土的壓縮性與地基沉降

1、授課章節(jié)第三章第三章 土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算教學(xué)目的一、了解沉降量的原理；二、理解影響土壓縮性的主要因素，土的固結(jié)過程，能結(jié)合已有的測量知識正確進(jìn)行沉降觀測；三、掌握壓縮試驗原理與壓縮指標(biāo)的測定方法，能運用分層總和法和規(guī)范法計算地基最終沉降量。 重點難點 一、土的壓縮性、有效應(yīng)力、超靜水壓力、固結(jié)、固結(jié)度、壓縮系數(shù)、壓縮模量、沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜等概念；二、土的壓縮試驗與壓縮曲線；三、壓縮系數(shù)、壓縮模量等壓縮指標(biāo)的表達(dá)式及工程中的應(yīng)用； 四、地基最終沉降量的計算方法與步驟；五、建筑物的沉降觀測方法與要求。教具掛圖 多媒體演示作業(yè)實驗習(xí)題 3-1 備注 第四章

2、第四章 土的壓縮性和地基沉降計算土的壓縮性和地基沉降計算n4.1 概述n4.2 土的壓縮性n4.3 地基最終沉降量n4.4 建筑物沉降觀測與地基容許變形 土是一種散粒沉積物，具有壓縮性。地基土土是一種散粒沉積物，具有壓縮性。地基土層在建筑物的荷載作用下產(chǎn)生變形，建筑物基礎(chǔ)層在建筑物的荷載作用下產(chǎn)生變形，建筑物基礎(chǔ)亦隨之沉降，尤其是當(dāng)荷載差異較大、或地基土亦隨之沉降，尤其是當(dāng)荷載差異較大、或地基土層軟弱不均時，往往導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)出現(xiàn)較大的層軟弱不均時，往往導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)出現(xiàn)較大的不均勻沉降、以致建筑物某些部位開裂、傾斜，不均勻沉降、以致建筑物某些部位開裂、傾斜，甚至倒塌。甚至倒塌。為了保證建筑物

3、的安全和正常使用，本章討為了保證建筑物的安全和正常使用，本章討論荷載作用下土體的變形，這是土力學(xué)的重要問論荷載作用下土體的變形，這是土力學(xué)的重要問題之一。在地基基礎(chǔ)設(shè)計中，要求地基土的變形題之一。在地基基礎(chǔ)設(shè)計中，要求地基土的變形量不超過允許值。量不超過允許值。4.1 概述 分析地基土層發(fā)生變形的主要因素：其內(nèi)固分析地基土層發(fā)生變形的主要因素：其內(nèi)固是土具有壓縮性其外因主要是建筑物荷載的作是土具有壓縮性其外因主要是建筑物荷載的作用。因此，為了計算地基沉降，必須研究土的壓用。因此，為了計算地基沉降，必須研究土的壓縮性和上部荷載作用下地基中的應(yīng)力分布情況?？s性和上部荷載作用下地基中的應(yīng)力分布情況。

4、 學(xué)習(xí)本章的目的，是根據(jù)地基土層剖面情況、學(xué)習(xí)本章的目的，是根據(jù)地基土層剖面情況、各層土的物理力學(xué)性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)的荷載，計算各層土的物理力學(xué)性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)的荷載，計算地基的變形值，并控制它在容許范圍之內(nèi)。地基的變形值，并控制它在容許范圍之內(nèi)。工程實例工程實例問題：問題：沉降沉降2.22.2米，米，且左右兩部分且左右兩部分存在明顯的沉存在明顯的沉降差。降差。墨西哥某宮殿墨西哥某宮殿地基：地基：2020多米厚的粘土多米厚的粘土Kiss由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸基坑開挖，引起陽臺裂縫基坑開挖，引起陽臺裂縫修建新建筑物：引起原有建筑物開裂修建新

5、建筑物：引起原有建筑物開裂高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除建筑物立面高差過大建筑物立面高差過大建筑物過長：長高比建筑物過長：長高比7.6:17.6:147m3915019419917587沉降曲線沉降曲線(mm)4.2 土的壓縮性土的壓縮性土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性是指土在壓力作用下體積縮小的特性壓縮量的組成壓縮量的組成n固體顆粒的壓縮固體顆粒的壓縮n土中水的壓縮土中水的壓縮n空氣的排出空氣的排出n水的排出水的排出占總壓縮量的占總壓縮量的1/400不到，不到，忽略不計忽略不計壓縮量主要組成部分壓縮量主要組成部分說明：說明：土的壓縮被認(rèn)為只

