結(jié)構(gòu)性軟土沉降計算-浙江大學(xué)

高等基礎(chǔ)工程學(xué)陳仁朋浙江大學(xué)巖土工程研究所

一、緒論

二、土的基本特性

三、沉降

四、承載力

五、基坑工程

六、樁基工程

七、地基處理目錄一、緒論

二、土的基本特性

三、沉降

四、承載力

五、基坑工程

六、樁基工程

七、地基處理目錄三、沉降

3.1概述3.2地基中的應(yīng)力3.3沉降組成3.4沉降隨時間變化3.5土體壓縮性指標(biāo)確定3.1概述沉降原因：（1）地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力；（2）土體具有壓縮性3.1概述種類：總沉降，不均勻沉降，傾斜，局部傾斜危害：（1）影響使用功能；（2）引起結(jié)構(gòu)開裂不同建（構(gòu)）筑物對沉降要求不同

D<[D]地下水位降低引起建筑物附加沉降地下水位降低引起地基有效應(yīng)力增加，產(chǎn)生沉降例如：水位下降2m，引起地基有效應(yīng)力增加20kPa，相當(dāng)于地面堆載1m鄰近建筑物荷載引起既有建筑不均勻沉降膨脹性土的影響土體中粘粒含量多土體性質(zhì)受含水量影響大塑性指數(shù)和液限指數(shù)大膨潤土的微結(jié)構(gòu)及雙電層p3.2地基中的應(yīng)力自重應(yīng)力：土體自重引起的應(yīng)力，通過骨架傳遞附加應(yīng)力：外荷載作用所引起的應(yīng)力，如基礎(chǔ)荷載施工應(yīng)力：施工擾動引起的應(yīng)力，如打樁擠土等Az基巖h預(yù)制樁pBoussinesq解和Mindlin解（單相介質(zhì)）豎向集中力下的地基附加應(yīng)力

作用于地基表面（Boussinesq解）

作用于地基內(nèi)部（Mindlin解）

地基表面作用集中力示意圖OzrQ(r,z)

P地基表面作用集中力示意圖rzQ(r,z)PO豎向應(yīng)力分布等值線（a）條形荷載（b）方形荷載豎向應(yīng)力分布規(guī)律飽和土介質(zhì)（兩相介質(zhì)）點荷載作用下初始有效應(yīng)力，初始孔壓及位移解飽和土中條形荷載下初始解條形荷載作用下的初值解式中：

飽和土中條形荷載下初始應(yīng)力和孔壓分布超靜孔隙水壓力豎向有效應(yīng)力初始孔壓和有效應(yīng)力沿深度分布X=0X=1/2B實例分析—高速公路拓寬工程填土4m，拓寬路堤4.5m，原路堤13m超靜孔隙水壓力豎向有效應(yīng)力既有道路拓寬道路初始附加有效應(yīng)力決定瞬時沉降初始孔壓決定固結(jié)沉降根據(jù)初始附加有效應(yīng)力和孔壓分布確定地基處理的范圍3.3地基沉降組成瞬時沉降

(Ss)

不排水條件下，地基土體側(cè)向變形形成的沉降主固結(jié)沉降(Sc) 孔壓消散，有效應(yīng)力增加，地基固結(jié)產(chǎn)生的沉降次固結(jié)沉降(Ss)

土骨架上有效應(yīng)力不變情況下，土體蠕變引起的沉降飽和地基瞬時沉降(Ss)彈性地基瞬時沉降瞬時沉降是由于加荷瞬時地基中的附加有效應(yīng)力產(chǎn)生的。要計算瞬時沉降，只需對有效應(yīng)力引起的豎向應(yīng)變積分即可。傳統(tǒng)矩形面積或圓形面積荷載算法：條形面積荷載算法：式中：條形荷載作用下的瞬時沉降軟土的壓縮性土的結(jié)構(gòu)性是指土顆粒在長期沉積過程中形成的物理和化學(xué)膠結(jié)作用。成因：風(fēng)化、淋洗、卸荷、次固結(jié)及離子反應(yīng)等因素。由于成因的不同，結(jié)構(gòu)性的強弱程度及其穩(wěn)定性也有所差異。絕大多數(shù)的天然沉積土都具有一定程度的結(jié)構(gòu)性。軟粘土的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗固結(jié)壓縮試驗 三軸固結(jié)排水試驗 現(xiàn)場十字板試驗鉆孔取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗的過程鉆孔 取樣儲藏 推土 制樣 試驗正常固結(jié)粘土取樣后的應(yīng)力路徑固結(jié)壓縮試驗初始孔隙比：薄壁土樣1.9，普通土樣1.7薄壁土樣存在明顯的屈服點固結(jié)試驗固結(jié)系數(shù)：原狀土是擾動土的5～15倍。室內(nèi)三軸固結(jié)排水試驗軟土結(jié)構(gòu)性：主應(yīng)力差達(dá)峰值結(jié)構(gòu)破壞殘余應(yīng)力十字板試驗塑料排水板施工導(dǎo)致土體強度平均降低45%根據(jù)柱孔擴張理論計算得到施打排水板引起地基處理區(qū)的擾動程度約為30%左右日本學(xué)者奧村指出土體的結(jié)構(gòu)受到擾動破壞短期內(nèi)很難恢復(fù)的Akagi(1981)試驗分析了砂井施工擾動對土體十字板強度的影響，指出砂井施工擾動程度為20%~40%，國內(nèi)學(xué)者的工程實測數(shù)據(jù)也證實了這一點擾動及其對沉降的影響，——分別為擾動前后的十字板剪切峰值強度——重塑土的十字板剪切峰值強度

