第二篇 土力學(xué)-4.ppt

1、土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,第四章,工程實例,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,問題： 沉降2.2米，且左右兩部分存在明顯的沉降差。左側(cè)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,Kiss,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,修建新建筑物：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,建筑物立面高差過大,建筑物過長：長高比7.6:1,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,一致沉降 （沉降量）,差異沉降 （沉降差）,建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力,影響結(jié)構(gòu)物的安全和正常

2、使用,概述,土的特點(diǎn) （碎散、三相）,沉降具有時間效應(yīng)沉降速率,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,壓縮性 測試,最終 沉降量,沉降 速率,分 層 總 和 法,Terzaghi一維固結(jié)理論,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范方法,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,（1）壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的特性叫壓縮性。 （2）土體壓縮的實質(zhì)： 試驗研究表明，固體顆粒和水的壓縮量是微不足道的，在一般壓力作用下，固體顆粒和水的壓縮量與土的總壓縮量之比非常微小，完全可忽略不計。所以土的壓縮可以看作是孔隙體積的減小。,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1 土的壓縮性,一、基本概念,（3）壓縮與時間的關(guān)系： 土的壓縮變形的快

3、慢與土的滲透性有關(guān)。在荷載作用下，透水性大的飽和無粘性土，其壓縮過程短，建筑物施工完畢時，可認(rèn)為其壓縮變形已基本完成；而透水性小的飽和粘性土，其壓縮過程所需時間長，十幾年甚至幾十年壓縮變形才穩(wěn)定。如意大利的比薩斜塔 （4）固結(jié)：土體在外力作用下，壓縮隨時間增 長的過程。 注意壓縮和固結(jié)的區(qū)別。 （5）研究土的壓縮性的試驗方法：壓縮試驗、 荷載試驗,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,一、基本概念,在施工期間，一般多層建筑物已完成了部分沉降量，其值可參考下表,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,二、側(cè)限壓縮試驗,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,固結(jié)儀,二、側(cè)限壓縮試驗

4、,水槽,內(nèi)環(huán),環(huán)刀,透水石,試樣,傳壓板,百分表,施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定 逐級加大荷載,測定： 軸向應(yīng)力 軸向變形,試驗結(jié)果：,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,底座,繪制壓縮曲線e-p,二、側(cè)限壓縮試驗,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,Vs=1,Vv=e0,Vv=ei,Vs=1,H0,Hi,Pi,e,繪制壓縮曲線e-p,二、側(cè)限壓縮試驗,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,壓縮系數(shù)，KPa-1，MPa-1,三、壓縮性指標(biāo),4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,a1-2常用作比較土的壓縮性大小,側(cè)限壓縮模量,KPa ,MPa 側(cè)限變

5、形模量,三、壓縮性指標(biāo),4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,Vs=1,Vv=e1,Vv=e2,Vs=1,H1,H2,P2,P1,e - lgP曲線,e,壓縮指數(shù),Ce,回彈指數(shù)（再壓縮指數(shù)）,Ce Cc，一般Ce0.1-0.2Cc,e-P 曲線缺點(diǎn)： 不能反映土的應(yīng)力歷史,特點(diǎn)：有一段較長的直線段,指標(biāo)：,三、壓縮性指標(biāo),4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,土 的 回 彈 曲 線,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,四、載荷試驗,反壓重物,四、載荷試驗,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,

6、靜載荷試驗的沉降曲線 (a) p-s曲線,pcr比例界限荷載，是直 線變形階段的終點(diǎn)，指地基土開始出現(xiàn)剪切破壞時的基底壓力。 pu極限荷載，是地基即將破壞時作用在基底上的壓力。,對剛性基礎(chǔ)分布荷載 p 情況，通過積分得到基礎(chǔ)的沉降公式,p,其中B承壓板邊長或直徑；沉降系數(shù)， 對剛性方形承壓板取0.88；圓形承壓板取0.79 由上式，根據(jù)載荷試驗的沉降量，可以計算出土的變形模量E0 。 取比例界限荷載pcr及相應(yīng)的沉降量s，有,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,由虎克定律:,側(cè)限條件下:,變形模量 E0 與側(cè)限變形模量 Es 之間的關(guān)系（相同的初始狀態(tài)）,由(2)得:,代入(1)