6、是由于孔隙體積減小的結(jié)果土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果無粘性土無粘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透水性差，水不易排出水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間外因外因建筑物荷載作用。這是普遍存在的因素。建筑物荷載作用。這是普遍存在的因素。地下水位大幅度下降。相當(dāng)于施加大面積荷載地下水位大幅度下降。相當(dāng)于施加大面積荷載=(-)h=(-)h施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動. .振動影響，產(chǎn)生震沉。振動影響，產(chǎn)生震沉。溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化溫度變化影響，如冬季冰凍，

7、春季融化浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。內(nèi)因內(nèi)因土是三相體，土體受外力引起的壓縮包括三部分土是三相體，土體受外力引起的壓縮包括三部分: :固相礦物本身壓縮固相礦物本身壓縮，極小，物理學(xué)上有意義，對建，極小，物理學(xué)上有意義，對建筑工程來說無意義；筑工程來說無意義；土中液相水的壓縮土中液相水的壓縮，在一般建筑工程荷載，在一般建筑工程荷載（100100600600）KpaKpa作用下，很小，可忽略不計；作用下，很小，可忽略不計；土中孔隙的壓縮土中孔隙的壓縮，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠出，使土的孔隙減小。出，使土的孔隙減小。土體的壓縮變形

8、主要是由于孔隙減小引起的土體的壓縮變形主要是由于孔隙減小引起的。上述因素中，建筑物上述因素中，建筑物荷載荷載作用是作用是主要外因主要外因，通過土中，通過土中孔隙的壓縮孔隙的壓縮這一內(nèi)因發(fā)生實際效果。這一內(nèi)因發(fā)生實際效果。無粘性土地基無粘性土地基上的建筑物上的建筑物土的透水性強，壓土的透水性強，壓縮性低縮性低沉降很快完成沉降很快完成粘性土地基上粘性土地基上的建筑物的建筑物土的透水性弱，壓土的透水性弱，壓縮性高縮性高達(dá)到沉降穩(wěn)定達(dá)到沉降穩(wěn)定所需時間十分所需時間十分漫長漫長土的固結(jié)：土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程飽和土體一維固結(jié)理論飽和土體

9、一維固結(jié)理論在荷載作用下，土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，在排水在荷載作用下，土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，在排水條件下，隨著時間發(fā)展，土體中水被排出，土體孔隙比減條件下，隨著時間發(fā)展，土體中水被排出，土體孔隙比減??；超靜孔隙水壓力逐步消散，土體中有效應(yīng)力逐步增大小；超靜孔隙水壓力逐步消散，土體中有效應(yīng)力逐步增大，直至超孔隙水壓力完全消散，這一過程稱為，直至超孔隙水壓力完全消散，這一過程稱為固結(jié)固結(jié)工程設(shè)計中，我們不但需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生工程設(shè)計中，我們不但需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最終沉降量，而且需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)達(dá)到某一沉降量的最終沉降量，而且需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)達(dá)到某一沉降量所需的時間，亦即

10、需要知道沉降與時間的變化過程。目前所需的時間，亦即需要知道沉降與時間的變化過程。目前均以均以飽和土體一維固結(jié)理論飽和土體一維固結(jié)理論為研究基礎(chǔ)。為研究基礎(chǔ)。 n一維固結(jié)又稱單向固結(jié)。土體在荷載作用下土中一維固結(jié)又稱單向固結(jié)。土體在荷載作用下土中水的滲流和土體的變形僅發(fā)生在一個方向的固結(jié)水的滲流和土體的變形僅發(fā)生在一個方向的固結(jié)問題。嚴(yán)格的一維固結(jié)問題只發(fā)生在室內(nèi)有側(cè)限問題。嚴(yán)格的一維固結(jié)問題只發(fā)生在室內(nèi)有側(cè)限的固結(jié)試驗中，實際工程中并不存在。然而，當(dāng)?shù)墓探Y(jié)試驗中，實際工程中并不存在。然而，當(dāng)土層厚度比較均勻，其壓縮土層厚度相對于均布土層厚度比較均勻，其壓縮土層厚度相對于均布外荷作用面較小時，可