土體結(jié)構(gòu)擾動程度的評價方法——擾動度

擾動程度越大，壓縮曲線越向下移不同擾動程度的土體，其壓縮曲線最終交于

0.42e0點軟土壓縮曲線的校正方法—Schmertmann（1955）方法軟土壓縮曲線的校正方法—Schmertmann（1955）方法軟土壓縮曲線的校正方法——Nagaraj(1990)方法沒有表現(xiàn)土的結(jié)構(gòu)性變化過程試驗要求的固結(jié)壓力過大，很難實現(xiàn)，且校正曲線不便于工程應(yīng)用重塑土樣薄壁土樣CDE校正曲線AB壓縮曲線由四段組成1.水平段（AB）；2.彈性壓縮段(BC)；3.結(jié)構(gòu)破壞突降段（CD）；4.重塑壓縮段(DE)，最終交于0.42e0點。結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力比結(jié)構(gòu)性軟土壓縮曲線校正結(jié)構(gòu)性強的軟土采用四折線法壓縮曲線由三段組成

1：水平段（AB）2：彈性壓縮段(BC)3：重塑壓縮段(CE)，最終交于0.42e0點。結(jié)構(gòu)性弱的軟土采用三折線法ABC(D)E結(jié)構(gòu)性軟土壓縮曲線校正結(jié)構(gòu)性軟土地基沉降計算方法擾動土的壓縮曲線擾動土的結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力與表觀自重應(yīng)力擾動產(chǎn)生附加沉降示意圖

擾動土地基的沉降及附加沉降計算溫州電廠2#堆煤場中心點沉降計算和實測結(jié)果上覆壓力(kPa)3676106136156①考慮結(jié)構(gòu)性沉降算法(原狀土,擾動度=0%)0.2930.7951.211.621.87②考慮結(jié)構(gòu)性沉降算法(擾動土,擾動度30%)0.5881.301.722.092.316③附加沉降理論預(yù)測值

=②-①0.2950.5050.510.470.446④按Es法計算（不修正）

1.76⑤實測沉降

=沉降值/此時固結(jié)度0.5/0.9=0.556

1.686/0.8=2.11擾動使豎井區(qū)地基的總沉降增大擾動及其對沉降的影響次固結(jié)沉降(Ss)3.3地基沉降組成瞬時沉降

(Ss)

不排水條件下，地基土體側(cè)向變形形成的沉降主固結(jié)沉降(Sc) 孔壓消散，有效應(yīng)力增加，地基固結(jié)產(chǎn)生的沉降次固結(jié)沉降(Ss)

土骨架上有效應(yīng)力不變情況下，土體蠕變引起的沉降總沉降：S=Ss+Sc+Ss固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降與時間有關(guān)3.4沉降隨時間的變化（固結(jié)理論，Sc）有效應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力時，結(jié)構(gòu)性軟土的固結(jié)系數(shù)基本為一常數(shù)；當(dāng)有效應(yīng)力接近屈服應(yīng)力時，固結(jié)系數(shù)迅速降低；當(dāng)有效應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力時，固結(jié)系數(shù)又趨于一常數(shù)。結(jié)構(gòu)性軟土大面積荷載一維固結(jié)理論結(jié)構(gòu)破壞結(jié)構(gòu)未破壞Z0Zm底面不排水固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)簡化模型和Terzaghi固結(jié)理論比較地基有效應(yīng)力隨時間變化地基中的孔壓及其消散T＝3年t＝10年結(jié)構(gòu)性軟土砂井地基固結(jié)理論徑向和豎向組合排水條件下，地基中平均超靜孔隙水壓力分布當(dāng)；取結(jié)構(gòu)性軟土砂井地基固結(jié)理論設(shè)和分別為土體達(dá)到其結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力時的臨界固結(jié)度和臨界固結(jié)時間，則

當(dāng)：①ott￡,pctzoPUss￡+，1hhCC=，1vvCC=

)1)(1(1vthttUUU---=，21)(8deDFCBhr+=，tHCTvv21=

②ott>,pctzoPUss>+，2hhCC=，2vvCC=

22111||hhvvhhvvoCCCCtCCCCtUU=====

dtdtdUUUohhvvottttCCCCttò-+==+=1122|=)(1otttU-+

結(jié)構(gòu)性軟土砂井地基固結(jié)理論結(jié)構(gòu)性軟土砂井地基固結(jié)算例分析土結(jié)構(gòu)性對砂井地基固結(jié)性狀的影響明顯，不容忽略，在固結(jié)過程中可以根據(jù)土結(jié)構(gòu)性和加載條件對一定深度范圍內(nèi)的土體固結(jié)速率加以控制，使一定深度范圍內(nèi)土體在短期內(nèi)達(dá)到較大的強度增長，起到調(diào)控地基承載力和穩(wěn)定性的作用，某深度土體的固結(jié)速率可依據(jù)公式進(jìn)行加載控制。隨著加載時間的延長，近地面處固結(jié)沉降漸趨于結(jié)束，沉降量減少，而下臥層固結(jié)還在持續(xù)發(fā)展，后期沉降中下臥層壓縮將占較大比例。因此，準(zhǔn)確預(yù)測下臥層的沉降發(fā)展規(guī)律，對以變形控制的深厚軟基處理（尤其未打穿處理情況）具有重要的意義。工后沉降施工結(jié)束后未完成的沉降包括：部分主固結(jié)沉降和大部分次固結(jié)沉降工后沉降Spost＝（1－Ut)Sc+SsUt：施工期結(jié)束時地基的固結(jié)度3.5土體壓縮性指標(biāo)Keywords:clay,undrainedshearstrength,normallyconsolidated,overconsolidatedCPT確定土體壓縮模量Keywords