土力學(xué)課件第六章地基變形

1、 第六章第六章 地基變形地基變形Settlement Calculation黑龍江大學(xué)黑龍江大學(xué) 建筑工程學(xué)院建筑工程學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容6.1 概述概述6.2 地基變形的彈性力學(xué)公式地基變形的彈性力學(xué)公式6.3 基礎(chǔ)最終沉降量基礎(chǔ)最終沉降量6.4 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的關(guān)系6.5 建筑物的沉降觀測與地基允許變形值建筑物的沉降觀測與地基允許變形值沉降與時間的關(guān)系沉降與時間的關(guān)系最終沉降量最終沉降量0z施工前p施工后AAz0pNet stress increase0zp附加 外因外因: : 通常認為地基土層在自重作用下壓縮已穩(wěn)定，通常認為地基土層在自重作用下壓縮已穩(wěn)定， 主要是建筑

2、物荷載在地基中產(chǎn)生的主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加壓力附加壓力。 內(nèi)因內(nèi)因: 土由三相組成，具有碎散性，在附加壓力作用下土由三相組成，具有碎散性，在附加壓力作用下土層的孔隙發(fā)生壓縮變形，引起地基沉降。土層的孔隙發(fā)生壓縮變形，引起地基沉降。h230(1)12(1)2PzwERRR RM M點至坐標原點的距離；點至坐標原點的距離；u u泊松比；泊松比；E E0 0地基土變形模量地基土變形模量。bpEs021b b 矩形荷載（基礎(chǔ)）的寬度或圓形荷載的直徑；矩形荷載（基礎(chǔ)）的寬度或圓形荷載的直徑；沉降影響系數(shù)，與基礎(chǔ)的剛度、底面形狀及計算沉降影響系數(shù)，與基礎(chǔ)的剛度、底面形狀及計算 點位置有關(guān)，有表

3、格可查；點位置有關(guān)，有表格可查；E E0 0 地基土變形模量地基土變形模量。 SS 不滿足設(shè)計要求不滿足設(shè)計要求地基的沉降及不均勻沉降地基的沉降及不均勻沉降（墨西哥城）（墨西哥城） 分層總和法分層總和法單向壓縮公式（道路工程）單向壓縮公式（道路工程） 規(guī)范修正法（建筑工程）規(guī)范修正法（建筑工程） 三向變形公式三向變形公式應(yīng)力歷史法應(yīng)力歷史法斯肯普頓斯肯普頓比倫法比倫法彈性力學(xué)公式彈性力學(xué)公式有限單元法有限單元法1s2s3snssss21niis1321ssss1s2s3sisnH1H2H3HiHnd121111iiiiiiiieeesHHeeiiiiiiHeppas1121)(21iiiiii

4、sippsHHE11isiieEaiiiiippeea1221分層分層總和總和2112211111111nnniiiiiiiiiiiiiiisiappeeppsHHHeeEniiss1Hi=?n=?ep 地基沉降計算分層；地基沉降計算分層； H Hi i0.4b0.4b；1 12m2m 計算各土層壓縮量；計算各土層壓縮量；分層1分層i分層j分層np0壓 縮 層 畫地基、基礎(chǔ)剖面圖；畫地基、基礎(chǔ)剖面圖；dP土土層層1土土層層iHiczczz1 . 02 . 0 或 計算自重應(yīng)力；計算自重應(yīng)力； ip1ip2 確定地基壓縮層深度確定地基壓縮層深度； 計算最終沉降量計算最終沉降量 計算基底接觸壓力；

5、計算基底接觸壓力； 計算基底附加壓力；計算基底附加壓力； 計算地基中的附加應(yīng)力；計算地基中的附加應(yīng)力；2112211111111nnniiiiiiiiiiiiiiisiappeeppsHHHeeE21底頂czicziip212底頂ziziiippN110001),(),(iiziizsizzdzzblfzzdzzblfEpiizdzdP分分層層1分分層層j分分層層i11( )1( )iiiizzzizzzsisizsdzz dzEE21( )( )sip zp zdzdzE( )zsizdzEiizzsidzzblfpE1),(10p0zi1zi1000),(),(iizzsidzzblfdz

6、zblfEp1p2piizzsidzzblfEp1),(0i1iniiiiisizzEps1110)()(110iiiisiizzEpsdP分分層層j分分層層izi1zi)(11010iiiisipzpzE 結(jié)合沉降觀測資料，設(shè)置調(diào)整系數(shù)結(jié)合沉降觀測資料，設(shè)置調(diào)整系數(shù)niiiiisiszzEps1110)(zz 壓縮層厚度壓縮層厚度 第第n n分層層底至基底的距離分層層底至基底的距離變形比法：變形比法：niinss1025. 0)ln4 . 05 . 2(bbzn表表3.113.11中，中， 為沉降計算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值；為沉降計算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值；siiisEAAEsEsi