11、近似為一維固結(jié)問題。外荷作用面較小時，可近似為一維固結(jié)問題。一維固結(jié)力學(xué)模型一維固結(jié)力學(xué)模型土體中由孔隙水土體中由孔隙水所傳遞的壓力所傳遞的壓力n有效應(yīng)力有效應(yīng)力是指是指由土骨架所傳遞的壓力，由土骨架所傳遞的壓力，即顆粒間接觸應(yīng)力即顆粒間接觸應(yīng)力 飽和土的滲透固結(jié)過程就是孔隙水壓飽和土的滲透固結(jié)過程就是孔隙水壓力向有效力應(yīng)力轉(zhuǎn)化的過程，力向有效力應(yīng)力轉(zhuǎn)化的過程，在任一時刻，在任一時刻，有效應(yīng)力有效應(yīng)力和孔隙水壓力和孔隙水壓力u之和始終等于之和始終等于飽和土體的總應(yīng)力飽和土體的總應(yīng)力u飽和土體有飽和土體有效應(yīng)力原理效應(yīng)力原理n孔隙水壓力孔隙水壓力u是指是指外荷外荷p在土孔隙水中所引起的在土孔隙水

12、中所引起的超靜水壓力超靜水壓力n有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理n飽和土的壓縮主要是由于土的外荷作用下孔隙水被擠出，飽和土的壓縮主要是由于土的外荷作用下孔隙水被擠出，以致孔隙體積減小所引起的以致孔隙體積減小所引起的n飽和土孔隙中自由水的擠出速度，主要取決于土的滲透飽和土孔隙中自由水的擠出速度，主要取決于土的滲透性和土的厚度性和土的厚度n滲透固結(jié)：與自由水的滲透速度有關(guān)的飽和土固結(jié)過程滲透固結(jié)：與自由水的滲透速度有關(guān)的飽和土固結(jié)過程n地基固結(jié)度地基固結(jié)度地基固結(jié)度：地基固結(jié)度：地基固結(jié)過程中任一時刻地基固結(jié)過程中任一時刻t的固結(jié)沉降量的固結(jié)沉降量st與與其最終固結(jié)沉降量其最終固結(jié)沉降量s之比之比ssUt

13、n當(dāng)當(dāng)t=0t=0時，時， ，則，則 ，即固結(jié)完成，即固結(jié)完成0%0%；當(dāng)固結(jié)穩(wěn)；當(dāng)固結(jié)穩(wěn)定時，定時， ，則，則 ，即固結(jié)基本上達(dá)到，即固結(jié)基本上達(dá)到100%100%完成。完成。固結(jié)度變化范圍為固結(jié)度變化范圍為0-10-1，它表示在某一荷載作用下經(jīng)過，它表示在某一荷載作用下經(jīng)過t t時時間后土體所能達(dá)到的固結(jié)程度。間后土體所能達(dá)到的固結(jié)程度。0ts0 . 1tUsst0tUn壓縮試驗壓縮試驗研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗方法，亦稱研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗方法，亦稱固結(jié)試驗固結(jié)試驗三聯(lián)固結(jié)儀三聯(lián)固結(jié)儀 壓縮試驗壓縮試驗 試驗室測定土的壓縮性的主要裝置為固試驗室測定土的壓縮性的主

14、要裝置為固結(jié)儀。在這種儀器中進(jìn)行試驗，由于試樣不結(jié)儀。在這種儀器中進(jìn)行試驗，由于試樣不可能產(chǎn)生側(cè)向變形，只有豎向壓縮。于是，可能產(chǎn)生側(cè)向變形，只有豎向壓縮。于是，我們把這種條件下的壓縮試驗稱為單向壓縮我們把這種條件下的壓縮試驗稱為單向壓縮試驗或側(cè)限壓縮試驗。土的壓縮是由于孔隙試驗或側(cè)限壓縮試驗。土的壓縮是由于孔隙體積的減小，所以土的變形常用孔隙比表體積的減小，所以土的變形常用孔隙比表示。示。 剛性護(hù)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注意：注意：土樣在豎直土樣在豎直壓力作用下，由于壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向限制

15、，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形變形n壓縮儀示意圖壓縮儀示意圖ne- -p曲線曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土樣在壓縮前后變土樣在壓縮前后變形量為形量為s，整個過整個過程中土粒體積和底程中土粒體積和底面積不變面積不變001eAhVS土粒體積在受土粒體積在受壓前后不變壓前后不變)1(000eHsee整理整理iiseAhV1根據(jù)不同壓力根據(jù)不同壓力p作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比e，繪制繪制e- -p曲線，曲線，為壓縮曲線為壓縮曲線pe0epp

16、ee- -p曲線曲線n壓縮性指標(biāo)壓縮性指標(biāo)壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高根據(jù)壓縮曲線可以得到三個壓縮性指標(biāo)根據(jù)壓縮曲線可以得到三個壓縮性指標(biāo)n1.1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)an2.2.壓縮模量壓縮模量Es n3.3.變形模量變形模量E0曲線曲線A曲線曲線B曲線曲線A壓縮性壓縮性曲線曲線B壓縮性壓縮性n1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)應(yīng)力增量的比值力增量的比值p1

