《土力學(xué)與基礎(chǔ)》PPT課件

4、土的壓縮性和地基沉降計(jì)算,4.1土的壓縮性4.2地基最終沉降量計(jì)算4.3地基沉降與時(shí)間的關(guān)系,4.1土的壓縮性土的壓縮性高低，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)行室內(nèi)壓縮試驗(yàn)測(cè)定。,4.1.1室內(nèi)壓縮試驗(yàn)(1)試驗(yàn)儀器(2)試驗(yàn)方法：側(cè)限壓縮試驗(yàn),(3)試驗(yàn)結(jié)果（土的壓縮曲線圖片）,(4)試驗(yàn)結(jié)果（孔隙比）的推導(dǎo),4.1.2土的壓縮性指標(biāo)(1)土的壓縮系數(shù),為了便于比較，通常采用壓力段由p1=100kPa增加到p2=200kPa時(shí)的壓縮系數(shù)a1-2來評(píng)定土的壓縮性如下：,中壓縮性,低壓縮性,(2)土的壓縮指數(shù),(3)土的壓縮模量,(4)土的回彈再壓縮曲線及回彈再壓縮模量,4.1.3土的壓縮性原位測(cè)試原位測(cè)試方法適用于：地基土為粉、細(xì)砂、軟土，取原狀土樣困難。國家一級(jí)工程、規(guī)模大或建筑物對(duì)沉降有嚴(yán)格要求的工程。原位測(cè)試方法包括：載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等,載荷試驗(yàn)示意圖,反壓重物,反力梁,千斤頂,基準(zhǔn)梁,荷載板,百分表,載荷試驗(yàn)結(jié)果分析圖地基土的變形模量,土的彈性模量定義:土體在無側(cè)限條件下瞬時(shí)壓縮的應(yīng)力應(yīng)變比值。如果在動(dòng)荷載（如車輛荷載、風(fēng)荷載、地震荷載）作用時(shí)，都是可恢復(fù)的彈性變形。,變形模量、壓縮模量的關(guān)系x=y=K0z,換算關(guān)系,1.地基的最終沉降量：是指地基在建筑物等其它荷載作用下，地基變形穩(wěn)定后的基礎(chǔ)底面的沉降量。,沉降與時(shí)間的關(guān)系,最終沉降量,4.2地基最終沉降量計(jì)算,2.地基沉降的原因：外因：主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。（宏觀分析）內(nèi)因：土的三相組成。（微觀分析）,A,A,g,z0,p,Netstressincrease,A)地基沉降的外因:通常認(rèn)為地基土層在自重作用下壓縮已穩(wěn)定，主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。,B)內(nèi)因:土由三相組成，具有碎散性，在附加應(yīng)力作用下土層的孔隙發(fā)生壓縮變形，引起地基沉降。,h,3.計(jì)算目的：預(yù)知該工程建成后將產(chǎn)生的最終沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜，判斷地基變形是否超出允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，為采取相應(yīng)的工程措施提供科學(xué)依據(jù)，保證建筑物的安全。SS不滿足設(shè)計(jì)要求,（墨西哥城）,地基的沉降及不均勻沉降,計(jì)算方法：,分層總和法（道路工程）規(guī)范法（建筑工程）彈性力學(xué)公式有限單元法,1.基本假設(shè)地基是均質(zhì)、各向同性的半無限線性變形體，可按彈性理論計(jì)算土中應(yīng)力。在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變形，可采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)。,2.單一壓縮土層的沉降計(jì)算在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載，豎向應(yīng)力增加，孔隙比相應(yīng)減小，土層產(chǎn)生壓縮變形，沒有側(cè)向變形。,4.2.1分層總和法,3.定義：先將地基土分為若干土層，各土層厚度分別為h1,h2,h3,hn。計(jì)算每層土的壓縮量s1,s2,s3,.,sn。然后累計(jì)起來，即為總的地基沉降量s。,4.計(jì)算原理,P1=自重應(yīng)力,P2=自重應(yīng)力+附加應(yīng)力,確定基礎(chǔ)沉降計(jì)算深度,一般z=0.2c,確定地基分層,1.不同土層的分界面與地下水位面為天然層面2.每層厚度hi0.4b,計(jì)算各分層沉降量,根據(jù)自重應(yīng)力、附加應(yīng)力曲線、e-p壓縮曲線計(jì)算任一分層沉降量,軟土z=0.1c（若沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，計(jì)算至基巖表面為止）,計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量,5.計(jì)算步驟,6.