《土力學(xué)與基礎(chǔ)》ppt課件

1、4、土的緊縮性和地基沉降計(jì)算、土的緊縮性和地基沉降計(jì)算E4.1 4.1 土的緊縮性土的緊縮性E4.2 4.2 地基最終沉降量計(jì)算地基最終沉降量計(jì)算 E4.3 4.3 地基沉降與時(shí)間的關(guān)系地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 4.1 4.1 土的緊縮性土的緊縮性 土的緊縮性高低，常用土的緊縮性高低，常用緊縮性目的定量表示。緊縮緊縮性目的定量表示。緊縮性目的，通常由工程地質(zhì)勘性目的，通常由工程地質(zhì)勘察取天然構(gòu)造的原狀土樣，察取天然構(gòu)造的原狀土樣，進(jìn)展室內(nèi)緊縮實(shí)驗(yàn)測(cè)定。進(jìn)展室內(nèi)緊縮實(shí)驗(yàn)測(cè)定。4.1.1 室內(nèi)緊縮實(shí)驗(yàn)室內(nèi)緊縮實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器(2)實(shí)驗(yàn)方法：側(cè)限緊縮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：側(cè)限緊縮實(shí)驗(yàn)(3)(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)

2、果土的緊縮曲線圖片實(shí)驗(yàn)結(jié)果土的緊縮曲線圖片(4)(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果孔隙比的推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果孔隙比的推導(dǎo)iieHHeH110000001 eeeHHii)1 (000eHHeei1)/)(1 (0w0s0wGe4.1.2 土的緊縮性目的土的緊縮性目的(1)土的緊縮系數(shù)土的緊縮系數(shù) pead/d1221tanppeepea* 為了便于比較，通常采用壓力段由為了便于比較，通常采用壓力段由p1=100kPa p1=100kPa 添加到添加到p2=200kPa p2=200kPa 時(shí)的緊縮系數(shù)時(shí)的緊縮系數(shù)a1-2a1-2來(lái)評(píng)定土來(lái)評(píng)定土的緊縮性如下：的緊縮性如下：0.10.5高緊縮性高緊縮性121/MPaa中緊

3、縮性中緊縮性低緊縮性低緊縮性(2)(2)土的緊縮指數(shù)土的緊縮指數(shù))/log(/loglog121221cppeppeeC(3)(3)土的緊縮模量土的緊縮模量aeE/ )1 (1s公式：11211HeeeH推導(dǎo)：pae111HepaHaeHHpE11s1/(4)(4)土的回彈再緊縮曲線及回彈再緊縮模量土的回彈再緊縮曲線及回彈再緊縮模量4.1.3 土的緊縮性原位測(cè)試土的緊縮性原位測(cè)試 原位測(cè)試方法適用于：原位測(cè)試方法適用于：地基土為粉、細(xì)砂、軟土，取原狀土地基土為粉、細(xì)砂、軟土，取原狀土樣困難。樣困難。國(guó)家一級(jí)工程、規(guī)模大或建筑物對(duì)沉國(guó)家一級(jí)工程、規(guī)模大或建筑物對(duì)沉降有嚴(yán)厲要求的工程。降有嚴(yán)厲要求

4、的工程。 原位測(cè)試方法包括：原位測(cè)試方法包括：載荷實(shí)驗(yàn)、靜力觸探實(shí)驗(yàn)、旁壓實(shí)驗(yàn)載荷實(shí)驗(yàn)、靜力觸探實(shí)驗(yàn)、旁壓實(shí)驗(yàn)等等 載荷實(shí)驗(yàn)表示圖載荷實(shí)驗(yàn)表示圖反壓重物反力梁千斤頂基準(zhǔn)梁荷載板百分表載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖地基土的變形模量載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖地基土的變形模量002/)1 (Ebps1120/)1 (sbpE土的彈性模量土的彈性模量 定義定義: :土體在無(wú)側(cè)限條件下瞬時(shí)緊縮土體在無(wú)側(cè)限條件下瞬時(shí)緊縮的應(yīng)力應(yīng)變比值。的應(yīng)力應(yīng)變比值。 假設(shè)在動(dòng)荷載如車輛荷載、風(fēng)假設(shè)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)荷載、地震荷載作用時(shí)，都是可恢復(fù)的彈性變形。的彈性變形。 變形模量、緊縮模量的關(guān)系變形模量

