地基土的變形

地基土的變形基本內(nèi)容：

這是本課程的重點。在學(xué)習(xí)土的壓縮性指標(biāo)確定方法的基礎(chǔ)上，掌握地基最終沉降量計算原理和地基固結(jié)問題的分析計算方法。學(xué)習(xí)要求：

◆掌握土的壓縮性與壓縮性指標(biāo)確定方法；

◆掌握地基最終沉降量計算方法；

熟悉不同應(yīng)力歷史條件的沉降計算方法；

掌握太沙基一維固結(jié)理論；

掌握地基沉降隨時間變化規(guī)律。概述…1如果在地基上修建建筑物，地基土內(nèi)各點不僅要承受土體本身的自重應(yīng)力，而且要承擔(dān)由建筑物通過基礎(chǔ)傳遞給地基的荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用，這都將導(dǎo)致地基土體的變形。土體變形可分為：體積變形和形狀變形。本章只討論由正應(yīng)力引起的體積變形，即由于外荷載導(dǎo)致地基內(nèi)正應(yīng)力增加，使得土體體積縮小。在附加應(yīng)力作用下，地基土將產(chǎn)生體積縮小，從而引起建筑物基礎(chǔ)的豎直方向的位移（或下沉）稱為沉降。

為什么研究沉降？基礎(chǔ)的沉降量或者各部位的沉降差過大，那么將影響上部建筑物的正常使用，甚至?xí)＜敖ㄖ锏陌踩?。概述?地基土層發(fā)生變形的主要因素內(nèi)因：土具有壓縮性外因：主要是建筑物荷載的作用建筑物荷載作用，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)生震沉溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉固相礦物本身壓縮土中液相水的壓縮土中孔隙的壓縮在外力作用下，土顆粒重新排列，土體體積縮小的現(xiàn)象稱為壓縮。通常，均認(rèn)為土體壓縮完全是由于土中孔隙體積減小的結(jié)果。土的壓縮隨時間增長的過程稱為土的固結(jié)。概述…3即在自重應(yīng)力或附加應(yīng)力作用下，地基土要產(chǎn)生附加變形，包括體積變形和形狀變形。對于土來說，體積變形通常表現(xiàn)為體積縮小。我們把這種在外力作用下土體積縮小得特性稱為土的壓縮性。

土的壓縮性主要有兩個特點：

☆土的壓縮性主要是由于孔隙體積減少而引起的；

☆由于孔隙水的排出而引起的壓縮對于飽和粘土來說需要時間，將土的壓縮隨時間增長的過程稱為土的固結(jié)。

在建筑物荷載作用下，地基土主要由于壓縮而引起的豎直方向的位移稱為沉降。研究建筑物沉降包含兩方面的內(nèi)容：

☆絕對沉降量的大小，亦即最終沉降；

☆沉降與時間的關(guān)系，主要介紹太沙基的一維固結(jié)理論。土的壓縮性…1土的壓縮試驗與壓縮性指標(biāo)土體的變形計算，需要取得土的壓縮性指標(biāo)，可以通過室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗和現(xiàn)場原位試驗得到。

室內(nèi)壓縮試驗亦稱固結(jié)試驗，是研究土壓縮性最基本的方法。

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，并繪制成p-s曲線，即獲得地基土載荷試驗的結(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。側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗亦稱固結(jié)試驗。所謂側(cè)限，就是使土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無側(cè)向變形。室內(nèi)壓縮試驗采用的試驗裝置為壓縮儀(下圖)。試驗時將切有土樣的環(huán)刀置于剛性護(hù)環(huán)中，由于金屬環(huán)刀及剛性護(hù)環(huán)的限制，使得土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無側(cè)向變形。在土樣上下放置的透水石是土樣受壓后排出孔隙水的兩個界面。壓縮過程中豎向壓力通過剛性板施加給土樣，土樣產(chǎn)生的壓縮量可通過百分表量測。常規(guī)壓縮試驗通過逐級加荷進(jìn)行試驗，常用的分級加荷量p為：50，100，200，300，400kPa。土的壓縮是由于孔隙體積減小，所以土的變形常用孔隙比e表示。

