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文檔簡介
1、土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,第四章,工程實(shí)例,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(tái)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(shí)間效應(yīng)沉降速率,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,壓縮性 測(cè)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(jì)規(guī)范方法,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(shí)質(zhì): 試驗(yàn)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(jì)。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(jì)算,4.1 土的壓縮性,一、基本概念,(3)壓縮與時(shí)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(shí),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(shí)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(shí)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(yàn)方法:壓縮試驗(yàn)、 荷載試驗(yàn),4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(jì)算,二、側(cè)限壓縮試驗(yàn),4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,4.1土的壓縮性,固結(jié)儀,二、側(cè)限壓縮試驗(yàn)
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(jí)加大荷載,測(cè)定: 軸向應(yīng)力 軸向變形,試驗(yàn)結(jié)果:,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(yàn),4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(yàn),4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算,4.1土的壓縮性,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,4.1土的壓縮性,四、載荷試驗(yàn),反壓重物,四、載荷試驗(yàn),4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,4.1土的壓縮性,
6、靜載荷試驗(yàn)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(shí)的基底壓力。 pu極限荷載,是地基即將破壞時(shí)作用在基底上的壓力。,對(duì)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(duì)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(yàn)的沉降量,可以計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)算,4.1土的壓縮性,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,4.1土的壓縮性,五、旁壓試驗(yàn),4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,4.1土的壓縮性,實(shí)質(zhì): 在鉆孔內(nèi)施加橫向荷載試驗(yàn)。 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(cè)試位置就位; 4、地面加壓系統(tǒng),通過測(cè)量管(包括輔助管)對(duì)旁壓器分級(jí)加壓,從而對(duì)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(cè)階段; III :土體破壞階段(可 測(cè)地基的承載力)。,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,4.1土的壓縮性,4.2 地基的最終沉降量計(jì)算,最終沉降量S:,t時(shí)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(jì)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(jì)算,四、地基沉降計(jì)算的若干問題,4 土的變形性質(zhì)及地基
9、沉降計(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,1、計(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(cè)定: e-p曲線,查定:,算定:,4.2 地基的最終沉降量計(jì)算,3、計(jì)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(jì)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(gè)半徑驗(yàn)性方法。,4.2 地基的最終沉降量計(jì)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(jì)算 (c)只發(fā)生單向沉降:側(cè)限應(yīng)力狀態(tài) (d)只計(jì)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(jì)算固結(jié)沉降,不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降 (f)將地基分成若干層,認(rèn)為整個(gè)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(jì)算,2、計(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,2、計(jì)算步驟情況1,(a)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,2、計(jì)算步驟情況1,(a)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算,4 土的變形
13、性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,(f)計(jì)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(yàn)資料P-e表格已列出?;A(chǔ)的最終沉降用分層總和法計(jì)算,試確定計(jì)算壓縮深度zn,并算出最后一個(gè)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(shí)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(jì)算公式為:s= s
14、s。 每層沉降量計(jì)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(jì)規(guī)范方法,4.2 地基的最終沉降量計(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(jì)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(yàn)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(jì)算 單向壓縮的假設(shè) 只計(jì)主固結(jié)沉降 原狀土現(xiàn)場(chǎng)取樣的擾動(dòng) 參數(shù)線性的假設(shè) 按中點(diǎn)下附加應(yīng)力計(jì)算,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,表4.5 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,三、地基最終沉降量規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,三、規(guī)范法,4.2 地基的最終沉降量計(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算,規(guī)范法的計(jì)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(jì)算,4 土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)算,4.2 地基的最終沉降量計(jì)算,飽和粘土地基沉降三階段,瞬時(shí)沉降指在加荷后立即發(fā)生的沉降。 飽和粘土在很短的時(shí)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(shí)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(shí)沉降一般不予考慮,對(duì)于控制要求較高的建筑物,瞬時(shí)沉降可用彈性理論估算。對(duì)于飽和粘土在局部均布荷載作用下,地基的瞬時(shí)沉降可用彈性力學(xué)公式計(jì)算。,影響系數(shù),4.2 地基的最終沉降量計(jì)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(jì)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(shí)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(shí)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(gè)穩(wěn)定值,此時(shí)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(jì)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(jì)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(huì)隨時(shí)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(duì)某些土,如軟粘土是比較重要的,對(duì)于堅(jiān)硬土或超固結(jié)土,這一分量相對(duì)較小。,4.2 地基的最終沉降量計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)算,地基最終沉降計(jì)算問題綜述,1、分層總和法假設(shè)的用意
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