公式解釋：,由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500072002）提出分層總和法的另一種形式沿用分層總和法的假設(shè)，并引入平均附加應(yīng)力系數(shù)和地基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù),附加應(yīng)力面積,深度z范圍內(nèi)的附加應(yīng)力面積,附加應(yīng)力通式z=Kp0,引入平均附加應(yīng)力系數(shù),因此附加應(yīng)力面積表示為,因此,4.2.2規(guī)范法,第n層,第i層,Ai,Ai-1,沉降計(jì)算深度zn應(yīng)該滿足,當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有軟弱土層時(shí)，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計(jì)算沉降量也滿足上式，若計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，zn可取至基巖表面為止,當(dāng)無相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在130m范圍內(nèi)，基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深度可以按簡化公式計(jì)算,地基最終沉降量修正公式,地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問題,1.分層總和法在計(jì)算中假定不符合實(shí)際情況假定地基無側(cè)向變形計(jì)算結(jié)果偏小采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下土的附加應(yīng)力和沉降計(jì)算結(jié)果偏大,2.分層總和法中附加應(yīng)力計(jì)算應(yīng)考慮:土體在自重作用下的固結(jié)程度、相鄰荷載的作用,3.基礎(chǔ)埋置較深時(shí)，應(yīng)考慮開挖基坑時(shí)地基土的回彈，建筑物施工時(shí)又產(chǎn)生地基土再壓縮的情況,回彈再壓縮影響的變形量,計(jì)算深度取至基坑底面以下5m，當(dāng)基坑底面在地下水位以下時(shí)取10m,沉降分析中的若干問題,1.土的回彈與再壓縮,a,d,b,土的卸荷回彈曲線不與原壓縮曲線重合，說明土不是完全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形土的再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說明土經(jīng)過壓縮后，卸荷再壓縮時(shí)，其壓縮性明顯降低,2.地基沉降的三個(gè)組成部分,sd瞬時(shí)沉降sc固結(jié)沉降ss次固結(jié)沉降,3.土的應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響,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pc：土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結(jié)壓力,討論：對(duì)試樣施加壓力p時(shí)，壓縮曲線形狀,ppc,正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大,1.正常固結(jié)土,先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0,2.超固結(jié)土,先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0,3.超固結(jié)土,先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0,4.3地基沉降與時(shí)間的關(guān)系,地基的變形不是瞬時(shí)完成的，地基在建筑物荷載作用下要經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間才能達(dá)到最終沉降量。在工程設(shè)計(jì)中，除了要知道地基最終沉降量外，往往還需要知道沉降隨時(shí)間的變化過程即沉降與時(shí)間的關(guān)系。,4.3.1飽和土的有效應(yīng)力原理,飽和土中總應(yīng)力與孔隙水壓力、有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系：,1、飽和土體滲流固結(jié)過程,4.3.2土的單向固結(jié)理論,2、兩種應(yīng)力在深度上隨時(shí)間的分布,3、不同排水條件下一維滲流固結(jié)過程,單面排水,雙面排水,4、土的單向固結(jié)理論太沙基一維固結(jié)理論適用條件：荷載面積遠(yuǎn)大于壓縮土層的厚度，地基中孔隙水主要沿豎向滲流。單向固結(jié)微分方程及其解答基本假定：（1）土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，服從達(dá)西定律；（2）土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)為常數(shù)；（3）土顆粒和土中水都是不可壓縮的；（4）土是完全飽和的均質(zhì)、各向同性體；（5）外荷是一次瞬時(shí)施加。,單向固結(jié)微分方程式中為土的豎向固結(jié)系數(shù)，k滲透系數(shù)a壓縮系數(shù)、e天然孔隙比,單元體的滲流條件單元體的變形條件單元體的滲流連續(xù)條件,邊界條件,5、固結(jié)度（1）定義：,（2）計(jì)算公式（地基中附加應(yīng)力上下均勻分布）