(jié)理論的假定（1）土是均質(zhì)，各向同性和完全飽和的；（3）土的壓縮和水的擠出只沿豎向發(fā)生（一維固結(jié)）；（4）土中水滲流符合達(dá)西定律；（5）的滲透系數(shù) 和壓縮系數(shù)又都是常數(shù)； （6）外荷是一次驟然施加的。稱為土的豎向固結(jié)系數(shù)豎向固結(jié)時間因素 有了孔隙水壓力 隨時間t和深度Z變化的函數(shù)解。即可求得地基任一時刻的固結(jié)沉降例題，已知某飽和粘土層，厚H6m，底面為堅(jiān)硬不透水層，受到局部荷載作用，引起的附加應(yīng)力如圖，該土層在自重壓力時的孔隙比 e1 =1.10,而當(dāng)壓力增大后的孔隙比e2 1.04，壓縮系數(shù)a=0.0045cm2n ,滲透系數(shù)k=1.6cm/yr.試求：（1）加荷一年后，地基的沉降量，（2）地基固結(jié)度達(dá)80時，需