第四章土的壓縮性與沉降計(jì)算ppt課件

1、第四章第四章 土的壓縮性與沉降計(jì)算土的壓縮性與沉降計(jì)算學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：1 土的壓縮性和壓縮性指標(biāo)的確定土的壓縮性和壓縮性指標(biāo)的確定2 基礎(chǔ)沉降量的計(jì)算分層總和法和規(guī)范法）基礎(chǔ)沉降量的計(jì)算分層總和法和規(guī)范法）3 地基沉降與時(shí)間關(guān)系的理論計(jì)算地基沉降與時(shí)間關(guān)系的理論計(jì)算概述概述土的壓縮性概念土的壓縮性概念 土體產(chǎn)生體積縮小的原因：土體產(chǎn)生體積縮小的原因： 固體顆粒的壓縮；固體顆粒的壓縮； 孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體的溶解；孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體的溶解； 孔隙水和孔隙氣體的排出。孔隙水和孔隙氣體的排出。 由于純水的彈模約為由于純水的彈模約為2 2106kPa106kPa，固體顆粒

2、的彈，固體顆粒的彈模為模為9 9l 07kPal 07kPa，土粒本身和孔隙中水的壓縮量，土粒本身和孔隙中水的壓縮量，在工程壓力在工程壓力(100(100600kPa)600kPa)范圍內(nèi)，不到土體總壓范圍內(nèi)，不到土體總壓縮量的縮量的1/4001/400，因此?？陕圆挥?jì)。所以，土體壓縮，因此?？陕圆挥?jì)。所以，土體壓縮主要來(lái)自孔隙水和土中孔隙氣體的排出。主要來(lái)自孔隙水和土中孔隙氣體的排出。 土質(zhì)地基在荷載作用下，總是要產(chǎn)生變形的這是由于土體的壓縮性引起的。 地基沉降一般包括瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降 瞬時(shí)沉降：加荷載瞬時(shí)僅由土體的形狀變化產(chǎn)生的沉降 固結(jié)沉降：由于土體排水壓縮產(chǎn)生的沉降 次固

3、結(jié)沉降：由土體骨架蠕變產(chǎn)生的沉降浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉沉降沉降 值的大小取決于：值的大小取決于：1 建筑物荷載的大小和分布建筑物荷載的大小和分布2 地基土層的類(lèi)型和分布、各土層厚度及其地基土層的類(lèi)型和分布、各土層厚度及其壓縮性壓縮性地基土的壓縮實(shí)質(zhì)地基土的壓縮實(shí)質(zhì)1 土粒體積不變土粒體積不變2 空隙水體積不變，但會(huì)被排出空隙水體積不變，但會(huì)被排出3 氣體會(huì)被壓縮，也會(huì)被排出氣體會(huì)被壓縮，也會(huì)被排出第二節(jié)第二節(jié) 土的壓縮性土的壓縮性一一 土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo) 土體的變形計(jì)算，需要取得土的壓縮性指標(biāo)，可以通過(guò)室內(nèi)側(cè)限壓縮土體的變形計(jì)

4、算，需要取得土的壓縮性指標(biāo)，可以通過(guò)室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)得到。試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)得到。 室內(nèi)壓縮試驗(yàn)亦稱(chēng)固結(jié)試驗(yàn)，是研究土壓縮性最基本的方法。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)亦稱(chēng)固結(jié)試驗(yàn)，是研究土壓縮性最基本的方法。 現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)千斤頂逐級(jí)對(duì)置于地基土上的載荷現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)千斤頂逐級(jí)對(duì)置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測(cè)記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量板施加荷載，觀測(cè)記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量s s，并繪制成，并繪制成P-SP-S曲線，即獲得地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。曲線，即獲得地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。 反映土的壓縮性的指標(biāo)主要有壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)和變形

5、反映土的壓縮性的指標(biāo)主要有壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)和變形 模量、體積壓縮系數(shù)。土的壓縮性的高低，常用壓縮性指標(biāo)定量表示，模量、體積壓縮系數(shù)。土的壓縮性的高低，常用壓縮性指標(biāo)定量表示，壓縮性指標(biāo)，通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣進(jìn)行。壓縮性指標(biāo)，通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣進(jìn)行。1 1 壓縮量的組成壓縮量的組成固體顆粒的壓縮固體顆粒的壓縮土中水的壓縮土中水的壓縮空氣的排出空氣的排出水的排出水的排出占總壓縮量的占總壓縮量的1/4001/400不到，不到，忽略不計(jì)忽略不計(jì)壓縮量主要組成部分壓縮量主要組成部分闡明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果闡明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于

6、孔隙體積減小的結(jié)果砂性土砂性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長(zhǎng)一段時(shí)間壓縮穩(wěn)定需要很長(zhǎng)一段時(shí)間土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程過(guò)程2 2 兩種壓力兩種壓力 作用于飽和土體內(nèi)某截面上總的正應(yīng)力作用于飽和土體內(nèi)某截面上總的正應(yīng)力s s由兩部由兩部分組成：分組成： 一部分為孔隙水壓力一部分為孔隙水壓力u u，它沿著各個(gè)方向均勻作，它沿著各個(gè)方向均勻作用于土顆粒上，其中由孔隙水自重引起的稱(chēng)為靜水用于土顆粒上，其中由孔隙水自重引起的稱(chēng)