側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力特點:土的壓縮性…2土的壓縮性…3單向固結(jié)試驗或側(cè)限固結(jié)試驗土的壓縮性…4單向固結(jié)試驗或側(cè)限固結(jié)試驗土的壓縮變形常用孔隙比e的變化來表示。根據(jù)固結(jié)試驗的結(jié)果可建立壓力p與相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系曲線，稱為土的壓縮曲線。壓縮曲線可以按兩種方式繪制，一種是按普通直角坐標(biāo)繪制的e~p曲線；另一種是用半對數(shù)直角坐標(biāo)繪制的e~lgp曲線。同一種土的孔隙比并不是固定不變的，所謂的穩(wěn)定也只是指附加應(yīng)力完全轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力而言的。土的壓縮性…5設(shè)土粒體積Vs=1,由三相圖(教材圖3-2)可得:施加壓力p前試件中的固體體積Vs:

e0為土的初始孔隙比施加p后

因此各級壓力p←→壓縮量s←→孔隙比e→e～p曲線(壓縮曲線)

土的壓縮性…6e-p曲線確定壓縮系數(shù)e-logp曲線確定壓縮指數(shù)土的壓縮性…7壓縮指標(biāo)反映土的壓縮性的指標(biāo)主要有壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓縮模量和變形模量、體積壓縮系數(shù)。

壓縮系數(shù)：曲線上任意兩點割線的斜率。可表示為：式中，負(fù)號表示隨著壓力p的增加，e逐漸減少。壓縮性不同的土，其壓縮曲線的形狀是不一樣的。曲線愈陡，說明隨著壓力的增加，土孔隙比的減小愈顯著，因而土的壓縮性愈高。工程上，自重應(yīng)力p1增加到外荷作用土中應(yīng)力p2(自重與附加應(yīng)力之和)土的壓縮性…8

壓縮指數(shù)：土的固結(jié)試驗的結(jié)果也可以繪在半對數(shù)坐標(biāo)上，即坐標(biāo)橫軸p用對數(shù)坐標(biāo)，而縱軸e用普通坐標(biāo)，由此得到的壓縮曲線稱為e~lgp曲線。在較高的壓力范圍內(nèi)，e~lgp曲線近似地為一直線，可用直線的坡度——壓縮指數(shù)Cc來表示土的壓縮性高低，即

Cc是無量綱系數(shù)，同壓縮系數(shù)a一樣，壓縮指數(shù)Cc值越大，土的壓縮性越高。雖然壓縮系數(shù)a和壓縮指數(shù)Cc都是反映土的壓縮性指標(biāo)，但兩者有所不同。前者隨所取的初始壓力及壓力增量的大小而異，而后者在較高的壓力范圍內(nèi)卻是常量，不隨壓力而變。

土的壓縮性…9為了便于應(yīng)用和比較，通常采用壓力由p1＝100kPa增加到p2＝200kPa時所得的壓縮系數(shù)a1-2來評定土的壓縮性：

工程中，為減少土的孔隙比，從而達(dá)到加固土體的目的,常采用砂樁擠密、重錘夯實、灌漿加固等方法

a1-2

<0.1MPa-1時，低壓縮性土0.1≤a1-2

<0.5MPa-1時，中壓縮性土

a1-2≥0.5MPa-1時，高壓縮性土

Cc

<0.2時，低壓縮性土

Cc≥0.4時，高壓縮性土土的壓縮性…10壓縮模量：土體在完全側(cè)限的條件下，豎向應(yīng)力增量與豎向應(yīng)變增量的比值。

Es的倒數(shù)成為土的體積壓縮系數(shù)mv，它表示單位壓應(yīng)力變化引起的單位體積變化(MPa-1)。

Es

>15MPa時，低壓縮性土15≥Es

>4MPa時，中壓縮性土

Es<4MPa時，高壓縮性土土的壓縮性…11回彈曲線和再壓縮曲線壓縮曲線特征：

卸荷時，試樣bc回彈，可見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。

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。

再加荷時的壓力超過b點，再壓縮曲線就趨于初始壓縮曲線的延長線。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、粘、塑性。土的壓縮性…12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(yīng)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(jié)果。

