sm土的壓縮性及地基沉降

1、回顧1.均布矩形荷載作用下Kc為均布矩形荷載角點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，b恒為短邊。非角點下運用角點法2.三角形分布矩形面積作用下Kt1為三角形分布p=0角點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，b為三角形分布方向邊長。3.均布條形基礎(chǔ)4.三角形分布條形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)下求地基內(nèi)的附加應(yīng)力時，必須注意坐標系統(tǒng)的選擇。1Chap.3 土的壓縮性和 地基沉降計算3.1 土的壓縮性3.2 地基最終沉降量計算 3.3 地基沉降與時間的關(guān)系 2壓縮性:外力作用下土體體積減小的特性。3.1 土的壓縮性壓縮量土粒體積減小量孔隙體積減小量影響小影響大固結(jié)：土的壓縮隨時間增長的過程稱為固結(jié)。沉降：基底地基土主要由于壓縮而引起的豎向位

2、移。3一、土的壓縮試驗(2)試驗儀器:固結(jié)儀(1)試驗方法：側(cè)限壓縮試驗保證試驗條件與土的天然狀態(tài)及其在外荷載作用下的實際應(yīng)力條件相適應(yīng)。4(3)試驗過程（土的壓縮曲線）快速壓縮試驗慢速壓縮試驗5(4)試驗結(jié)果6二、土的壓縮性指標(1)土的壓縮系數(shù)7為了便于比較，通常采用壓力段由p1=100kPa 增加到p2=200kPa 時的壓縮系數(shù)a1-2來評定土的壓縮性如下：0.10.5高壓縮性低壓縮性中壓縮性8(2)土的壓縮模量9(3)變形模量E0土在無側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。變形模量與壓縮模量之間關(guān)系土的泊松比，一般00.5之間對硬土誤差大，對軟土結(jié)果接近。10粘性土沉降的三個組成部

3、分sd 瞬時沉降sc 固結(jié)沉降 ss 次固結(jié)沉降無粘性土粘性土透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間三、壓縮沉降中幾個問題11土的回彈再壓縮曲線及回彈再壓縮模量土的卸荷回彈曲線不與原壓縮曲線重合，說明土不是完全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形土的再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說明土經(jīng)過壓縮后，卸荷再壓縮時，其壓縮性明顯降低12h現(xiàn)在地表早期地表（a）正常固結(jié) p= shpp=hps=h早期地表現(xiàn)在地表（b）超固結(jié) p shph現(xiàn)在地表早期地表（c）欠固結(jié) p shhp正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)這三種狀態(tài)不是固定不變的，隨著外界條件的變化可以

4、從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化成另一種狀態(tài)。前期固結(jié)應(yīng)力p ：土在歷史上曾受到過的最大有效應(yīng)力欠固結(jié)土在自重作用下引起地面沉降超固結(jié)比OCR ：前期固結(jié)應(yīng)力與現(xiàn)有有效應(yīng)力之比,即OCR p /s土的應(yīng)力歷史131.地基的最終沉降量：是指地基在建筑物等其它荷載作用下，地基變形穩(wěn)定后的基礎(chǔ)底面的平均沉降量。3.2 地基最終沉降量計算2.地基沉降的原因：外因：主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。（宏觀分析）內(nèi)因：土的三相組成。（微觀分析）一、概述14（墨西哥城）地基的沉降及不均勻沉降1516171819計算方法： 分層總和法（道路工程）規(guī)范法（建筑工程）20 二、分層總和法計算最終沉降基本假定計算公式平均沉降量

5、為基礎(chǔ)中點下各層沉降量之和。壓縮變形只在豎向發(fā)生； （分層總和） 21第i層 地基土分層：計算步驟 自重應(yīng)力計算： 附加應(yīng)力計算：Fd 0.4b 或 12m，及土層分界面、地下水位面第二層第一層22 確定計算深度： 計算分層壓縮量： 總沉降量計算：沉降計算深度Fd23如圖墻下條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬度b=2.0m，F(xiàn)=100kN/m，地基土層室內(nèi)壓縮試驗成果見下表，用分層總和法求基礎(chǔ)中點的沉降量。例題：P(kPa)050100200300 粘土 e0.6510.6250.6080.5870.570 粉質(zhì)粘土 e0.9780.8890.8550.8090.773地基土層的e-p曲線數(shù)據(jù)粘土粉質(zhì)粘土1.2

6、m0.6m2.4mF=100kN/m2.0m24粘土粉質(zhì)粘土地基土分層自重應(yīng)力計算附加應(yīng)力計算確定計算深度計算分層壓縮量總沉降量計算F=100kN/m1.2m0.6m2.4m0.85=4.0m0.6m52.9kPa0123456721.136.442.949.556.062.368.831.7(kPa)52.949.340.029.022.217.814.812.7(kPa)計算步驟地基土層的e-p曲線數(shù)據(jù)2.0m（以第二層為例）25分層點深度(m)自重應(yīng)力(kPa)附加應(yīng)力(kPa)層厚(m) 自重應(yīng)力平均值(kPa)附加應(yīng)力平均值(kPa)總應(yīng)力平均值(kPa)受壓前孔隙比受壓后孔隙比分層

7、壓縮量(mm)0021.152.910.631.749.50.626.451.277.60.6370.6167.721.236.440.00.634.144.878.90.6330.6156.632.042.929.00.839.734.574.20.9010.87311.842.849.522.20.846.225.671.80.8960.8749.353.656.017.80.852.820.072.80.8870.8745.564.462.314.80.859.216.375.50.8830.8724.775.268.812.70.865.613.879.40.8780.8693.8分層