7、為靜水壓力，由附加應(yīng)力引起的稱(chēng)為超靜孔隙水壓力孔壓力，由附加應(yīng)力引起的稱(chēng)為超靜孔隙水壓力孔隙水壓力）；隙水壓力）； 另一部分為有效應(yīng)力另一部分為有效應(yīng)力s s ，它作用于土的骨架，它作用于土的骨架土顆粒上，其中由土顆粒上，其中由 土粒自重引起的即為土的自重應(yīng)力，由附加應(yīng)力土粒自重引起的即為土的自重應(yīng)力，由附加應(yīng)力引起的稱(chēng)為附加有效應(yīng)力。飽和土中總應(yīng)力與孔隙引起的稱(chēng)為附加有效應(yīng)力。飽和土中總應(yīng)力與孔隙水壓力、有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系水壓力、有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系 任一平面上受到的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力加孔隙任一平面上受到的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力加孔隙水壓力之和；水壓力之和； 土的強(qiáng)度的變化和變形只取決

8、于土中有效應(yīng)力土的強(qiáng)度的變化和變形只取決于土中有效應(yīng)力的變化。的變化。u3 3 側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn) 側(cè)限壓縮試驗(yàn)亦稱(chēng)固結(jié)試驗(yàn)。所謂側(cè)限，側(cè)限壓縮試驗(yàn)亦稱(chēng)固結(jié)試驗(yàn)。所謂側(cè)限，就是使土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎就是使土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無(wú)側(cè)向變形。向變形，而無(wú)側(cè)向變形。 (1)(1)試驗(yàn)儀器試驗(yàn)儀器(2)(2)試驗(yàn)結(jié)果土的壓縮曲線圖片）試驗(yàn)結(jié)果土的壓縮曲線圖片）(3)(3)試驗(yàn)結(jié)果孔隙比的推導(dǎo)試驗(yàn)結(jié)果孔隙比的推導(dǎo)iieHHeH110000001 eeeHHii)1 (000eHHeei1)/)(1 (0w0s0wGe（4 4側(cè)限壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)步驟側(cè)限壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)步驟剛性護(hù)

9、環(huán)剛性護(hù)環(huán)加壓活塞加壓活塞透水石透水石環(huán)刀環(huán)刀底座底座透水石透水石土樣土樣荷載荷載留意：土樣在豎直壓留意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形產(chǎn)生側(cè)向變形 固結(jié)儀示意圖固結(jié)儀示意圖dpdepeppeeppeea01010110一、 壓縮系數(shù)4 4 壓縮指標(biāo)壓縮指標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)壓縮系數(shù)a1-20100kPap 1200kPap 0.1 0.5低壓縮性中壓縮性高壓縮性11 2/MPaa壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a a值與土所受的荷載大小有關(guān)。工程中一般采用值與土所受的荷載大小有關(guān)。工程中一般采用100100200 20

10、0 kPakPa壓力區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)壓力區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2a1-2來(lái)評(píng)價(jià)土的壓縮性。即來(lái)評(píng)價(jià)土的壓縮性。即工程中，為減少土的孔隙比，從而達(dá)到加固土體的目的工程中，為減少土的孔隙比，從而達(dá)到加固土體的目的, , 常采用砂樁擠常采用砂樁擠密、重錘夯實(shí)、灌漿加固等方法密、重錘夯實(shí)、灌漿加固等方法二、 壓縮模量 壓縮模量，壓縮模量，Es-土在完全側(cè)限的條件下豎向應(yīng)力增量土在完全側(cè)限的條件下豎向應(yīng)力增量p如從如從P1增至增至P2與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽康谋戎?。與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽康谋戎?。壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a與壓縮模量與壓縮模量Es之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：HHpES12212101001102002212

11、11ppeepaeeehHeeehHpp因?yàn)椋鹤C明：壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a與壓縮模量與壓縮模量Es關(guān)系證明：關(guān)系證明：210211212211aeEppEss把上式代入：所以： 工程上還經(jīng)常用體積壓縮系數(shù)mv作為土體沉降計(jì)算的計(jì)算參數(shù)。體積壓縮系數(shù)mv在數(shù)值上等于壓縮模量的倒數(shù)。011eaEmsv三、 壓縮指數(shù)e-lg p曲線直線段的斜率用Cc來(lái)表示，稱(chēng)為壓縮指數(shù)，它是無(wú)量綱量壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)CcCc與壓縮系數(shù)與壓縮系數(shù) a a 不同，它在壓力較大時(shí)不同，它在壓力較大時(shí)為常數(shù)，不隨壓力變化而為常數(shù)，不隨壓力變化而變化。變化。CcCc值越大，土的壓值越大，土的壓縮性越高。縮性越高。低壓縮性土的低壓縮