7、式得:,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,變形模量E0與壓縮模量Es的關(guān)系：,關(guān)系說明：上式只是理論上的關(guān)系。 由于土的復(fù)雜性，實際結(jié)果與理論公式 相比，硬土誤差大，軟土基本相符。,其中：,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,五、旁壓試驗,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,實質(zhì)： 在鉆孔內(nèi)施加橫向荷載試驗。 步驟： 1、鉆孔； 2、由地面水箱往可擴(kuò)充的圓柱形橡皮膜（旁壓器）注水，關(guān)閉注水閥。 3、旁壓器在鉆孔內(nèi)測試位置就位； 4、地面加壓系統(tǒng)，通過測量管(包括輔助管)對旁壓器分級加壓，從而對孔壁施加

8、橫向壓力ph。 5、記錄壓力-體積數(shù)據(jù)。,Ph-V關(guān)系曲線,V0,V,o, ,ph Puh Pcr Poh,I ： 橡膠膜撐開階段； II ：水平變形模量Eh量 測階段； III ：土體破壞階段(可 測地基的承載力)。,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.1土的壓縮性,4.2 地基的最終沉降量計算,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,z=p,p,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,一、單一土層一維壓縮問題,二、地基最終沉降量分層總和法,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,四、地基沉降計算的若干問題,4 土的變形性質(zhì)及地基

9、沉降計算,自重應(yīng)力,無限均布荷載,薄壓縮層,h0.5b,一、單一土層一維壓縮問題,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,1、計算簡圖,側(cè)限狀態(tài),z=p,p,e1,一、單一土層一維壓縮問題,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,Vs=1,Vv=e1,Vv=e2,Vs=1,H,P2,P1,壓縮前,壓縮后,以公式 為例,確定：,測定： e-p曲線,查定：,算定：,4.2 地基的最終沉降量計算,3、計算步驟,一、單一土層一維壓縮問題,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,例 題,不透水層,粘土層,如圖所示，某粘土地基上作用大面積荷載P0=100KPa，粘土層壓

10、縮系數(shù)a1-2=0.5MPa-1,初始孔隙比e1=0.7。求粘土層的最終沉降量。,例 題,不透水層,粘土層,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徑驗性方法。,4.2 地基的最終沉降量計算,二、地基最終沉降量分層總和法,（a）假設(shè)基底壓力為線性分布 （b）附加應(yīng)力用彈性理論計算 （c）只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài) （d）只計算豎向附加應(yīng)力的作用產(chǎn)生的壓縮變形，而不考慮剪應(yīng)力引起的變形； （e）只計算固結(jié)沉降，不計瞬時沉降和次固結(jié)沉降 （f）將地基分成若干層，認(rèn)為整個地基的最終沉降量為各層沉降量之和：,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,2、計算步驟,二、

11、地基最終沉降量分層總和法,情況1,不考慮地基回彈的情形： 沉降量從原基底算起； 適用于基礎(chǔ)底面積小，埋深淺，施工快。,考慮地基回彈的情形： 沉降量從回彈后的基底算起； 基礎(chǔ)底面大，埋深大，施工期長。,情況2,已知：地基各土層的壓縮曲線 原狀土壓縮曲線,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,2、計算步驟情況1,(a)計算原地基中自重應(yīng)力分布,(b)基底附加壓力p0,p0 = p - d,(c)確定地基中附加應(yīng)力z分布,自重應(yīng)力,附加應(yīng)力,(d)確定計算深度zn, 一般土層：zn=0.2 czn； 軟粘土層：zn=0.1 czn； 一般房屋基礎(chǔ)：Zn=B(2.5-0.4ln

12、B)； 基巖或不可壓縮土層。,沉降計算深度,cz從地面算起；,z從基底算起； z是由基底附加應(yīng)力 p-d 引起的,二、地基最終沉降量分層總和法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,2、計算步驟情況1,(a)計算原地基中自重應(yīng)力分布,(b)基底附加壓力p0,(c)確定地基中附加應(yīng)力z分布,(d)確定計算深度zn,(e)地基分層Hi,不同土層界面； 地下水位線； 每層厚度不宜大于0.4B或4m； z 變化明顯的土層，適當(dāng)取小。,(g) 各層沉降量疊加Si,(f)計算每層沉降量Si,czi,zi,Hi,二、地基最終沉降量分層總和法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形

13、性質(zhì)及地基沉降計算,二、地基最終沉降量分層總和法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,(f)計算每層沉降量Si,分層總和法例題,已知獨(dú)立基礎(chǔ)底面尺寸為4m 4m，其它條件如圖，地基土的壓縮試驗資料P-e表格已列出?；A(chǔ)的最終沉降用分層總和法計算，試確定計算壓縮深度zn，并算出最后一個分層的最終壓縮值。,分層總和法例題,分 層,1.2m,1.2m,1.6m,1.6m,1.6m,實際取zn為7.2m,分層總和法例題,分層總和法例題,分層總和法例題,表現(xiàn)在以天然土層進(jìn)行分層，算出每一天然土層的沉降量，從而得出理論沉降s，最后加以修正 ，地基的最終沉降量計算公式為：s= s