8、總和法沉降計算表26 地基土分層：分層總和計算步驟 自重應(yīng)力計算： 附加應(yīng)力計算： 0.4b 或 12m，及土層分界面、地下水位面 確定計算深度： 計算分層壓縮量： 總沉降量計算：27 三、應(yīng)力面積法計算最終沉降理論基礎(chǔ)dF基本公式推28沉降計算深度Fd平均附加應(yīng)力系數(shù) ,見52 表3-229 基底附加應(yīng)力計算：計算步驟 確定平均附加應(yīng)力系數(shù)： 分層沉降計算： 沉降計算深度確定：為 深度范圍的壓縮量查表 總沉降量計算： 確定沉降計算經(jīng)驗系數(shù)：查表30例題：F=1800kN1.5m2.4m3.2m1.8m0.6m粘土粉土淤泥質(zhì)粘土粉土如圖，基礎(chǔ)底面尺寸為4.83.2m2，F(xiàn)=1800kN，地基土

9、層分層及各層土側(cè)限壓縮模量見圖中數(shù)據(jù)，用應(yīng)力面積法求基礎(chǔ)中點的沉降量。fk=200kPa。 基底附加應(yīng)力計算：確定平均附加應(yīng)力系數(shù)分層沉降計算解：31F=1800kN1.5m2.4m3.2m1.8m0.6m粘土粉土淤泥質(zhì)粘土粉土0.02.45.67.48.01.51.51.51.51.5123.41.36.200.0673.4560.4320122.15.36.200.2713.3890.4580116.850.52.601.0943.1180.556866.366.32.0242.0240.84320.0001.00005.04.63.51.50.0沉降計算深度確定：3.66320.02.4

10、5.67.48.01.51.51.51.51.5123.41.36.200.0673.4560.4320122.15.36.200.2713.3890.4580116.850.52.601.0943.1180.556866.366.33.662.0242.0240.84320.0001.00005.04.63.51.50.0沉降計算深度確定：確定沉降計算經(jīng)驗系數(shù)： 總沉降量計算：33 四、分層總和法與應(yīng)力面積法的比較所以，應(yīng)力面積法是一種簡化并經(jīng)過修正的分層總和法，是規(guī)范規(guī)定的計算地基最終沉降量的方法。34小結(jié) 分層總和法計算公式及實際應(yīng)用 應(yīng)力面積法計算公式及實際應(yīng)用35 四、分層總和法與應(yīng)

11、力面積法的比較所以，應(yīng)力面積法是一種簡化并經(jīng)過修正的分層總和法，是規(guī)范規(guī)定的計算地基最終沉降量的方法。36 基底附加應(yīng)力計算：應(yīng)力面積法計算步驟 確定平均附加應(yīng)力系數(shù)： 分層沉降計算： 沉降計算深度確定：為 深度范圍的壓縮量查表 總沉降量計算： 確定沉降計算經(jīng)驗系數(shù)：查表373.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基的變形不是瞬時完成的，地基變形隨時間增長而增大的現(xiàn)象稱為固結(jié)。在工程設(shè)計中，除了要知道地基最終沉降量外，往往還需要知道沉降隨時間的變化過程即沉降與時間的關(guān)系。38一、飽和土的有效應(yīng)力原理 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：39 1、飽和土體滲流固結(jié)過程 二、土的單向固結(jié)理

12、論40412、兩種應(yīng)力在深度上隨時間的分布423、不同排水條件下一維滲流固結(jié)過程單面排水雙面排水43 4、土的單向固結(jié)理論太沙基一維固結(jié)理論基本假定：（1）土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，服從達西定律；（2）土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)為常數(shù)；（3）土顆粒和土中水都是不可壓縮的；適用條件：荷載面積遠大于壓縮土層的厚度，地基中孔隙水主要沿豎向滲流。（4）土是完全飽和的均質(zhì)、各向同性體；（5）外荷是一次瞬時施加。44單元體的滲流連續(xù)條件單向固結(jié)微分方程k滲透系數(shù)a壓縮系數(shù)e天然孔隙比豎向固結(jié)系數(shù)單元體的滲流條件單元體的變形條件初始條件和邊界條件如下:t = 0和 0 z H 時, u =u0=p0 t 和 z

13、 = 0 時, u = 00 t 和 z = H 時, t = 和 0 z H 時, u=0455、固結(jié)度（2）計算公式（地基中附加應(yīng)力上下均勻分布） （1）定義：平均固結(jié)度4647當(dāng)壓縮應(yīng)力分布與排水條件都相同時，達到同一固結(jié)度所需時間之比等于排水距離H的平方之比。48情況1：基礎(chǔ)底面積很大而壓縮土層較薄。情況2：大面積沖填土層，由于自重應(yīng)力而產(chǎn)生固結(jié)。情況3：基礎(chǔ)底面積較小，在壓縮土層底面的附加應(yīng)力已接近零。情況4：相當(dāng)于地基在自重作用下尚未固結(jié)完成就在上面修建建筑物基礎(chǔ)。情況5：與情況3相似，但相當(dāng)于在壓縮土層底面的附加應(yīng)力還不接近于零。情況4和情況5的固結(jié)度Ut4、 Ut5 可以根據(jù)土層平均固結(jié)度的物理概念，利用情況1、2、3的Ut Tv關(guān)系推求。6. 起始超靜水壓力分布49三、地基沉降與時間關(guān)系計算步驟1）計算地基最終沉降量；2）計算地基附加應(yīng)力沿深度的分布；3）計算土層的豎向固結(jié)系數(shù)和時間因子，確定固結(jié)度；4）求解地基固結(jié)過程中某一時刻t沉降量。50已知下圖中粘土層初始孔隙比0.8,壓縮系數(shù)0.25MPa-1，滲透