12、性土的CcCc一般小一般小于于0.20.2，高壓縮性土的，高壓縮性土的CcCc值一般大于值一般大于0.40.4。 12122121lglglg(/)ceeeeCpppp壓縮指數(shù)和壓縮系數(shù)之間的關(guān)系: 壓縮指數(shù)及土的應(yīng)力歷史對(duì)壓縮的影響壓縮指數(shù)及土的應(yīng)力歷史對(duì)壓縮的影響粘性土的固結(jié)類(lèi)型實(shí)例粘性土的固結(jié)類(lèi)型實(shí)例p0=h現(xiàn)在地面現(xiàn)在地面hhc正常固結(jié)正常固結(jié)超固結(jié)超固結(jié)剝蝕前地面剝蝕前地面hcp0=h現(xiàn)在地面現(xiàn)在地面hp0=h現(xiàn)在地面現(xiàn)在地面hpc=hpc=p0pc=hcpc=hcpcp0欠固結(jié)欠固結(jié)pc=hcpcp0pc=hc 1 1、正常固結(jié)土、正常固結(jié)土OCR =1OCR =1） 一般土體的固

13、結(jié)是在自重應(yīng)力的作用下伴隨土的沉積過(guò)程一般土體的固結(jié)是在自重應(yīng)力的作用下伴隨土的沉積過(guò)程逐漸達(dá)到的。當(dāng)土體達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定后，土層的應(yīng)力未發(fā)生明顯逐漸達(dá)到的。當(dāng)土體達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定后，土層的應(yīng)力未發(fā)生明顯變化，即前期固結(jié)壓力等于目前土層的自重應(yīng)力，這種狀態(tài)的變化，即前期固結(jié)壓力等于目前土層的自重應(yīng)力，這種狀態(tài)的土稱(chēng)為正常固結(jié)的土。工程中多數(shù)建筑物地基均為正常固結(jié)土土稱(chēng)為正常固結(jié)的土。工程中多數(shù)建筑物地基均為正常固結(jié)土 2 2、超固結(jié)土、超固結(jié)土OCROCR1 1） 當(dāng)土層在歷史上經(jīng)受過(guò)較大的固結(jié)壓力作用而達(dá)到固結(jié)穩(wěn)當(dāng)土層在歷史上經(jīng)受過(guò)較大的固結(jié)壓力作用而達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定后，由于受到強(qiáng)烈的侵蝕、沖刷等原因，

14、使其目前的自重應(yīng)定后，由于受到強(qiáng)烈的侵蝕、沖刷等原因，使其目前的自重應(yīng)力小于前期固結(jié)壓力，這種狀態(tài)的土稱(chēng)為超固結(jié)土。力小于前期固結(jié)壓力，這種狀態(tài)的土稱(chēng)為超固結(jié)土。 3 3、欠固結(jié)土、欠固結(jié)土OCROCR1 1） 土層沉積歷史短，在自重應(yīng)力作用下尚未達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定，土層沉積歷史短，在自重應(yīng)力作用下尚未達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定，這種狀態(tài)的土稱(chēng)為欠固結(jié)土。這種狀態(tài)的土稱(chēng)為欠固結(jié)土。四、 回彈指數(shù)回彈曲線和再壓縮曲線回彈曲線和再壓縮曲線壓縮曲線特征：壓縮曲線特征： 卸荷時(shí)，試樣卸荷時(shí)，試樣bcbc回彈，可見(jiàn)土體的變形是由可恢復(fù)的彈性變回彈，可見(jiàn)土體的變形是由可恢復(fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形兩部份組成。形和不可恢

15、復(fù)的塑性變形兩部份組成。 回彈曲線和再壓線曲線構(gòu)成一迴滯環(huán)，土體不是完全彈性體回彈曲線和再壓線曲線構(gòu)成一迴滯環(huán)，土體不是完全彈性體 回彈和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。回彈和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。 再加荷時(shí)的壓力超過(guò)再加荷時(shí)的壓力超過(guò)b b點(diǎn)，再壓縮曲線就趨于初始?jí)嚎s曲線點(diǎn)，再壓縮曲線就趨于初始?jí)嚎s曲線的延長(zhǎng)線。的延長(zhǎng)線。 土體變形機(jī)理非常復(fù)雜，不是理想的彈塑性體，而是具有彈、土體變形機(jī)理非常復(fù)雜，不是理想的彈塑性體，而是具有彈、粘、塑性。粘、塑性。 卸載段和再加載段的平均斜率稱(chēng)為土的回彈指數(shù)Ce,而CeEsE0022021-121 -121KEEEss壓縮模量指土在側(cè)限壓縮條件下豎向

16、附加壓應(yīng)力與應(yīng)變?cè)隽恐?。變形模量指土在無(wú)側(cè)限條件下附加壓應(yīng)力與壓縮應(yīng)變之比。 K0、的參考值（3 3變形模量與壓縮模量的關(guān)系變形模量與壓縮模量的關(guān)系的比值與豎向向側(cè)限條件下受壓時(shí)，側(cè)土的側(cè)壓力系數(shù)的比值與豎向件下受壓時(shí)，側(cè)向（泊松比）：無(wú)側(cè)限條土的側(cè)膨脹系數(shù):0K第三節(jié)第三節(jié) 地基沉降量計(jì)算地基沉降量計(jì)算n 計(jì)算目的：在建筑設(shè)計(jì)中需預(yù)知該建筑物建成后將產(chǎn)生的計(jì)算目的：在建筑設(shè)計(jì)中需預(yù)知該建筑物建成后將產(chǎn)生的最終沉降量、沉降差、傾斜和局部?jī)A斜，判斷地基變形值最終沉降量、沉降差、傾斜和局部?jī)A斜，判斷地基變形值是否超出允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，為采取相應(yīng)是否超出允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計(jì)時(shí)