17、p2e1e2M1M2e0epe- -p曲線曲線pe利用單位壓力增量所引起利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓得孔隙比改變表征土的壓縮性高低縮性高低pea d d在壓縮曲線中，實際采在壓縮曲線中，實際采用割線斜率表示土的壓用割線斜率表示土的壓縮性縮性1221 ppeepea規(guī)范規(guī)范用用p1100kPa、 p2200kPa對應(yīng)的壓縮系數(shù)對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評價土的壓縮性評價土的壓縮性n a1-20.1MPa-1低壓縮性土低壓縮性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中壓縮性土中壓縮性土n a1-20.5MPa-1高壓縮性土高壓縮性土1221 ppeepea斜斜率率n2.壓縮模量壓縮

18、模量Es土在土在側(cè)限側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為側(cè)限模量側(cè)限模量aeEs11說明：說明：土的壓縮模量土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)與土的的壓縮系數(shù)a成反比，成反比， Es愈愈大，大， a愈小，土的壓縮性愈低愈小，土的壓縮性愈低n3.變形模量變形模量E0土在土在無側(cè)限無側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。變形模量與壓縮變形模量與壓縮模量之間關(guān)系模量之間關(guān)系sEE0其中其中1212土的泊松比，土的泊松比，一般一般00.5之間之間土的載荷試驗及變形模量土的載荷試驗及變形模量原位測試原位測試n原位測試

19、（原位測試（In-Situ Testing ）：在巖土體原：在巖土體原有的位置上，在保持巖土的天然結(jié)構(gòu)、天然有的位置上，在保持巖土的天然結(jié)構(gòu)、天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)條件下測定巖土性含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)條件下測定巖土性質(zhì)稱為原位測試。質(zhì)稱為原位測試。n土體原位測試土體原位測試：一般指的是在工程地質(zhì)勘察：一般指的是在工程地質(zhì)勘察現(xiàn)場，在不擾動或基本不擾動土層的情況下現(xiàn)場，在不擾動或基本不擾動土層的情況下對土層進(jìn)行測試，以獲得所測土層的物理力對土層進(jìn)行測試，以獲得所測土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及劃分土層一種土工勘察技術(shù)。學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及劃分土層一種土工勘察技術(shù)。 載荷試驗示意圖載荷試驗示意圖反壓重物反

20、力梁千斤頂基準(zhǔn)梁荷載板百分表載荷試驗觀測標(biāo)準(zhǔn)：每級加載后，按間隔10、10、10、15、15、30分鐘讀數(shù)，當(dāng)連續(xù)2個小時內(nèi)，每1個小時的沉降量小于0.1mm時，可加下一級荷載；當(dāng)出現(xiàn)承壓板周圍土有明顯的側(cè)向擠出或發(fā)生裂紋時、當(dāng)沉降s急劇增大時、當(dāng)某一級荷載24小時不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時，即可終止加載；（此前一級荷載為極限荷載）a.s/b0.06可終止加載。.1111210相對應(yīng)的沉降與比例界限承壓板的邊長或直徑；與承壓板有關(guān)的系數(shù)；psbsbpE加荷及觀測標(biāo)準(zhǔn)加荷及觀測標(biāo)準(zhǔn)n第一條，加荷等級不少于第一條，加荷等級不少于8 8級，第一級荷載取試驗坑級，第一級荷載取試驗坑底面處的自重應(yīng)力；其后每級荷

21、載增量底面處的自重應(yīng)力；其后每級荷載增量p p，對較松，對較松軟土取軟土取10kPa10kPa25kPa25kPa，對較密實的土取，對較密實的土取50kPa50kPa；最大；最大加載值加載值pmaxpmax不應(yīng)小于地基承載力設(shè)計值的不應(yīng)小于地基承載力設(shè)計值的2 2倍，并應(yīng)倍，并應(yīng)盡量接近預(yù)估的地基極限荷載盡量接近預(yù)估的地基極限荷載pupu。n第二條，每加一級荷載后，按時間間隔第二條，每加一級荷載后，按時間間隔10min10min，10min10min，10min10min，15min15min，15min15min及以后每隔及以后每隔30min30min讀一次沉降，讀一次沉降，如果連續(xù)兩個小時

