地基基礎(chǔ)--土的壓縮性和地基沉降計算.ppt

3 土的壓縮性 和地基沉降計算,土具有壓縮性 （內(nèi)因）,基礎(chǔ)荷載 （外因）,地基變形,基礎(chǔ)沉降,沉降過大,不均勻沉降,地基變形設(shè)計要求：控制基礎(chǔ)沉降建筑物地基容許變形值。,問題的提出：,影響沉降大小的因素,外因：建筑物荷載的大小和分布；,內(nèi)因：地基土層的類型、分布、各土層厚度及其壓縮性；,不均勻沉降原因分析與危害,原因：（1）建筑物荷載分布不均勻； （2）地基土層壓縮性不同。,危害：引起超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，影響建筑物的安全和正常使用。,學(xué)習(xí)本章的目的：,根據(jù)地基土層剖面情況，各層土的物理力學(xué)性質(zhì)和上部荷載，計算地基的變形值，并控制其在容許范圍之內(nèi)。,研究地基土變形特性： 壓縮、固結(jié)、滲流、蠕變。,3.1 土的壓縮性,土的壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的特性。,引起土體壓縮的原因：,內(nèi)因：1）土粒的壓縮；2）土中水的壓縮； 3）土中空氣的壓縮； 4）空氣及水從孔隙中被排出。,外因：基礎(chǔ)荷載的作用。,飽和土的壓縮性原理,飽和土的壓縮主要是由于外荷載作用下孔隙水被擠出，以致孔隙減小所致的。,飽和土的壓縮量孔隙體積的減小量,壓縮、固結(jié)、滲流、蠕變,壓縮：壓力作用下，土體體積縮小。,固結(jié)：壓力作用下，土體壓縮量隨時間增長。,滲流：壓力作用下，孔隙水分在土體中流動與排出。,蠕變：壓力不變，變形隨時間持續(xù)增長。,滲透固結(jié)：與自由水的滲透速度有關(guān)的飽和土固結(jié)過程。,壓縮試驗：,壓縮試驗（固結(jié)試驗）：研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗方法。包括單軸壓縮試驗、側(cè)限壓縮試驗及三軸壓縮試驗。,側(cè)限壓縮試驗：土樣在壓力作用下只能在鉛直方向產(chǎn)生壓縮，而不能產(chǎn)生側(cè)向的變形。,側(cè)限壓縮試驗的適用范圍：壓縮土層厚度較小。,側(cè)限壓縮試驗?zāi)康模捍_定土在各級壓力作用下孔隙比的變化，繪制壓縮曲線，確定相關(guān)壓縮性指標(biāo)。,側(cè)限壓縮試驗裝置,試驗過程中： （1）Vs不變； （2）A不變。,壓縮曲線（e-p曲線）,壓縮系數(shù)：壓縮曲線上任一點的切線斜率。,定義式：,土的壓縮性評價：,側(cè)限壓縮模量：土在完全側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變增量的比值。,定義式：,側(cè)限壓縮模量與壓縮系數(shù)的關(guān)系：,變形模量：土在側(cè)向自由變形條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變之比。,物理意義：與材料力學(xué)中楊氏彈性模量相同。,變形模量與側(cè)限壓縮模量的關(guān)系：,變形模量一般通過現(xiàn)場靜載荷試驗測定。,3.2 地基最終沉降量計算,地基最終沉降量：指地基土層在荷載作用下，達(dá)到壓縮穩(wěn)定時地基表面的沉降量。,基礎(chǔ)沉降：指地基土層在荷載作用下，達(dá)到壓縮穩(wěn)定時基礎(chǔ)底面的沉降量。,引起地基沉降的原因：,內(nèi)因：地基土具有壓縮性；,外因：建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力引起地基發(fā)生壓縮變形。,計算地基最終沉降量的目的：,確定建筑物的最大沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜，并判斷其是否超出容許的范圍，以便進(jìn)行地基變形設(shè)計。,計算方法：,（1）分層綜合法；,（2）規(guī)范法。,分層綜合法,基本假設(shè)：,（1） 地基是均質(zhì)、各向同性的半無限線性變形體：地基附加應(yīng)力可按彈性理論計算；,（2）在壓力作用下， 地基土只發(fā)生垂直單向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形：可采用側(cè)限壓縮指標(biāo)。,單一壓縮土層的沉降計算：,單向壓縮分層綜合法,分層綜合法計算步驟,計算基底中心點下各點地基附加應(yīng)力（每0.4B深度計算一點）并繪于基礎(chǔ)中心點右側(cè)；,按比例繪制地基土層分布剖面圖和基礎(chǔ)剖面圖；,計算地基自重應(yīng)力，并按比例繪于基礎(chǔ)中心線左側(cè)；,計算基底壓力（中心荷載或偏心荷載作用）；,計算基底附加壓力；,計算地基（基礎(chǔ)）最終沉降量（疊加）。,計算各分層土的壓縮量；,地基分層界面確定原則：,（1）不同土層分界面；,（2）地下水位面；,（3）0.4B；,（4）基底附近分層薄些。,確定地基沉降計算深度；,分層總和法評價：,采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)，以沉降計算深度范圍內(nèi)的分層計算加以總和。,基礎(chǔ)沉降量按基礎(chǔ)中心點下地基附加應(yīng)力計算，以彌補壓縮性指標(biāo)偏小的不足。