17、，為采取相應(yīng)的工程措施提供科學(xué)依據(jù)，保證建筑物的安全。的工程措施提供科學(xué)依據(jù)，保證建筑物的安全。n 計(jì)算方法：計(jì)算方法：n 分層總和法分層總和法n 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007-2019)(GB 50007-2019)推薦法推薦法n 彈性力學(xué)方法彈性力學(xué)方法 定義定義 地基變形在其表面形成的垂直變形量稱(chēng)為建筑物的沉降量。地基變形在其表面形成的垂直變形量稱(chēng)為建筑物的沉降量。 在外荷載作用下地基土層被壓縮達(dá)到穩(wěn)定時(shí)基礎(chǔ)底面的沉降量稱(chēng)為地在外荷載作用下地基土層被壓縮達(dá)到穩(wěn)定時(shí)基礎(chǔ)底面的沉降量稱(chēng)為地基最終沉降量。基最終沉降量。 地基各部分垂直變形量的差值稱(chēng)為沉降差。地基各

18、部分垂直變形量的差值稱(chēng)為沉降差。1 1、基本假定和基本原理、基本假定和基本原理理論上不夠完備，缺乏統(tǒng)一理論；理論上不夠完備，缺乏統(tǒng)一理論；單向壓縮分層總和法是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)性方法。單向壓縮分層總和法是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)性方法。一、按分層總和法計(jì)算一、按分層總和法計(jì)算（a a假設(shè)基底壓力為線性分布假設(shè)基底壓力為線性分布 （b b附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算（c c只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)（d d只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降（e e將地基分成若干層，認(rèn)為整個(gè)地基的最終沉降將地基分成若干層，認(rèn)為整個(gè)地基的最終沉降

19、 量為各層沉降量之和：量為各層沉降量之和： iSS分層總和法的基本思路是：將壓縮層范圍內(nèi)地基分層，計(jì)算每一分層的壓縮量，然后累加得總沉降量。分層總和法有兩種基本方法：ep曲線法和elgp曲線法。2 2 單項(xiàng)分層總和法的基本計(jì)算公式單項(xiàng)分層總和法的基本計(jì)算公式（一基本原理（一基本原理計(jì)算建筑物基礎(chǔ)中心下的地基變形量，假設(shè)這時(shí)土計(jì)算建筑物基礎(chǔ)中心下的地基變形量，假設(shè)這時(shí)土層只在垂直方向發(fā)生壓縮變形，而不發(fā)生側(cè)向變層只在垂直方向發(fā)生壓縮變形，而不發(fā)生側(cè)向變形，屬于一維壓縮問(wèn)題。因而在求得地基中的垂形，屬于一維壓縮問(wèn)題。因而在求得地基中的垂直應(yīng)力后，可利用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)曲線成果，計(jì)算直應(yīng)力后，可利用室內(nèi)

20、壓縮試驗(yàn)曲線成果，計(jì)算地基變形量。地基變形量。分層總和法就是采用土層一維壓縮變形量的基本計(jì)分層總和法就是采用土層一維壓縮變形量的基本計(jì)算公式，利用室內(nèi)壓縮曲線成果，分別計(jì)算基礎(chǔ)算公式，利用室內(nèi)壓縮曲線成果，分別計(jì)算基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中各分土層的壓縮變形量，最后將中心點(diǎn)下地基中各分土層的壓縮變形量，最后將各分土層的壓縮變形量總和起來(lái)。各分土層的壓縮變形量總和起來(lái)。n （二計(jì)算步驟（二計(jì)算步驟d d地面地面基底基底計(jì)算深度計(jì)算深度 p pp0p0 d d z z czcz(1)(1)繪制地基土層分布剖面圖和繪制地基土層分布剖面圖和基礎(chǔ)剖面圖基礎(chǔ)剖面圖(2)(2)計(jì)算原地基的自重應(yīng)力計(jì)算原地基的自重應(yīng)

21、力 czcz(3)(3)計(jì)算基底壓力計(jì)算基底壓力p p(4)(4)計(jì)算基底附加壓力計(jì)算基底附加壓力p0p0(5)(5)確定地基中附加應(yīng)力確定地基中附加應(yīng)力 z z分布分布 czcz從地面算起；從地面算起； z z從基底算起，由基底從基底算起，由基底附加應(yīng)力附加應(yīng)力p0=p-p0=p- d d引起引起一般土層：一般土層：軟土層：軟土層：(6)(6)確定地基受壓層深度確定地基受壓層深度znzn(7)(7)沉降計(jì)算分層沉降計(jì)算分層czz2 . 0czz1 . 0 不同土層界面不同土層界面 地下水位線地下水位線 每層厚度不宜每層厚度不宜 0.4B0.4B或或4m4m z z 變化明顯的土層，適變化明顯