22、內(nèi)，每小時的沉降量小于如果連續(xù)兩個小時內(nèi)，每小時的沉降量小于0.1mm0.1mm，則認(rèn)為變形已經(jīng)穩(wěn)定，可施加荷載到下一級。則認(rèn)為變形已經(jīng)穩(wěn)定，可施加荷載到下一級。破壞標(biāo)準(zhǔn)破壞標(biāo)準(zhǔn)n達(dá)到下列情況之一時，認(rèn)為土已達(dá)到極限狀態(tài)，即地達(dá)到下列情況之一時，認(rèn)為土已達(dá)到極限狀態(tài)，即地基土破壞，應(yīng)終止加載。包括：基土破壞，應(yīng)終止加載。包括：（1 1）承載板周圍的土明顯側(cè)向擠出（砂土）或發(fā)生裂）承載板周圍的土明顯側(cè)向擠出（砂土）或發(fā)生裂縫（粘性土和粉土）；縫（粘性土和粉土）；（2 2）沉降）沉降S S急劇增大，急劇增大，p-sp-s曲線出現(xiàn)陡降階段；曲線出現(xiàn)陡降階段；（3 3）在某級荷載下，）在某級荷載下，2

23、4h24h內(nèi)沉降速率應(yīng)不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)內(nèi)沉降速率應(yīng)不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；準(zhǔn)；（4 4）沉降量）沉降量s0.08bs0.08b（b b為承壓板寬度或直徑）。為承壓板寬度或直徑）。4.3 地基最終沉降量計算n地基變形在其表面形成的垂直地基變形在其表面形成的垂直變形變形量稱為量稱為建筑物的建筑物的沉降沉降量量。n在外荷載作用下地基土層被壓縮達(dá)到穩(wěn)定在外荷載作用下地基土層被壓縮達(dá)到穩(wěn)定時基礎(chǔ)底面的沉降量稱為時基礎(chǔ)底面的沉降量稱為地基最終沉降量地基最終沉降量。n分層總和法分層總和法n規(guī)范法規(guī)范法分層總和法分層總和法n計算建筑物基礎(chǔ)中心下的地基變形量，假計算建筑物基礎(chǔ)中心下的地基變形量，假設(shè)設(shè)這時土層只在垂直方

24、向發(fā)生壓縮變形，這時土層只在垂直方向發(fā)生壓縮變形，而不發(fā)生側(cè)向變形，屬于一維壓縮問題而不發(fā)生側(cè)向變形，屬于一維壓縮問題。因而在求得地基中的垂直應(yīng)力后，可利用因而在求得地基中的垂直應(yīng)力后，可利用室內(nèi)壓縮試驗曲線成果，計算地基變形量。室內(nèi)壓縮試驗曲線成果，計算地基變形量。n分層總和法分層總和法就是采用土層一維壓縮變形量就是采用土層一維壓縮變形量的基本計算公式，利用室內(nèi)壓縮曲線成果，的基本計算公式，利用室內(nèi)壓縮曲線成果，分別計算基礎(chǔ)中心點下地基中各分土層的分別計算基礎(chǔ)中心點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壓縮變形量，最后將各分土層的壓縮變形量總和起來。量總和起來。分層總和法n基

25、本假設(shè)基本假設(shè) n地基是均質(zhì)、各向同性的半無限線性變形地基是均質(zhì)、各向同性的半無限線性變形體，可按彈性理論計算土中應(yīng)力。體，可按彈性理論計算土中應(yīng)力。 n在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變形，在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變形，可采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)。可采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)。n采用基底中心點下的附加應(yīng)力計算地基的采用基底中心點下的附加應(yīng)力計算地基的變形量。變形量。3.3.定義：定義： 先將地基土分為若干土層，各土層厚度分別為h1,h2,h3,hn。計算每層土的壓縮量s1,s2,s3,.,sn。然后累計起來，即為總的地基沉降量s。niinssssss1321.n p1p2p3p4e4e

26、3e2e1epiiiiiheees1211 P1=自重應(yīng)力自重應(yīng)力P2=自重應(yīng)力自重應(yīng)力+ +附加應(yīng)力計算原理計算原理 S 1 1- 11121niiszszSEHSaEHeaSHeeeS地基總變形量地基總變形量的關(guān)系的關(guān)系與與根據(jù)根據(jù)根據(jù)壓縮定律根據(jù)壓縮定律分層總和法計算步驟分層總和法計算步驟siiiiiiiiiiEpeppaeee1121211)(1e1i由第由第i層的自重應(yīng)力均值從土的壓縮曲線上層的自重應(yīng)力均值從土的壓縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比得到的相應(yīng)孔隙比 e2i由第由第i層的自重應(yīng)力均值與附加應(yīng)力均值之層的自重應(yīng)力均值與附加應(yīng)力均值之和從土的壓縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比和從土的壓縮曲線