14、s。 每層沉降量計算采用的壓縮指標(biāo)為壓縮模量。,三、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范方法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,簡化的分層總和法,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,zi,z(i-1),附加應(yīng)力,p0,zi-1,zi,zn,5,6,3,4,1,2,zi,3,4,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,1,2,zi-1,5,6,1,2,p0,p0,zi,3,4,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,1,2,zi,z(i-

15、1),附加應(yīng)力,p0,zi-1,zi,zn,5,6,3,4,1,2,zi-1,5,6,1,2,p0,p0,各種假定導(dǎo)致 S 的誤差，如： 取中點(diǎn)下附加應(yīng)力值，使 S 偏大; 側(cè)限壓縮使計算值偏?。?地基不均勻性導(dǎo)致的誤差等。,軟粘土 S偏小, s1 硬粘土 S偏大, s1,沉降經(jīng)驗修正系數(shù),結(jié)果修正,基底壓力線性分布假設(shè) 彈性附加應(yīng)力計算 單向壓縮的假設(shè) 只計主固結(jié)沉降 原狀土現(xiàn)場取樣的擾動 參數(shù)線性的假設(shè) 按中點(diǎn)下附加應(yīng)力計算,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,表4.5 沉降計算經(jīng)驗系數(shù)s,結(jié)果修正,ozi,oz(i-1),Ai,s=0.

16、2-1.4, (1)與土質(zhì)軟硬有關(guān), (2)與基底附加應(yīng)力p0/fak的大小有關(guān),fak：地基承載力特征值,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,（3）壓縮深度zn的確定：,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,三、規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,規(guī)范法的計算步驟,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,規(guī)范法例題,如圖、是

17、兩相鄰基礎(chǔ)，基底壓力相同，P=180KPa，基底以上土的重度為18KN/m3，其它條件見圖。求基礎(chǔ)的最終沉降,規(guī)范法例題,規(guī)范法例題,規(guī)范法例題,規(guī)范法例題,規(guī)范法例題,規(guī)范法例題,規(guī)范法例題,粘土地基的沉降量計算,研究表明：粘性土地基在基底壓力作用下的沉降量S由三種不同的原因引起：,t,S,Sd ：初始瞬時沉降,Ss: 次固結(jié)沉降,Sc：主固結(jié)沉降,4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,4.2 地基的最終沉降量計算,飽和粘土地基沉降三階段,瞬時沉降指在加荷后立即發(fā)生的沉降。 飽和粘土在很短的時間內(nèi)，孔隙中的水來不及排出，加之土體中的土粒和水是不可壓縮的，因而瞬時沉降是在沒有體積變形的條件下發(fā)生的，它

18、主要是由于土體的側(cè)向變形引起的。 瞬時沉降一般不予考慮,對于控制要求較高的建筑物，瞬時沉降可用彈性理論估算。對于飽和粘土在局部均布荷載作用下，地基的瞬時沉降可用彈性力學(xué)公式計算。,影響系數(shù),4.2 地基的最終沉降量計算,飽和粘土地基沉降三階段,4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,主固結(jié)與主固結(jié)沉降 在荷載作用下飽和土體中孔隙水的排出導(dǎo)致土體體積隨時間逐漸減小，有效應(yīng)力逐漸增加，這一過程稱為主固結(jié)。 隨著時間的增加，孔隙水應(yīng)力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸增加并最終達(dá)到一個穩(wěn)定值，此時孔隙水應(yīng)力消散為零，主固結(jié)沉降完成，這一過程所產(chǎn)生的沉降為固結(jié)沉降。,4.2 地基的最終沉降量計算,飽和粘土地基沉降三階段,4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,次固結(jié)沉降 土體在主固結(jié)成將完成之后有效應(yīng)力不變的情況下，還會隨時間的增長進(jìn)一步產(chǎn)生沉降，稱為次固結(jié)沉降。 次固結(jié)沉降對某些土，如軟粘土是比較重要的，對于堅硬土或超固結(jié)土，這一分量相對較小。,4.2 地基的最終沉降量計算,飽和粘土地基沉降三階段,4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,次固結(jié)沉降說明土具有流變性。 土體的變形、應(yīng)力與時間有關(guān)的性質(zhì)稱為土的流變性。,蠕變,松弛,4.2 地基的最終沉降量計算,飽和粘土地基沉降三階段,4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算,地基最終沉降計算問題綜述,1、分層總和法假設(shè)的用意