22、的土層，適當(dāng)取小當(dāng)取小d d地面地面基底基底計(jì)算深度計(jì)算深度 p pp0p0 d d z z czcz(8)(8)計(jì)算每層沉降量計(jì)算每層沉降量SiSiHid d地面地面基底基底計(jì)算深度計(jì)算深度 p pp0p0 d d z z szszczizi(9)(9)計(jì)算地基最終沉降量計(jì)算地基最終沉降量isiziihEsiziiiheas11iiiheees1211niinsssss121（三討論（三討論 (1) (1) 分層總和法假設(shè)地基土在側(cè)向不能變形，而只在分層總和法假設(shè)地基土在側(cè)向不能變形，而只在豎向發(fā)生壓縮，這種假設(shè)在當(dāng)壓縮土層厚度同基底荷載分豎向發(fā)生壓縮，這種假設(shè)在當(dāng)壓縮土層厚度同基底荷載分布

23、面積相比很薄時(shí)才比較接近。布面積相比很薄時(shí)才比較接近。 (2) (2) 假定地基土側(cè)向不能變形引起的計(jì)算結(jié)果偏小，假定地基土側(cè)向不能變形引起的計(jì)算結(jié)果偏小，取基底中心點(diǎn)下的地基中的附加應(yīng)力來(lái)計(jì)算基礎(chǔ)的平均沉取基底中心點(diǎn)下的地基中的附加應(yīng)力來(lái)計(jì)算基礎(chǔ)的平均沉降導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大，因此在一定程度上得到了相互彌補(bǔ)。降導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大，因此在一定程度上得到了相互彌補(bǔ)。 (3) (3) 當(dāng)需考慮相鄰荷載對(duì)基礎(chǔ)沉降影響時(shí)，通過(guò)將相當(dāng)需考慮相鄰荷載對(duì)基礎(chǔ)沉降影響時(shí)，通過(guò)將相鄰荷載在基底中心下各分層深度處引起的附加應(yīng)力疊加到鄰荷載在基底中心下各分層深度處引起的附加應(yīng)力疊加到基礎(chǔ)本身引起的附加應(yīng)力中去來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

24、基礎(chǔ)本身引起的附加應(yīng)力中去來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 10000200105PpkPaLB020020 1.5170ppdkPa0201.530cdkPa101020 2.580ccchkPa323108(219.8)2.5136cchkPa21280(219.8)2.5108cchkPa434136(219.8)2.5164cchkPa545164(219.8)2.5192cchkPaszzszEAdzEdzs001二二. .建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 方法方法 （一計(jì)算原理（一計(jì)算原理 應(yīng)力面積法一般按地基土的天然分層面劃分計(jì)算應(yīng)力面積法一般按地基土的天然分層面劃分計(jì)算土層，引入土層平均附

25、加應(yīng)力的概念，通過(guò)平均附加土層，引入土層平均附加應(yīng)力的概念，通過(guò)平均附加應(yīng)力系數(shù)，將基底中心以下地基中應(yīng)力系數(shù)，將基底中心以下地基中zi-1-zizi-1-zi深度范圍的深度范圍的附加應(yīng)力按等面積原則化為相同深度范圍內(nèi)矩形分布附加應(yīng)力按等面積原則化為相同深度范圍內(nèi)矩形分布時(shí)的分布應(yīng)力大小，再按矩形分布應(yīng)力情況計(jì)算土層時(shí)的分布應(yīng)力大小，再按矩形分布應(yīng)力情況計(jì)算土層的壓縮量，各土層壓縮量的總和即為地基的計(jì)算沉降的壓縮量，各土層壓縮量的總和即為地基的計(jì)算沉降量。量。地面地面p0p0 z zzi-1zi（二計(jì)算公式：（二計(jì)算公式：HiAi深度深度z z范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)系數(shù)sis

26、iziEhEsiiiA)z(zA1 - i1iii0i pzdzdzdzA0z00z00z0zppp)z(z1 - i1iii0iisisiziEphEs（三沉降計(jì)算深度（三沉降計(jì)算深度znzn應(yīng)該滿足應(yīng)該滿足)(1110iiiinisisszzEpssniinss1025.0 當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有軟弱土層時(shí)，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至軟弱土層當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有軟弱土層時(shí)，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計(jì)算沉降量也滿足上式，若計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，中所取規(guī)定厚度的計(jì)算沉降量也滿足上式，若計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，znzn可取至基巖表面為止可取至基巖表面為止 當(dāng)無(wú)相鄰荷載影響，

27、基礎(chǔ)寬度在當(dāng)無(wú)相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在1 130m30m范圍內(nèi)，基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深范圍內(nèi)，基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深度可以按簡(jiǎn)化公式計(jì)算度可以按簡(jiǎn)化公式計(jì)算)ln4 .05 .2(bbzn地基最終沉降量修正公式地基最終沉降量修正公式同分層總和法相比，應(yīng)力面積法主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：(1) 應(yīng)力面積法可以減少劃分的層數(shù)，一般可以按地基土的 天然層面劃分，使得計(jì)算工作得以簡(jiǎn)化。(2) 地基沉降計(jì)算深度zn的確定方法較分層總和法更合理。 (3) 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)s綜合反映了許多因素的影響，使計(jì) 算值更接近于實(shí)際。（四計(jì)算特點(diǎn)（四計(jì)算特點(diǎn) 準(zhǔn)備資料準(zhǔn)備資料 應(yīng)力分布應(yīng)力分布 沉降計(jì)算沉降計(jì)算建筑基礎(chǔ)