27、上得到的相應(yīng)孔隙比ni土的壓縮應(yīng)變土的壓縮應(yīng)變n按比例尺繪出地基剖面圖和基礎(chǔ)剖面圖按比例尺繪出地基剖面圖和基礎(chǔ)剖面圖n計算基地的附加應(yīng)力和自重應(yīng)力計算基地的附加應(yīng)力和自重應(yīng)力n確定地基分層確定地基分層1.1.不同土層的分界面與地下水位不同土層的分界面與地下水位面為天然層面面為天然層面2.2.每層厚度每層厚度hi 0.4bn確定基礎(chǔ)沉降計算深度確定基礎(chǔ)沉降計算深度 一般一般z=0.2cn計算并繪出自重應(yīng)力和附計算并繪出自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布圖（各分層的加應(yīng)力分布圖（各分層的分界應(yīng)標(biāo)明應(yīng)力值）分界應(yīng)標(biāo)明應(yīng)力值）n計算各分層沉降量計算各分層沉降量 根據(jù)自重應(yīng)力、附加應(yīng)力曲線、根據(jù)自重應(yīng)力、附加應(yīng)力曲

28、線、e- -p壓縮曲線計算任一分層沉降量壓縮曲線計算任一分層沉降量 軟土軟土z=0.1c（若沉降深度若沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時，計算至基范圍內(nèi)存在基巖時，計算至基巖表面為止）巖表面為止）n計算基礎(chǔ)最終沉降量計算基礎(chǔ)最終沉降量NoImageNoImaged地地基基沉沉降降計計算算深深度度c線線z線線計算步驟n地基沉降計算中的有關(guān)問題地基沉降計算中的有關(guān)問題n1.1.分層總和法在計算中假定不符合實際情況分層總和法在計算中假定不符合實際情況n 假定地基無側(cè)向變形假定地基無側(cè)向變形 計算結(jié)果偏小計算結(jié)果偏小n 計算采用基礎(chǔ)中心點下土的附加應(yīng)力和沉降計算采用基礎(chǔ)中心點下土的附加應(yīng)力和沉降 計算結(jié)果偏大計

29、算結(jié)果偏大n 兩者在一定程度上相互抵消誤差，但精確誤差難以估計兩者在一定程度上相互抵消誤差，但精確誤差難以估計n2.2.分層總和法中附加應(yīng)力計算應(yīng)考慮土體在自重作用下的分層總和法中附加應(yīng)力計算應(yīng)考慮土體在自重作用下的固結(jié)程度，未完全固結(jié)的土應(yīng)考慮由于固結(jié)引起的沉降量固結(jié)程度，未完全固結(jié)的土應(yīng)考慮由于固結(jié)引起的沉降量n相鄰荷載對沉降量有較大的影響，在附加應(yīng)力計算中應(yīng)考相鄰荷載對沉降量有較大的影響，在附加應(yīng)力計算中應(yīng)考慮相鄰荷載的作用慮相鄰荷載的作用 n3.3.當(dāng)建筑物基礎(chǔ)埋置較深時，應(yīng)考慮開挖基坑時地基土的當(dāng)建筑物基礎(chǔ)埋置較深時，應(yīng)考慮開挖基坑時地基土的回彈，建筑物施工時又產(chǎn)生地基土再壓縮的情況

30、回彈，建筑物施工時又產(chǎn)生地基土再壓縮的情況建筑沉降觀測與計算結(jié)果對比n堅硬地基，分層總和法計算的沉降量比實測值顯著偏大n軟弱地基，計算值比實測值顯著偏小n原因：原因：n分層總和法的假定條件與實際不符n取土樣與實驗環(huán)節(jié)上的影響n沒考慮地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用-經(jīng)統(tǒng)計引入沉降計算經(jīng)驗系數(shù)s-規(guī)范推薦法規(guī)范法規(guī)范法 與傳統(tǒng)的分層總和法與傳統(tǒng)的分層總和法相同之處相同之處：也采用單向壓縮條：也采用單向壓縮條件下的壓縮性指標(biāo)件下的壓縮性指標(biāo); ; 與傳統(tǒng)的分層總和法與傳統(tǒng)的分層總和法不同之處不同之處：1.不按不按0.4b分層分層,基本上每天然土層就當(dāng)作一層來計算基本上每天然土層就當(dāng)作一層來計算,省去了