1－承壓板2－千斤頂3－百分表4－平臺5－支墩6－堆載地基土現(xiàn)場載荷試驗圖土的壓縮性…13土的變形模量：土體在無側(cè)向約束條件下，豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變的比值。豎向應(yīng)變中包括彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變，稱之為變形模量。

變形模量與壓縮模量之間的關(guān)系:變形模量可以由現(xiàn)場靜荷載試驗或旁壓試驗測定。為沉降影響系數(shù)。分別證明如下土的壓縮性…14布辛奈斯克解z=0，即地基表面沉降值局部荷載p0(,)作用下M(x,y)點的沉降s均布荷載土的壓縮性…15壓縮模量定義豎向應(yīng)變?nèi)蚴芰η闆r下的應(yīng)變側(cè)限條件下，的應(yīng)變比較即得土的類型變形模量(kPa)土的類型變形模量(kPa)泥炭100~500松砂10000~20000塑性粘土500~4000密實砂50000~80000硬塑粘土4000~8000密實砂礫石100000~200000較硬粘土8000~15000土的直壓縮劉性…1淘6基礎(chǔ)怒最終慕沉降盟量計只算…輕1定義地基偏土層乒在建琴筑物房誠荷載阿作用沸下，譽(yù)不斷獵產(chǎn)生芬壓縮儀，直葉至壓醫(yī)縮穩(wěn)半定后荒地基表面藍(lán)的沉壯降量消稱為遙地基誦的最持終沉挺降量費(fèi)。原因其外濁因主貧要是咬建筑荒物荷跌載在腥地基鋪中產(chǎn)虧生附桑加應(yīng)海力；廉內(nèi)因察是土念的碎勿散性，孔虛隙發(fā)網(wǎng)生壓群縮變乏形，指引起屠地基廢沉降暖。目的判斷恭地基存變形霜值是遭否超雷出允俯許的輔范圍玻，以夏便在孫建筑脹物設(shè)務(wù)計時那，采拋取相應(yīng)的培工程蔥措施六，保羽證建殺筑物敬的正銜常使貪用。方法有關(guān)寧地基連沉降仙量的監(jiān)方法任很多傍，工洗業(yè)與的民用此建筑松中常斷見的批有分層放總和轉(zhuǎn)法和《名規(guī)范筋》法屬，還偽有彈搞性理蓄論法懂和數(shù)遮值計詳算法筋。分層貪總和球法簡剩介工程唱上計凍算地牌基的游沉降篇時，啦在地伍基可終能產(chǎn)饞生壓瞞縮的符土層撈深度若內(nèi)，趣按土的特蝕性和小應(yīng)力板狀態(tài)芹的變困化將繳地基杯分為機(jī)若干繳(n柴)層校，假異定每規(guī)一分正層土您質(zhì)均忍勻且應(yīng)力借沿厚攻度均狹勻分摔布，看然后揮對每飼一分和層分艦別計繞算其竿壓縮炎量si，最殼后將鏡各分層的液壓縮羽量總蒙和起飲來，葬即得獎地基箭表面下的最搬終沉應(yīng)降量s，這氣種方偶法稱職為分認(rèn)層總和法疤。分層印總和抬法的脂基本盯思路楚是：掃將壓呈縮層范垂圍內(nèi)喂地基照分層燦，計房誠算每頓一分落層的虧壓縮量程，然喬后累卷加得近總沉券降量候。分層科總和搭法有衫兩種陪基本深方法鈔：e~刮p曲線漸法和e脅～l繳gp辱曲線海法。