28、外形、大小、分量、埋深）建筑基礎(chǔ)外形、大小、分量、埋深）地基各土層的壓縮曲線地基各土層的壓縮曲線 原狀土壓縮曲線原狀土壓縮曲線計(jì)算斷面和計(jì)算點(diǎn)計(jì)算斷面和計(jì)算點(diǎn)自重應(yīng)力自重應(yīng)力基底壓力基底壓力基底附加應(yīng)力基底附加應(yīng)力附加應(yīng)力附加應(yīng)力 結(jié)果修正結(jié)果修正sss地基沉降量計(jì)算要點(diǎn)小結(jié)地基沉降量計(jì)算要點(diǎn)小結(jié)確定計(jì)算深度確定計(jì)算深度確定分層界面確定分層界面計(jì)算各土層的計(jì)算各土層的 ，計(jì)算各層沉降量計(jì)算各層沉降量地基總沉降量地基總沉降量czizi)z(z1 - i1iii0isiEpsisiziihEsC 可計(jì)算成層地基可計(jì)算成層地基C 可計(jì)算不同形狀基礎(chǔ)可計(jì)算不同形狀基礎(chǔ)條性、矩形和圓形等條性、矩形和圓形

29、等C 可計(jì)算不同基底壓力分布可計(jì)算不同基底壓力分布均勻、三角和梯形分布均勻、三角和梯形分布C 參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定方法簡(jiǎn)單參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定方法簡(jiǎn)單C 已經(jīng)積累了幾十年應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)修正。已經(jīng)積累了幾十年應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)修正。F 基本假定：基本假定：F 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：C基底壓力為線性分布基底壓力為線性分布 C附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算C只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)C只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降單向分層總和法的評(píng)價(jià)單向分層總和法的評(píng)價(jià)地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問(wèn)題地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問(wèn)題1.1.分層總和法在計(jì)算中假

30、定不符合實(shí)際情況分層總和法在計(jì)算中假定不符合實(shí)際情況 假定地基無(wú)側(cè)向變形假定地基無(wú)側(cè)向變形 計(jì)算結(jié)果偏小計(jì)算結(jié)果偏小采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下土的附加應(yīng)力和沉降采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下土的附加應(yīng)力和沉降 計(jì)算結(jié)果偏大計(jì)算結(jié)果偏大 2.2.分層總和法中附加應(yīng)力計(jì)算應(yīng)考慮分層總和法中附加應(yīng)力計(jì)算應(yīng)考慮: : 土體在自重作用下的固結(jié)程度、相鄰荷載的作用土體在自重作用下的固結(jié)程度、相鄰荷載的作用 3.3.基礎(chǔ)埋置較深時(shí)，應(yīng)考慮開(kāi)挖基坑時(shí)地基土的回彈，建筑基礎(chǔ)埋置較深時(shí)，應(yīng)考慮開(kāi)挖基坑時(shí)地基土的回彈，建筑 物施工時(shí)又產(chǎn)生地基土再壓縮的情況物施工時(shí)又產(chǎn)生地基土再壓縮的情況回彈再壓縮影回彈再壓縮影響的變形量響的變形量)(11

31、1iiiiniciccczzEPs計(jì)算深度取至計(jì)算深度取至基坑底面以下基坑底面以下5m5m，當(dāng)基坑底，當(dāng)基坑底面在地下水位面在地下水位以下時(shí)取以下時(shí)取10m10m沉降分析中的若干問(wèn)題沉降分析中的若干問(wèn)題1.1.土的回彈與再壓縮土的回彈與再壓縮pe彈彈性性變變形形塑塑性性變變形形adbcb 壓縮曲線壓縮曲線回彈曲線回彈曲線再壓縮曲線再壓縮曲線n土的卸荷回彈曲線不與原壓土的卸荷回彈曲線不與原壓縮曲線重合，說(shuō)明土不是完縮曲線重合，說(shuō)明土不是完全彈性體，其中有一部分為全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形不能恢復(fù)的塑性變形n土的再壓縮曲線比原壓縮曲土的再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說(shuō)明土經(jīng)線

32、斜率要小得多，說(shuō)明土經(jīng)過(guò)壓縮后，卸荷再壓縮時(shí)，過(guò)壓縮后，卸荷再壓縮時(shí)，其壓縮性明顯降低其壓縮性明顯降低2.2.地基沉降的三個(gè)組成部分地基沉降的三個(gè)組成部分scdsssssd 瞬時(shí)沉降sc 固結(jié)沉降 ss 次固結(jié)沉降3.3.土的應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響土的應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過(guò)的應(yīng)力狀態(tài)土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過(guò)的應(yīng)力狀態(tài)先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力pc pc ：土在其生成歷史中曾受過(guò)的最大：土在其生成歷史中曾受過(guò)的最大有有 效固結(jié)壓力效固結(jié)壓力討論：對(duì)試樣施加壓力討論：對(duì)試樣施加壓力p p時(shí)，壓縮曲線形狀時(shí)，壓縮曲線形狀ppc正常壓縮曲線，斜率陡