31、分層總和法中壓縮性指標(biāo)隨深度變化的麻煩省去了分層總和法中壓縮性指標(biāo)隨深度變化的麻煩.2.采用平均附加應(yīng)力系數(shù)采用平均附加應(yīng)力系數(shù),使煩瑣的計算表格化使煩瑣的計算表格化,簡單化簡單化.3.規(guī)定了地基沉降計算深度的標(biāo)準(zhǔn)，考慮了基礎(chǔ)大小這規(guī)定了地基沉降計算深度的標(biāo)準(zhǔn)，考慮了基礎(chǔ)大小這一因素，比應(yīng)力比法更為合理；一因素，比應(yīng)力比法更為合理；4.提出了地基的沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，使得計算結(jié)果接近提出了地基的沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，使得計算結(jié)果接近于實測值。于實測值。n規(guī)范法規(guī)范法n由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB500072002）提出提出n分層總和法的另一種形式分層總和法的另一種形式n沿用分層

32、總和法的假設(shè)，并引入平均附加應(yīng)力系數(shù)和地沿用分層總和法的假設(shè)，并引入平均附加應(yīng)力系數(shù)和地基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)基沉降計算經(jīng)驗系數(shù) 均質(zhì)地基土，在側(cè)限條件下，壓縮模量均質(zhì)地基土，在側(cè)限條件下，壓縮模量Es不隨深度而變，不隨深度而變，從基底至深度從基底至深度z的壓縮量為的壓縮量為szzszszEAdzEdzEs001附加應(yīng)力面積附加應(yīng)力面積深度深度z范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的附加應(yīng)力面積附加應(yīng)力面積dzAzz0附加應(yīng)力通附加應(yīng)力通式式z=K p0代入代入引入平均附引入平均附加應(yīng)力系數(shù)加應(yīng)力系數(shù)zpAzKdzz00因此附加應(yīng)力因此附加應(yīng)力面積表示為面積表示為zpA0sEzps0因此因此zKdzp00利用附加應(yīng)力面

33、積利用附加應(yīng)力面積A的等代值計算地基任意深度范圍內(nèi)的的等代值計算地基任意深度范圍內(nèi)的沉降量，因此第沉降量，因此第i層沉降量為層沉降量為)(11011iiiisisiiiiiizzEpEAAsss根據(jù)分層總和法基本原理可得成根據(jù)分層總和法基本原理可得成層地基最終沉降量的基本公式層地基最終沉降量的基本公式zi-1地基沉降計算深度地基沉降計算深度znzizzi-153 4612b12345612ip0i-1p0p0p0第第n層層第第i層層zi)(11101iiiinisiniizzEpssAiAi-1 為了提高計算精度，地基沉降量乘以一個沉降為了提高計算精度，地基沉降量乘以一個沉降計算經(jīng)驗系數(shù)計算經(jīng)

34、驗系數(shù)s，可以查有關(guān)系數(shù)表得到可以查有關(guān)系數(shù)表得到地基最終沉地基最終沉降量修正公降量修正公式式)(1110iiiinisisszzEpssi、i-1基礎(chǔ)底面至第基礎(chǔ)底面至第i層土、第層土、第i-1層土底面層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)zi、zi-1基礎(chǔ)底面至第基礎(chǔ)底面至第i層土、第層土、第i-1層土底面的層土底面的距離距離(m)地基沉降計算深地基沉降計算深度度zn應(yīng)該滿足的應(yīng)該滿足的條件條件niinss1025.0 當(dāng)確定沉降計算深度下有軟弱土層時，尚應(yīng)向當(dāng)確定沉降計算深度下有軟弱土層時，尚應(yīng)向下繼續(xù)計算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計下繼續(xù)計算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚

35、度的計算沉降量也滿足上式，若計算深度范圍內(nèi)存在基算沉降量也滿足上式，若計算深度范圍內(nèi)存在基巖，巖，zn可取至基巖表面為止可取至基巖表面為止 當(dāng)無相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在當(dāng)無相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在130m范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，基礎(chǔ)中點的地基沉降計算深度可以按簡化公式計基礎(chǔ)中點的地基沉降計算深度可以按簡化公式計算算)ln4 .05 .2(bbzn 1) 1) 計算基底的附加應(yīng)力計算基底的附加應(yīng)力 2) 2) 將地基土按壓縮性分層將地基土按壓縮性分層 3) 3) 列表計算分層的壓縮量列表計算分層的壓縮量 4) 4) 確定沉降深度確定沉降深度 5) 5) 計算計算 , ,查表確定經(jīng)驗修正系數(shù)查表確定經(jīng)驗修

