土的壓縮性與地基沉降計算資料

土的壓縮性與地基沉降計算資料第一頁，共37頁。第三章土的壓縮性與

地基沉降計算§3.1土的壓縮性§3.2地基最終沉降量§3.3建筑物沉降觀測與地基容許變形第二頁，共37頁。荷載作用下土體的壓縮性;土的壓縮試驗和固結試驗;地基最終沉降量的計算;土的變形與時間關系(一維固結理論)。主要內容:重點：土的壓縮性和壓縮性指標的確定;用分層總和法和規(guī)范法計算基礎沉降的;了解固結原理和固結隨時間變化的概念.第三頁，共37頁。土具有壓縮性荷載作用地基發(fā)生沉降荷載大小土的壓縮特性地基厚度均勻沉降（沉降量）不均勻沉降（沉降差）建筑物上部結構產生附加應力影響結構物的安全和正常使用概述土的特點（碎散、三相）沉降具有時間效應－沉降速率第四頁，共37頁。工程實例問題：沉降2.2米，且左右兩部分存在明顯的沉降差。左側建筑物于1969年加固。墨西哥某宮殿左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土第五頁，共37頁。美國雙子大廈受外力撞擊建筑物傾斜。第六頁，共37頁?！?.1土的壓縮性土壓縮的原因固體土顆粒本身被壓縮土空隙中水及封閉氣體被壓縮水和氣體從孔隙中被擠出土體在壓力作用下體積減小的特性稱為土的壓縮性1、壓縮性一、基本概念第七頁，共37頁。2、固結與固結度

作用于飽和土體內某截面上總的正應力s由兩部分組成：一部分為孔隙水壓力u，它沿著各個方向均勻作用于土顆粒上，其中由孔隙水自重引起的稱為靜水壓力，由附加應力引起的稱為超靜孔隙水壓力（孔隙水壓力）；另一部分為有效應力σ’，它作用于土的骨架（土顆粒）上，其中由土粒自重引起的即為土的自重應力，由附加應力引起的稱為附加有效應力。飽和土中總應力與孔隙水壓力、有效應力之間存在如下關系：（1）任一平面上受到的總應力等于有效應力加孔隙水壓力之和；（2）土的變形是有效應力引起的。固結：土的壓縮隨時間而增長的過程第八頁，共37頁。加荷瞬間，σ=u而σ’=0。隨著時間的增長，u下降，而σ’增長。當固結變相穩(wěn)定時，u=0而σ’=σ，由此可見飽和土壓密過程實際上是孔隙水壓力逐漸消散，有效壓力增加的過程，則飽和土完全固結。固結度ut:土的固結過程中某一時間t的固結沉降量s1與固結穩(wěn)定的最終沉降量s之比稱為固結度ut。當t=0時，st=0，則ut=0，即固結完成0%當固結穩(wěn)定時，st=s,則ut=1.0，即固結基本上達到100%完成。固結度的變化范圍為0～1，它表示在某一荷載作用下經過t時間后土體所能達到的固結程度。第九頁，共37頁。水槽內環(huán)環(huán)刀透水石試樣傳壓板百分表逐級施加荷載，至變形穩(wěn)定測定：豎向壓應力豎向變形試驗結果：二、室內壓縮試驗與壓縮性指標第十頁，共37頁。1、壓縮試驗與e-p曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vv＝e0Vs＝1h0/(1+e0)h0V’v＝eiVs＝1hi/(1+e)phisi受荷后土樣的高度變化:設初始高度h0,受壓后的高度hi,則hi=h0—si,si為每級荷載作用下的變形量土樣體積在受壓前后不變其中由于逐級（一般為6級）施加荷載在不同壓力p作用下，可得到相應的孔隙比e，根據一一對應關系，以橫座標表示壓力，以縱座標表示孔隙比，繪制e-p曲線，稱為壓縮曲線．第十一頁，共37頁。試驗過程中的兩個基本條件:受壓前后土粒體積不變和土樣橫截面面積不變。e0eppi壓縮曲線再壓縮曲線殘余變形e-p曲線壓縮曲線的繪制方式e-p曲線e-lgp曲線

回彈曲線彈性變形第十二頁，共37頁。10010000.60.70.80.9eCc11Cee-lgp曲線第十三頁，共37頁。2、壓縮性指標（MPa-1）1）、壓縮系數：一般取壓縮曲線上M1M2兩點切線的斜率值，稱為土的壓縮系數。實際工程中，往往用割線斜率表示：土的類別a1-2(MPa-1)高壓縮性土≥0.5中壓縮性土0.1～0.5低壓縮性土<0.1p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線△p△eβ《規(guī)范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa對應的壓縮系數a1-2評價土的壓縮性根據壓密定律：在豎向壓力變化不大的范圍內，孔隙比的變化量與壓力之間的變化量，二者之間的關系近似用一條直線來代替。第十四頁，共37頁。2）、壓縮指數Cc：10010000.60.70.80.9eCc11Ce壓縮指數Ce回彈指數（再壓縮指數）Ce