33、，土體壓縮量大正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大 土層的先期固結(jié)壓力對(duì)其固結(jié)程度和壓縮性有明顯土層的先期固結(jié)壓力對(duì)其固結(jié)程度和壓縮性有明顯的影響，用先期固結(jié)壓力的影響，用先期固結(jié)壓力pcpc與現(xiàn)時(shí)的土壓力與現(xiàn)時(shí)的土壓力p0p0的比值的比值描述土層的應(yīng)力歷史，將粘性土進(jìn)行分類(lèi)描述土層的應(yīng)力歷史，將粘性土進(jìn)行分類(lèi)1.1.正常固結(jié)土正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcpcp0p02.2.超固結(jié)土超固結(jié)土先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0pcp03.3.超固結(jié)土超固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0pcp

34、0三、按粘性土的沉降機(jī)理計(jì)算沉降三、按粘性土的沉降機(jī)理計(jì)算沉降 根據(jù)變形機(jī)理可將地基沉降量分為三個(gè)部分：1、瞬時(shí)沉降 （distortion settlement）2、固結(jié)沉降 （consolidation settlement）3、次固結(jié)沉降secondary consolidation settlement）S=Sd+Sc+Ss （一瞬時(shí)沉降計(jì)算（一瞬時(shí)沉降計(jì)算 Skempton1955彈性理論公式2-10uEBpdS注：平均值指柔性基礎(chǔ)面積范圍內(nèi)各點(diǎn)的平均值表4-10 沉降系數(shù)值 受荷面形狀 L/B 中 點(diǎn) 矩形角點(diǎn)，圓形周邊 平均值 剛性基礎(chǔ) 圓 形 1.00 0.64 0.85 0.

35、79 正 方 形 1.00 1.12 0.56 0.95 0.88 矩 形 1.53.06.010.030.0100.0 1.361.782.232.533.234.00 0.680.891.121.271.622.00 1.151.521.962.252.883.70 1.081.442.12 （二固結(jié)沉降計(jì)算（二固結(jié)沉降計(jì)算 固結(jié)沉降是粘性土地基沉降的最主要的組成部分。 固結(jié)沉降可以用上述分層總和法計(jì)算。但分層總和法中采用的是一維課題的假設(shè)，與一般基礎(chǔ)荷載作用下的地基實(shí)際性狀不盡相符。 Skempton和Birrum建議根據(jù)有側(cè)向變形條件下產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力計(jì)算固結(jié)沉降Sc。對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)課

36、題，有：SSucu為Sc與分層總和法計(jì)算的S之間的比例系數(shù)。niiniiuHHAA1113)1 (比例系數(shù)u： 孔隙水壓力系數(shù)A與土的性質(zhì)有關(guān)，則u也與土的性質(zhì)密切相關(guān)。另外，u還與基礎(chǔ)形狀及土層厚度H與基礎(chǔ)寬度B之比有關(guān)。 由A值算出的u值一般為0.21.2，這與推薦法的沉降修正系數(shù)s值（=0.21.4接近。則此可見(jiàn)，u與s有必然的聯(lián)系，它們的物理意義是一致的。 （三次固結(jié)沉降計(jì)算（三次固結(jié)沉降計(jì)算 次固結(jié)段基本上是一條直線的斜率反映土的次固結(jié)變形速率，一般用Cs表示，稱(chēng)為土的次固結(jié)指數(shù)。 次固結(jié)沉降量為nisiisttCeHs1121lg1第四節(jié)第四節(jié) 沉降差與傾斜沉降差與傾斜基礎(chǔ)的傾斜指

37、基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的沉降差與基礎(chǔ)寬度之比。下列情況應(yīng)計(jì)算沉降差與傾斜1、對(duì)框架及排架等結(jié)構(gòu)應(yīng)計(jì)算兩相鄰柱基的沉降差。2、對(duì)承受較大偏心荷載的獨(dú)立基礎(chǔ)、底面積較大的箱形基礎(chǔ)和高聳建筑物如水塔、煙囪等應(yīng)計(jì)算基礎(chǔ)的整體傾斜。3、對(duì)磚石砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)計(jì)算局部?jī)A斜。第五節(jié)第五節(jié) 地基變形與時(shí)間的關(guān)系地基變形與時(shí)間的關(guān)系 地基的變形不是瞬時(shí)完成的，地基在建筑物荷載作用下要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到最終沉降量。 在工程設(shè)計(jì)中，除了要知道地基最終沉降量外，往往還需要知道沉降隨時(shí)間的變化過(guò)程即沉降與時(shí)間的關(guān)系。一、一、TerzaghiTerzaghi一維滲透固結(jié)理論一維滲透固結(jié)理論（一基本假設(shè)（一基本假設(shè)壓縮土層為均質(zhì)、各向