5、、緊縮模量的關(guān)系 x=y=K0zx=y=K0zzzsyzxz000EEEEyxzx0000EEE)1/(0K變形模量變形模量緊縮模量緊縮模量無(wú)側(cè)限條件無(wú)側(cè)限條件完全側(cè)限條件完全側(cè)限條件換算關(guān)系0s0s(1 2)EEuKE1.地基的最終沉降量：是指地基在建地基的最終沉降量：是指地基在建筑物等其它荷載作用下，地基變形筑物等其它荷載作用下，地基變形穩(wěn)定后的根底底面的沉降量。穩(wěn)定后的根底底面的沉降量。 沉降與時(shí)間的關(guān)系沉降與時(shí)間的關(guān)系最終沉降量最終沉降量4.2 地基最終沉降量計(jì)算地基最終沉降量計(jì)算2.地基沉降的緣由：地基沉降的緣由：外因：主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的外因：主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生

6、的附加應(yīng)力。宏觀分析附加應(yīng)力。宏觀分析內(nèi)因：土的三相組成。微觀分析內(nèi)因：土的三相組成。微觀分析0z施工前p施工后AAz0pNet stress increase0zp附加A)地基沉降的外因地基沉降的外因:通常以為地基土層在自重作用下緊縮已穩(wěn)通常以為地基土層在自重作用下緊縮已穩(wěn)定，主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。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)因內(nèi)因:土由三相組成，具有碎散性，在附加應(yīng)力作用下土土由三相組成，具有碎散性，在附加應(yīng)力作用下土層的孔隙發(fā)生緊縮變形，引起地基沉降。層的孔隙發(fā)生緊縮變形，引起地基沉降。h3.計(jì)算目的：預(yù)知該工程建成后將產(chǎn)生的最終沉計(jì)算目的：預(yù)知該

7、工程建成后將產(chǎn)生的最終沉降量、沉降差、傾斜和部分傾斜，判別地基變降量、沉降差、傾斜和部分傾斜，判別地基變形能否超出允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，形能否超出允許的范圍，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)根據(jù)，保證建為采取相應(yīng)的工程措施提供科學(xué)根據(jù)，保證建筑物的平安。筑物的平安。 SS 不滿足設(shè)計(jì)要求不滿足設(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 法建筑工程 彈性力學(xué)公式 有限單元法1.根本假設(shè)根本假設(shè) 地基是均質(zhì)、各向同性的半無(wú)限線性地基是均質(zhì)、各向同性的半無(wú)限線性變形體，可按彈性實(shí)際計(jì)算土中應(yīng)變形體，可按彈性實(shí)際計(jì)算土中應(yīng)力。力。 在壓力作用下，地基

8、土不產(chǎn)生側(cè)向變?cè)趬毫ψ饔孟拢鼗敛划a(chǎn)生側(cè)向變形，可采用側(cè)限條件下的緊縮性目形，可采用側(cè)限條件下的緊縮性目的。的。 為了彌補(bǔ)假定為了彌補(bǔ)假定所引起誤差，取所引起誤差，取基底中心點(diǎn)下的基底中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力進(jìn)展計(jì)附加應(yīng)力進(jìn)展計(jì)算，以基底中點(diǎn)算，以基底中點(diǎn)的沉降代表根底的沉降代表根底的平均沉降的平均沉降2.單一緊縮土層的沉降計(jì)算單一緊縮土層的沉降計(jì)算 在一定均勻厚度土層上施加延續(xù)均布在一定均勻厚度土層上施加延續(xù)均布荷載，豎向應(yīng)力添加，孔隙比相應(yīng)荷載，豎向應(yīng)力添加，孔隙比相應(yīng)減小，土層產(chǎn)生緊縮變形，沒(méi)有側(cè)減小，土層產(chǎn)生緊縮變形，沒(méi)有側(cè)向變形。向變形。4.2.1 分層總和法分層總和法3.3.定義：定義

9、： 先將地基土分為假設(shè)干先將地基土分為假設(shè)干土層，各土層厚度分別為土層，各土層厚度分別為h1,h2,h3,hnh1,h2,h3,hn。計(jì)算。計(jì)算每層土的緊縮量每層土的緊縮量s1,s2,s3,.,sns1,s2,s3,.,sn。然后。然后累計(jì)起來(lái)，即為總的地基累計(jì)起來(lái)，即為總的地基沉降量沉降量s s。niinssssss1321.4.計(jì)算原理 p1p2p3p4e4e3e2e1epiiiiiheees1211 P1=自重應(yīng)力P2=自重應(yīng)力+附加應(yīng)力n確定根底沉降計(jì)算深度確定根底沉降計(jì)算深度 普通普通z=0.2cz=0.2cn確定地基分層確定地基分層1.1.不同土層的分界面與地下水位不同土層的分界面