基礎(chǔ)命最終究沉降慢量計圖算…2基礎(chǔ)獲最終以沉降享量計櫻算…餅3計算縱原理一般撐取基竟底中逝心點鋪下地崖基附錯加應(yīng)劈燕力來愚計算財各分樸層土梨的豎挑向壓通縮量頓，認(rèn)為基聲礎(chǔ)的輕平均利沉降激量s為各提分層高上豎肌向壓獅縮量Dsi之和轉(zhuǎn)，即幾點吉假設(shè)地基斜土為用一均勻的、等向的半無仁限空請間彈性惹體；殺計算震部位拼為基礎(chǔ)柳中心點O下妥土柱究所受碼附加醒應(yīng)力sz進(jìn)行漫計算腦；地購基土環(huán)的變挺形條脂件為側(cè)限俘條件；計算深記度因炕工程礦上附稻加應(yīng)泉力擴(kuò)撞散隨偵深度羽而減雖少，喜計算殼到某耳一深壁度（道受壓舒層）即可眉。分層訓(xùn)總和秒法是形目前創(chuàng)最常銜用的杜地基另沉降鞠計算胡方法計算鴉步驟1、媽繪制毯基礎(chǔ)重中心谷下地洲基的傷自重陸應(yīng)力下、附執(zhí)加應(yīng)虜力分晉布曲市線，擠求2、糖確定惜沉降難計算沒深度傭（壓蕩縮下存限深燙度）如壓期縮下拍限下批部還裝有更解軟的畢土層匙，則計凍算至壁該土蚊層底軟面為愚止；如壓俱縮層芝內(nèi)部積有基痕巖，懂則受遷壓層深度珠計算玻至新昏鮮巖酷土為左為止；3、船分層濤厚度永的確栽定，天頌然土家層交紐奉界面及地胸下水尊面為孫特定肅的分拴界面曬。一般重土軟已土基礎(chǔ)岔最終炒沉降爸量計宇算…補(bǔ)4基礎(chǔ)機(jī)最終侄沉降金量計微算…出54、啞計算播分層源沉降池量si5、怖最終夏變形臨量查e疤～p停曲線計算徒中的仿幾個姥問題1、對有相含鄰荷畜載作唉用時租，應(yīng)皆將相若臨荷打載引允起的造附加適應(yīng)力西疊加篩到基當(dāng)?shù)A自兵身引蝴起的附處加應(yīng)秋力中辟去；2、眠有相篇鄰荷銀載時翻，我勸國《希建筑半地基蔑基礎(chǔ)李設(shè)計育規(guī)范咳》規(guī)厲定采鵝用下玩式確警定沉鈴降計算熱深度陷：式中伯，溉—由具計算患深度眠向上槽取厚炕度為漏的偶土層敘沉降古計算沈值；s—計搞算深爺度范喚圍內(nèi)矛各個逃分層素土的歌沉降策計算恩值的芬總和聽。具體巴應(yīng)用丑時采宣用試?yán)惴ㄕ?，先蜂假定桐一個讓沉降籃計算謎深度zn基礎(chǔ)薪最終辱沉降酷量計慘算…6【例痛題】承有一昏矩形艙基礎(chǔ)晃放置看在均泄質(zhì)粘毅土層惕上，暢如圖胖所示決?；虻A(chǔ)長志度L協(xié)=1偉0m鋒，寬潑度B休=5宏m，看埋置趨深度嘴D=斧1.食5m百，其悼上作滴用著吳中心辜荷載艘P=饑10隨00境0k緒N。段地基幟土的盲重度丙為2激0k算N/稀m3，飽呆和重研度2四1kN睜/m郊3，土的泛壓縮恒曲線蕩如圖盲（b陳）所自示。哲若地娘下水悠位距婚基底配2.持5m壓，試竟求基膀礎(chǔ)中溪心點夏的沉仁降量竭。例題…1【解尊】（熱1）役由L好/B癢=1妹0/分5=錄2<劫10腿可知溜，屬砍于空斯間問息題，狀且為亞中心椅荷載刃，所養(yǎng)以基肥底壓雜力為基底頁凈壓鄭力為（2老）因容為是竿均質(zhì)柳土，效且地艷下水善位在冷基底扇以下涉2.教5m雅處，股取分渴層厚搬度2存.5師m（3古）求排各分織層面妥的自抄重應(yīng)潑力（腳注意雅：從漲地面位算起續(xù)）并波繪分唇布曲開線見野圖（篩a）例題…2（4辣）求巷各分赴層面箏的豎露向附禮加應(yīng)俗力并竄繪分醋布曲券線見鄭圖(氣a)難。該