,地基沉降量等于受壓層范圍內(nèi)各土層壓縮量的總和：存在一個沉降計算深度。,優(yōu)點：物理意義明確。,不足：對堅硬地基偏大，對軟弱地基偏小。,規(guī)范法,計算第i層土壓縮量公式：,平均附加應(yīng)力系數(shù)：,地基最終沉降量計算公式,沉降計算深度的確定,對獨立基礎(chǔ)：,當(dāng)存在相鄰荷載影響時：,規(guī)范法評價：,（1） 是另一種形式的分層綜合法；,（2） 引入平均附加應(yīng)力系數(shù)；,（3） 引入地基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)。,沉降分析中的若干問題,土的回彈與再壓縮,（1）土不為完全彈性體,（2）土經(jīng)壓縮后壓縮性 降低。,粘性土沉降組成,瞬時沉降：加載瞬時地基發(fā)生的沉降。地基土只發(fā)生剪切變形，沒有體積變形。,固結(jié)沉降：孔壓消散，應(yīng)力轉(zhuǎn)移，引起土骨架變形。,次固結(jié)沉降：有效應(yīng)力不變，土骨架隨時間繼續(xù)發(fā)生變形。,土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過的應(yīng)力狀態(tài)。,先期固結(jié)壓力： 土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結(jié)壓力。,正常固結(jié)土,超固結(jié)土,欠固結(jié)土,土層應(yīng)力歷史的描述：,3.3 地基沉降與時間的關(guān)系,碎石土、砂土：透水性強，壓縮性低，沉降完成歷時短。,飽和粘性土：滲透性小，壓縮性高，固結(jié)過程歷時長。,土的滲透性（滲流）,達(dá)西定律（法，1856）： 滲流速度與水力梯度的一次方成正比。,砂土：,粘性土：,有效應(yīng)力原理基本概念,有效應(yīng)力：通過土粒接觸點傳遞的粒間應(yīng)力。,孔隙水壓力：土中孔隙水傳遞的壓應(yīng)力，也稱超靜孔隙水壓力。,飽和土的滲透固結(jié)過程：孔隙水壓力向有效應(yīng)力轉(zhuǎn)化的過程?？紫端畨毫χ饾u消散，有效應(yīng)力逐漸增長，土的體積逐漸減小，強度隨之提高。,飽和土滲透固結(jié)力學(xué)模型彈簧模型,有效應(yīng)力原理的主要內(nèi)容：,（1）飽和土變形和強度是由有效應(yīng)力控制的；,（2）土中任一點的有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力。,飽和土一維固結(jié)理論,基本假定： （1）土層是均質(zhì)的、完全飽和的； （2）土粒和水是不可壓縮的； （3）水的滲出和土的壓縮只沿豎向發(fā)生； （4）土中水的滲流服從達(dá)西定律； （5）在滲透固結(jié)中，土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)保持不變； （6）外荷一次施加。,飽和土一維固結(jié)微分方程,固結(jié)過程中Vs不變，根據(jù)水流連續(xù)性原理、達(dá)西定律和有效應(yīng)力原理，建立以下固結(jié)微分方程：,解析解,地基固結(jié)度：地基在固結(jié)過程中任一時刻的固結(jié)沉降量與其最終固結(jié)沉降量之比。,定義式：,地基固結(jié)度表達(dá)了土體孔隙水壓力向有效應(yīng)力轉(zhuǎn)化過程的完成程度。,基本表達(dá)式：,地基固結(jié)度的計算：,對同一地基，若單面排水改為雙面排水，要達(dá)到相同的固結(jié)度，所需歷時減少為原來的1/4。,僅在豎直方向發(fā)生滲流和變形,一維滲透固結(jié)理論曲線,3.4 建筑物沉降觀測與 地基容許變形值,建筑物沉降觀測的意義：,（1）驗證地基基礎(chǔ)設(shè)計、分析地基事故、判別施工質(zhì)量。,（2）確定地基容許變形值。,（3）發(fā)展沉降計算方法。,沉降觀測的主要內(nèi)容：,收集資料和編寫計劃,水準(zhǔn)基點的設(shè)置（不少于3個）,觀測點的設(shè)置（不宜少于6個）,水準(zhǔn)測量,觀測資料的整理,地基的變形特征,沉降量：指基礎(chǔ)中心的沉降量。,沉降差：指相鄰兩個基礎(chǔ)沉降量之差。,傾斜：指單獨基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離之比。,局部傾斜：指承重砌體沿縱墻610m長度內(nèi)基礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離之比。,地基容許變形值的確定：,理論分析法：進(jìn)行地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)相互作用的理論分析，計算上部結(jié)構(gòu)中由于地基差異沉降可能引起的次應(yīng)力或拉應(yīng)力，然后在保證其不超過結(jié)構(gòu)承受能力的前提下，綜合考慮其他方面要求，確定地基容許變形值。,經(jīng)驗統(tǒng)計法：對大量的各類已建建筑物進(jìn)行沉降觀測和使用狀況的調(diào)查，然后結(jié)合地基地質(zhì)類型，加以歸納整理，提出各種容許變形值。,（1）砌體承重結(jié)構(gòu)以局部傾斜控制；,（2）框架及單層排架結(jié)構(gòu)以沉降差控制；,（3）多層、高層