<<Cc，一般Ce≈0.1-0.2Cce-p曲線缺點：不能反映土的應力歷史

特點：有一段較長的直線段指標：第十五頁，共37頁。3)、壓縮模量Es：土在完全側限條件下豎向應力與相應的應變增量的比值。側限壓縮模量單位：Mpa，

Kpae1-相當于壓力p1的孔隙比：a-相當于壓力p1增加至p2時的壓縮系數土的類別ES(MPa-1)低壓縮性土≥15中壓縮性土4～15高壓縮性土≤4第十六頁，共37頁。三.土壓縮性的原位測試現(xiàn)場載荷試驗:是在工程現(xiàn)場通過千斤頂逐級對置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測記錄沉降隨時間的發(fā)展以及穩(wěn)定時的沉降量s，將上述試驗得到的各級荷載與相應的穩(wěn)定沉降量繪制成p-s曲線，即獲得了地基土載荷試驗的結果。地基土現(xiàn)場載荷試驗圖反力梁千斤頂基準梁荷載板百分表1－承壓板2－千斤頂

3－百分表

4－平臺

5－支墩

6－堆載第十七頁，共37頁。試驗加荷標準應符合下列要求：加荷等級應不小于8級，最帶加荷量不應小于設計荷載的2倍；每級加荷后，按間隔10、10、10、15、15min，以后為每30min讀一次沉降量，沉降量＜0.1mm/h認為穩(wěn)定可以加下一次荷載；除第一次，其后每次加荷，對松軟土10～25kPa，對堅硬土50kPa。憑觀測累計荷載下的沉降量s，直到達到以下狀況終止加載：荷載試驗p～S曲線oPcrPuPS1arbcs1）荷載板周圍的土有明顯基礎；2）荷載p增量很小，但沉降量s卻急劇增大：3）在某一荷載下，24h內沉降速率不能達到穩(wěn)定標準；4）沉降量與承壓板寬度或直徑之比（s/b)≥0.06。第十八頁，共37頁。§3.2地基最終沉降量的計算最終沉降量S∞：t∞時地基最終沉降穩(wěn)定以后的最大沉降量，不考慮沉降過程。不可壓縮層可壓縮層σz=pp地基表面的豎向變形，稱為地基沉降，或基礎沉降。第十九頁，共37頁。1、基本假定和基本原理理論上不夠完備，缺乏統(tǒng)一理論；單向壓縮分層總和法是一個半經驗性方法。一、地基最終沉降量分層總和法（a）假設基底壓力為線性分布，認為土質是均勻的（b）采用基礎中心點下附加應力為計算依據（c）不考慮土的側向變形，因壓縮性指標是在側限條件下測定的（d）地基最終沉降量等于各層土沉降量之和：si第i層土的沉降量第二十頁，共37頁。2、計算公式：最終沉降量：各分層沉降量：e1i———由第i層的自重應力均值從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比

e2i———由第i層的自重應力均值與附加應力均值之和從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比Esi———第i分層土的壓縮模量；σzi———第i層土上下層面所受附加應力的平均值第二十一頁，共37頁。3、計算步驟：d地面基底pp0d自重應力附加應力壓縮層下限(沉降計算深度）szizihi(b)分別計算每分層界面處的自重應力和附加應力，并畫出應力圖形(c)確定地基中壓力層厚度zn。采用應力比:(a)劃分薄層hi①不同土層界面；②地下水位標高處；③每層厚度≤0.4b(基礎寬度）；(f)計算地基最終沉降量，實際就是將各薄層土沉降量之和s=Si(d)計算每薄層土沉降量Si①一般土層：σz/σsz≤0.2；②軟粘土層：σz/σsz≤0.1

；zn第二十二頁，共37頁。二、《建筑地基基礎設計規(guī)范》方法在總結大量實踐經驗的基礎上，對分層總和法的計算結果，作必要的修正?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》（GB50007-2002）提出的一種計算方法——簡稱“規(guī)范法”。《規(guī)范》法的要點：(1)引入平均附加應力系數的概念(2)引入一個沉降計算經驗系數ψs則修正后的地基沉降量為：一般情況：軟粘土（應力集中）S偏小,Ψs>1