36、正系數(shù) 6) 6) 計算最終沉降量計算最終沉降量sEs4.4 建筑物沉降觀測與地基容許變形值n一、建筑物沉降觀測一、建筑物沉降觀測n反映地基的實際變形以及地基變形對建筑物的影響程度反映地基的實際變形以及地基變形對建筑物的影響程度n根據(jù)沉降觀測資料驗證地基設(shè)計方案的正確性，地基事故根據(jù)沉降觀測資料驗證地基設(shè)計方案的正確性，地基事故的處理方式以及檢查施工的質(zhì)量的處理方式以及檢查施工的質(zhì)量n沉降計算值與實測值的比較，判斷現(xiàn)行沉降計算方法的準(zhǔn)沉降計算值與實測值的比較，判斷現(xiàn)行沉降計算方法的準(zhǔn)確性，并發(fā)展新的更符合實際的沉降計算方法確性，并發(fā)展新的更符合實際的沉降計算方法n觀測工作主要內(nèi)容觀測工作主要內(nèi)

37、容n1.1.收集資料和編寫計劃收集資料和編寫計劃n2.2.水準(zhǔn)基點設(shè)置水準(zhǔn)基點設(shè)置n3.3.觀測點的設(shè)置觀測點的設(shè)置n4.4.水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量n5.5.觀測資料的整理觀測資料的整理1 1、沉降量（、沉降量（mmmm）定義定義沉降量特指基礎(chǔ)中心的沉降量。沉降量特指基礎(chǔ)中心的沉降量。作用作用若沉降量過大，勢必影響建筑物的正常使用。若沉降量過大，勢必影響建筑物的正常使用。單層單層排架結(jié)構(gòu)柱基排架結(jié)構(gòu)柱基( (特別是多跨的特別是多跨的) )、考慮有關(guān)部分之間的凈空連、考慮有關(guān)部分之間的凈空連接方法及施工順序時用沉降量控制。接方法及施工順序時用沉降量控制。2 2、沉降差（、沉降差（mmmm）定義定義指同

38、一建筑物中，相鄰兩個基礎(chǔ)沉降量的差值。指同一建筑物中，相鄰兩個基礎(chǔ)沉降量的差值。作用作用如建筑物中相鄰兩個基礎(chǔ)的沉降差過大，會使相應(yīng)的如建筑物中相鄰兩個基礎(chǔ)的沉降差過大，會使相應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外應(yīng)力，超過限度時，建筑物將發(fā)生裂縫、傾斜甚上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外應(yīng)力，超過限度時，建筑物將發(fā)生裂縫、傾斜甚至破壞至破壞。由于地基軟硬不均勻、荷載大小差異、體型復(fù)雜等因素，引起地由于地基軟硬不均勻、荷載大小差異、體型復(fù)雜等因素，引起地基變形不同。對于基變形不同。對于框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu) 單層排架結(jié)構(gòu)單層排架結(jié)構(gòu)，設(shè)計時應(yīng)由相鄰柱基，設(shè)計時應(yīng)由相鄰柱基的沉降差控制。的沉降差控制。3 3、傾斜（、傾斜（）定義定義特指

39、獨立基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比特指獨立基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值，以值，以表示。表示。作用作用若建筑物傾斜過大，將影響正常使用，遇臺風(fēng)或強烈若建筑物傾斜過大，將影響正常使用，遇臺風(fēng)或強烈地震時危及建筑物整體穩(wěn)定，甚至傾覆。對于多層或高層建筑和煙地震時危及建筑物整體穩(wěn)定，甚至傾覆。對于多層或高層建筑和煙囪、水堰水塔、高爐等高聳結(jié)構(gòu)，應(yīng)以傾斜值作為控制指標(biāo)。囪、水堰水塔、高爐等高聳結(jié)構(gòu)，應(yīng)以傾斜值作為控制指標(biāo)。4 4、局部傾斜（、局部傾斜（）定義定義指磚石砌體承重結(jié)構(gòu)，沿縱向指磚石砌體承重結(jié)構(gòu)，沿縱向6m6m10m10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點的內(nèi)基礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離的比值，以沉降差與其距離的比值，以表示。表示。作用作用若建筑物的局部傾斜過大，往往使磚石砌體承受彎矩若建筑物的局部傾斜過大，往往使磚石砌體承受彎矩而拉裂。而拉裂。對于砌體承重結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)由局部傾斜控制。對于砌體承重結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)由局部傾斜控制。2.2.經(jīng)驗統(tǒng)計法經(jīng)驗統(tǒng)計法n對大量的各類已建筑物進(jìn)行沉降觀測和使用狀況的調(diào)查，對大量的各類已建