38、同性的飽和土體土粒和孔隙水是不可壓縮的水的滲流和土層壓縮只能沿垂直方向發(fā)生土中水的滲流符合Darcy定律固結(jié)過(guò)程中滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a均為常數(shù)外荷載是一次瞬時(shí)施加于土體的（二滲流固結(jié)力學(xué)模型（二滲流固結(jié)力學(xué)模型l 實(shí)踐背景：大面積均布荷載實(shí)踐背景：大面積均布荷載側(cè)限狀態(tài)的簡(jiǎn)化模型側(cè)限狀態(tài)的簡(jiǎn)化模型p pz=pz=p不透水不透水巖層巖層飽和飽和壓縮層壓縮層p pK0pK0pK0pK0p 處于側(cè)限狀態(tài)，滲流和土體的變形只沿豎向發(fā)生處于側(cè)限狀態(tài)，滲流和土體的變形只沿豎向發(fā)生p p不變形不變形的鋼筒的鋼筒鋼筒鋼筒彈簧彈簧 水體水體 帶孔活塞帶孔活塞 活塞小孔大小活塞小孔大小滲透固結(jié)過(guò)程滲透固結(jié)過(guò)程初

39、始狀態(tài)初始狀態(tài)邊界條件邊界條件相間相互作用相間相互作用物理模型物理模型p p側(cè)限條件側(cè)限條件 土骨架土骨架 孔隙水孔隙水 排水頂面排水頂面 滲透性大小滲透性大小土體的固結(jié)土體的固結(jié)p pp pwph 0t 附加應(yīng)力附加應(yīng)力: : z=pz=p孔隙水壓力孔隙水壓力: u=: u= z=pz=p有效應(yīng)力有效應(yīng)力: : z=0z=0hh 0h t0附加應(yīng)力附加應(yīng)力:z=p:z=p孔隙水壓力孔隙水壓力: u p: u 0z0 t附加應(yīng)力附加應(yīng)力:z=p:z=p孔隙水壓力孔隙水壓力: u =0: u =0有效應(yīng)力有效應(yīng)力: z=pz=p滲流固結(jié)滲流固結(jié)彈簧活塞力學(xué)模型彈簧活塞力學(xué)模型uCv Cv 反映土

40、的固結(jié)特性：孔壓消散的快慢固結(jié)速度反映土的固結(jié)特性：孔壓消散的快慢固結(jié)速度uCv Cv 與滲透系數(shù)與滲透系數(shù)k k成正比，與壓縮系數(shù)成正比，與壓縮系數(shù)a a成反比；成反比；u單位：?jiǎn)挝唬篶m2/scm2/s；m2/yearm2/year，粘性土一般在，粘性土一般在 10-4 cm2/s 10-4 cm2/s 量量級(jí)級(jí)1vwk(1e )Ca 212wk 1euutaz 2v2uuCtz F 固結(jié)系數(shù)固結(jié)系數(shù): :（三單向固結(jié)理論計(jì)算公式（三單向固結(jié)理論計(jì)算公式（1 1單向固結(jié)微分方程：?jiǎn)蜗蚬探Y(jié)微分方程：F 平均固結(jié)度平均固結(jié)度UtUt與沉降量與沉降量StSt之間的關(guān)系之間的關(guān)系t t時(shí)刻：時(shí)刻：

41、 SUStt 確定沉降過(guò)程也即確定沉降過(guò)程也即StSt的關(guān)鍵是確定的關(guān)鍵是確定UtUt 確定確定UtUt的核心問(wèn)題是確定的核心問(wèn)題是確定uz.tuz.t SSHe1adze1adzdzUt1z1t ,zzt ,zt總總應(yīng)應(yīng)力力分分布布面面積積有有效效應(yīng)應(yīng)力力分分布布面面積積 SSUtt固結(jié)度等于固結(jié)度等于t t時(shí)刻的沉降量與時(shí)刻的沉降量與最終沉降量之比最終沉降量之比（2 2固結(jié)度的概念固結(jié)度的概念二二 有關(guān)沉降有關(guān)沉降-時(shí)間的工程問(wèn)題時(shí)間的工程問(wèn)題F求某一時(shí)刻求某一時(shí)刻t t的固結(jié)度與沉降量的固結(jié)度與沉降量F求達(dá)到某一固結(jié)度所需要的時(shí)間求達(dá)到某一固結(jié)度所需要的時(shí)間F根據(jù)前一階段測(cè)定的沉降根據(jù)前

42、一階段測(cè)定的沉降時(shí)間時(shí)間曲線，推算以后的沉降時(shí)間關(guān)系曲線，推算以后的沉降時(shí)間關(guān)系（1 1求某一時(shí)刻求某一時(shí)刻t t的固結(jié)度與沉降量的固結(jié)度與沉降量Tv=Cvt/H2Tv=Cvt/H22vvT4t,(T )28U1e St=Ut SSt=Ut St t（2 2求達(dá)到某一沉降量求達(dá)到某一沉降量( (固結(jié)度固結(jié)度) )所需要的時(shí)間所需要的時(shí)間Ut= St /SUt= St /S從從 Ut Ut 查表計(jì)算確定查表計(jì)算確定 Tv Tv v2vCHTt （3 3根據(jù)前一階段測(cè)定的沉降根據(jù)前一階段測(cè)定的沉降-時(shí)間曲線，推算以后的沉降時(shí)時(shí)間曲線，推算以后的沉降時(shí) 間關(guān)系間關(guān)系tte1U F對(duì)于各種初始應(yīng)力分布，對(duì)于各種初始應(yīng)力分布，固結(jié)度均可寫(xiě)成：固結(jié)度均可寫(xiě)成：知：知：t1t1S1S1t2t2S2S2公式計(jì)算公式計(jì)算，計(jì)算計(jì)算t3t3S3