硬粘土（應力擴散）S偏大,Ψs<1沉降計算經驗系數第二十三頁，共37頁。1.計算原理設地基土層均質、壓縮模量不隨深度變化，則：:深度Z范圍內豎向附加應力面積A的等代值:深度Z范圍內豎向附加應力系數,，A—應力面積第二十四頁，共37頁?！兑?guī)范法》地基沉降計算簡圖：第二十五頁，共37頁。2.地基沉降計算深度（地基壓縮層厚度）對于地基的計算深度，即地基壓縮層厚度，可分兩種情況：⑵無相鄰荷載的基礎中點下:式中b-基礎寬度，適用于1m～30m范圍。⑴有相鄰荷載影響:或：在計算深度zn范圍內，第i層土的變形值：在zn處向上取厚度△z土層的計算變形值，△z按規(guī)定確定。計算層厚度△z值的選取：表3-5第二十六頁，共37頁。在計算地基變形時，應考慮相鄰荷載的影響，其值可按應力疊加原理，采用角點法計算。規(guī)范法計算基礎沉降量的步驟為：（1）計算基底附加應力；

（2）以天然土層作為分層面（即按Es分層）；

（3）確定壓縮層厚度zn，采用變形比

（4）分別計算每層土的變形量

（5）計算基礎總沉降量第二十七頁，共37頁?！纠吭嚢匆?guī)范推薦的方法計算圖所示基礎Ⅰ的最終沉降量，并考慮基礎Ⅱ的影響。已知基礎Ⅰ和Ⅱ各承受相應于準永久組合的總荷載值Q=1134KN，基礎底面尺寸b×l=2m×3m,基礎埋置身度d=2m。其他條件見圖?！窘獯稹竣?、計算基底壓力基底處總壓力基底處土的自重壓力⑵、計算壓縮層范圍內各土層壓縮量計算過程見圖表第二十八頁，共37頁。zi

(m)基礎Ⅰ基礎Ⅱ對基礎Ⅰ的影響ain=l/bm=l/baⅠin=l/bm=l/baⅡi01.501.0003.32.0002.01.520.75761.30.00420.76074.01.540.50852.70.01420.52273.71.53.70.53652.50.01300.5495zi

(m)aizi(m)aizi-ai-1zi-1(m)Esi(kPa)△si=p0(aizi-ai-1zi-1)

/Esi(mm)∑△sI(mm)△sn/∑△si002.01.5221.522829.129.14.02.0910.569108.737.83.72.0330.058100.880.023第二十九頁，共37頁。⑶、確定壓縮層下限在基底下4m深范圍內土層的總變形量，在處以上（基礎寬度b=2m，查表3-5得）厚土層變形值。故所取沉降計算深度滿足規(guī)范要求。⑷、確定沉降計算經驗系數壓縮層范圍內土層壓縮模量的平均值

查表3-3得ψs=0.9。⑸、計算基礎最終沉降量第三十頁，共37頁。三、土的沉降與時間的關系

●飽和粘性土地基在建筑物荷載作用下要經過相當長時間才能達到最終沉降，不是瞬時完成的。為了建筑物的安全與正常使用，對于一些重要或特殊的建筑物應在工程實踐和分析研究中掌握沉降與時間關系的規(guī)律性，這是因為較快的沉降速率對于建筑物有較大的危害。例如，在第四紀一般粘性土地區(qū)，一般的四、五層以上的民用建筑物的允許沉降僅10cm左右，沉降超過此值就容易產生裂縫；而沿海軟土地區(qū)，沉降的固結過程很慢，建筑物能夠適應于地基的變形。因此，類似建筑物的允許沉降量可達20cm甚至更大。

●碎石土和砂土的壓縮性小而滲透性大，在受荷后固結穩(wěn)定所需的時間很短，可以認為在外荷載施加完畢時，其固結變形就已經基本完成。飽和粘性土與粉土地基在建筑物荷載作用下需要經過相當長時間才能達到最終沉降，例如厚的飽和軟粘土層，其固結變形需要幾年甚至幾十年才能完成。因此，工程中一般只考慮粘性土和粉土的變形與時間的關系。第三十一頁，共37頁。一、建筑物沉降觀測3.3建筑物沉降觀測與地基容許變形值（1）驗證工程設計與沉降計算的正確性；（2）判別建筑物施工的質量；（3）發(fā)生事故后作為分析事故原因和加固處理依據。能夠及時發(fā)現(xiàn)建筑物變形并防止有害變形的擴大。（1）埋設地點要靠近觀測對象，但必須在建筑物所產生的壓力影響范圍以外。（2）在一個觀測區(qū)內，水準基點≥3個，埋置深度應與建筑物基礎的埋深相應。（1）根據建筑物的平面形狀，結構特點和工程地質條件考慮布置觀測點。（2）一般設置在四周的角點、轉角處、縱橫墻的中點、沉降縫和新老建筑物的連接處。（3）數量一般不小于6點，間距一般為6～12米。1.目的

2.必要性

3.水準基點的設置

4.觀測點的設置第三十二頁，共37頁。沉降觀測采用精密水準儀，觀測精度為0.01㎜。民