10、與地下水位面為天然層面面為天然層面2.2.每層厚度每層厚度hi 0.4bhi 0.4bn計(jì)算各分層沉降量計(jì)算各分層沉降量 根據(jù)自重應(yīng)力、附加應(yīng)力曲線、根據(jù)自重應(yīng)力、附加應(yīng)力曲線、e-pe-p緊縮曲線計(jì)算任一分層沉降量緊縮曲線計(jì)算任一分層沉降量 軟土軟土z=0.1cz=0.1c假設(shè)沉假設(shè)沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，降深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，計(jì)算至基巖外表為止計(jì)算至基巖外表為止n計(jì)算根底最終沉降量計(jì)算根底最終沉降量NoImageNoImaged地地基基沉沉降降計(jì)計(jì)算算深深度度cc線線zz線線5.計(jì)算步驟6. 6. 公式解釋：公式解釋： ZiZiZ(i-1)Z(i-1)Hin由由 GB50007GB50

11、00720022002提出提出 n分層總和法的另一種方式分層總和法的另一種方式 n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)算閱歷系數(shù)基沉降計(jì)算閱歷系數(shù) szzszszEAdzEdzEs001附加應(yīng)力面積附加應(yīng)力面積深度深度z z范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的附加應(yīng)力面積附加應(yīng)力面積dzAzz0附加應(yīng)力通附加應(yīng)力通式式z=K p0z=K p0代入代入引入平均附引入平均附加應(yīng)力系數(shù)加應(yīng)力系數(shù)zpAzKdzz00因此附加應(yīng)力因此附加應(yīng)力面積表示為面積表示為zpA0sEzps0因此因此zKdzp004.2.2 法法 NoImagezi-1zizzi-1

12、53 4612b12345612ip0i1p0p0p0第第n層層第第i層層ziAiAi-1沉降計(jì)算深度沉降計(jì)算深度znzn應(yīng)該滿足應(yīng)該滿足)(1110iiiinisisszzEpssniinss1025.0 當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有脆弱土層時(shí)，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有脆弱土層時(shí)，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至脆弱土層中所取規(guī)定厚度的計(jì)算沉降量也滿足上算，直至脆弱土層中所取規(guī)定厚度的計(jì)算沉降量也滿足上式，假設(shè)計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，式，假設(shè)計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，znzn可取至基巖外表為可取至基巖外表為止止 當(dāng)無(wú)相鄰荷載影響，根底寬度在當(dāng)無(wú)相鄰荷載影響，根底寬度在1 130m30m范圍內(nèi)，根底

13、中范圍內(nèi)，根底中點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深度可以按簡(jiǎn)化公式計(jì)算點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深度可以按簡(jiǎn)化公式計(jì)算)ln4 .05 .2(bbzn地基最終沉降量修正公式地基最終沉降量修正公式地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問(wèn)題地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問(wèn)題1.1.分層總和法在計(jì)算中假定不符合實(shí)踐情況分層總和法在計(jì)算中假定不符合實(shí)踐情況 假定地基無(wú)側(cè)向變形假定地基無(wú)側(cè)向變形 計(jì)算結(jié)果偏小計(jì)算結(jié)果偏小采用根底中心點(diǎn)下土的附加應(yīng)力和沉降采用根底中心點(diǎn)下土的附加應(yīng)力和沉降 計(jì)算結(jié)果偏大計(jì)算結(jié)果偏大 2.2.分層總和法中附加應(yīng)力計(jì)算應(yīng)思索分層總和法中附加應(yīng)力計(jì)算應(yīng)思索: : 土體在自重作用下的固結(jié)程度、相鄰荷載的作用土體在自重作用下的固結(jié)程度

14、、相鄰荷載的作用 3.3.根底埋置較深時(shí)，應(yīng)思索開(kāi)挖基坑時(shí)地基土的回彈，建筑根底埋置較深時(shí)，應(yīng)思索開(kāi)挖基坑時(shí)地基土的回彈，建筑 物施工時(shí)又產(chǎn)生地基土再緊縮的情況物施工時(shí)又產(chǎn)生地基土再緊縮的情況回彈再緊縮影回彈再緊縮影響的變形量響的變形量)(111iiiiniciccczzEPs計(jì)算深度取至計(jì)算深度取至基坑底面以下基坑底面以下5m5m，當(dāng)基坑底，當(dāng)基坑底面在地下水位面在地下水位以下時(shí)取以下時(shí)取10m10m沉降分析中的假設(shè)干問(wèn)題沉降分析中的假設(shè)干問(wèn)題1.土的回彈與再緊縮土的回彈與再緊縮pe彈彈性性變變形形塑塑性性變變形形adbcb 緊縮曲線緊縮曲線回彈曲線回彈曲線再緊縮曲線再緊縮曲線n土的卸荷回彈

15、曲線不與原緊土的卸荷回彈曲線不與原緊縮曲線重合，闡明土不是完縮曲線重合，闡明土不是完全彈性體，其中有一部分為全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形不能恢復(fù)的塑性變形n土的再緊縮曲線比原緊縮曲土的再緊縮曲線比原緊縮曲線斜率要小得多，闡明土經(jīng)線斜率要小得多，闡明土經(jīng)過(guò)緊縮后，卸荷再緊縮時(shí)，過(guò)緊縮后，卸荷再緊縮時(shí)，其緊縮性明顯降低其緊縮性明顯降低2.地基沉降的三個(gè)組成部分地基沉降的三個(gè)組成部分scdsssssd 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)土的緊縮性的影響土的應(yīng)力歷史對(duì)土的緊縮性的影響土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)遭到過(guò)的應(yīng)力形狀土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)遭到過(guò)

16、的應(yīng)力形狀先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力pc pc ：土在其生成歷史中曾受過(guò)的最大：土在其生成歷史中曾受過(guò)的最大有有 效固結(jié)壓力效固結(jié)壓力討論：對(duì)試樣施加壓力討論：對(duì)試樣施加壓力p p時(shí)，緊縮曲線外形時(shí)，緊縮曲線外形ppc正常緊縮曲線，斜率陡，土體緊縮量大正常緊縮曲線，斜率陡，土體緊縮量大 土層的先期固結(jié)壓力對(duì)其固結(jié)程度和緊縮性有明顯土層的先期固結(jié)壓力對(duì)其固結(jié)程度和緊縮性有明顯的影響，用先期固結(jié)壓力的影響，用先期固結(jié)壓力pcpc與現(xiàn)時(shí)的土壓力與現(xiàn)時(shí)的土壓力p0p0的比值的比值描畫(huà)土層的應(yīng)力歷史，將粘性土進(jìn)展分類描畫(huà)土層的應(yīng)力歷史，將粘性土進(jìn)展分類1.1.正常固結(jié)土正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓

17、力先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcpcp0p02.2.超固結(jié)土超固結(jié)土先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0pcp03.3.超固結(jié)土超固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0pcp04.3 地基沉降與時(shí)間的關(guān)系地基沉降與時(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(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才干到達(dá)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，往往還需求知道沉降隨時(shí)間的變化過(guò)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

18、結(jié)過(guò)程、飽和土體滲流固結(jié)過(guò)程 4.3.2 土的單向固結(jié)實(shí)際土的單向固結(jié)實(shí)際),(tzfu 2 2、兩種應(yīng)力在深度上隨時(shí)間的分布、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(guò)程單面排水雙面排水 4 4、土的單向固結(jié)實(shí)際太沙基一維固結(jié)實(shí)際、土的單向固結(jié)實(shí)際太沙基一維固結(jié)實(shí)際 適用條件：荷載面積遠(yuǎn)大于緊縮土層的厚度，地適用條件：荷載面積遠(yuǎn)大于緊縮土層的厚度，地 基中孔隙水主要沿豎向滲流?；锌紫端饕刎Q向滲流。單向固結(jié)微分方程及其解答單向固結(jié)微分方程及其解答根本假定：根本假定：1 1土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，服從達(dá)西定律；土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，服從達(dá)西定律；2 2土的浸透系數(shù)和緊縮系數(shù)為常數(shù)；土的浸透系數(shù)和緊縮系數(shù)為常數(shù)；3 3土顆粒和土中水都是不可緊縮的；土顆粒和土中水都是不可緊縮的；4 4土是完全飽和的均質(zhì)、各向同性體；土是完全飽和的均質(zhì)、各向同性體；5 5外荷是一次