7、isiEAEAakf為地基承載力特征值為地基承載力特征值0pssiE1iziz1ii01111()nniissisiiiisipssszzE小小大大手算工作量手算工作量煩亂煩亂清晰明了清晰明了基本概念基本概念計算公式計算公式變形比變形比應(yīng)力比應(yīng)力比沉降計算深度沉降計算深度引入計算經(jīng)驗系數(shù)引入計算經(jīng)驗系數(shù)計實計實中等：計實中等：計實軟弱：計軟弱：計實實計算結(jié)果評價計算結(jié)果評價附加應(yīng)力面積系數(shù)附加應(yīng)力面積系數(shù)分層分層總和總和計算步驟計算步驟規(guī)范規(guī)范方法方法分層總和法分層總和法項目項目iiziisiziiheeeheahEs1211110111()niisiiisipszzE討論1：兩種沉降計算方法

8、的初步對比？討論2：能否實現(xiàn)二者統(tǒng)一？本質(zhì)區(qū)別本質(zhì)區(qū)別分層細化分層細化變形比法變形比法考慮此項考慮此項傳統(tǒng)分層總和法傳統(tǒng)分層總和法規(guī)范法規(guī)范法小程序?qū)崿F(xiàn)小程序?qū)崿F(xiàn)只要在地基沉降計算的分層總和法中，將土的壓只要在地基沉降計算的分層總和法中，將土的壓縮性指標改為從原始壓縮曲線（縮性指標改為從原始壓縮曲線（ 曲線）曲線）確定，就可以考慮應(yīng)力歷史對地基沉降計算的影確定，就可以考慮應(yīng)力歷史對地基沉降計算的影響了。響了。 pelg)/lg(lglg12211221ppeeppeeCc1111111111lg()lg11lg()1nniiiciiiiiiiiniiiciiiiehshCpppeehppCep

9、 孔隙比將只沿著原始再壓縮曲線發(fā)孔隙比將只沿著原始再壓縮曲線發(fā)展，孔隙比的變化展，孔隙比的變化11lgeppeCp 1cmpppS 對于各分層共有m層，固結(jié)沉降為：1111lg1mimeiiHppSCep1cAppp 情況：孔隙比將首先沿著原始再壓縮曲線孔隙比將首先沿著原始再壓縮曲線發(fā)展，之后再沿著原始壓縮曲線發(fā)發(fā)展，之后再沿著原始壓縮曲線發(fā)展，孔隙比的變化：展，孔隙比的變化：eee 11lglglgececpeCppCp1lg()lgcceCppp11lglgceccpppeeeCCpp 1cnpppnS 對于各分層共有 層，固結(jié)沉降為：111lglg1nicnecioicHpppSCCep

10、p1cppp B情況：nmnmSSS層土，地基總沉降回彈指數(shù)回彈指數(shù)壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)沉降由附加應(yīng)力及本身自重引起，可近似按沉降由附加應(yīng)力及本身自重引起，可近似按正常固結(jié)土計算正常固結(jié)土計算2.2.瞬時沉降：地基受荷后立即發(fā)生的沉降瞬時沉降：地基受荷后立即發(fā)生的沉降3.3.固結(jié)沉降：固結(jié)沉降： 在荷載作用下，隨著孔隙水的逐漸排出，孔在荷載作用下，隨著孔隙水的逐漸排出，孔 隙體積減少，土逐漸壓密而產(chǎn)生的沉降，通隙體積減少，土逐漸壓密而產(chǎn)生的沉降，通 常采用分層總和法計算。常采用分層總和法計算。 4.4.次固結(jié)沉降：由土骨架的蠕動變形所引起沉降次固結(jié)沉降：由土骨架的蠕動變形所引起沉降niiiistt

11、CeHs110lg11.1.總沉降總沉降scdssss研究目的：預(yù)計建筑物在施工期間和使用期間的地研究目的：預(yù)計建筑物在施工期間和使用期間的地 基沉降量。基沉降量。 設(shè)計預(yù)留建筑物有關(guān)部分之間的凈空；設(shè)計預(yù)留建筑物有關(guān)部分之間的凈空； 考慮連接方法和施工順序?？紤]連接方法和施工順序。 尤其對發(fā)生裂縫、傾斜等事故的建筑物，更需要尤其對發(fā)生裂縫、傾斜等事故的建筑物，更需要 了解當(dāng)時的沉降與今后沉降的發(fā)展，即沉降與了解當(dāng)時的沉降與今后沉降的發(fā)展，即沉降與 時間的關(guān)系，作為事故處理方案的重要依據(jù)。時間的關(guān)系，作為事故處理方案的重要依據(jù)。1 1飽和土滲透固結(jié)的過程飽和土滲透固結(jié)的過程（1 1）體積：孔隙

12、中自由水逐漸排出；）體積：孔隙中自由水逐漸排出； 孔隙體積逐漸變小?？紫扼w積逐漸變小。（2 2）應(yīng)力：孔隙水壓力逐漸轉(zhuǎn)移至土固架。）應(yīng)力：孔隙水壓力逐漸轉(zhuǎn)移至土固架。2 2滲透固結(jié)的力學(xué)模型滲透固結(jié)的力學(xué)模型0u（1 1）驟然施加壓力：）驟然施加壓力：（2 2）經(jīng)過時間）經(jīng)過時間t t后：后：（3 3）t t ：zu0zu0z0u固結(jié)過程實質(zhì)上是土層中的應(yīng)力重分布過程固結(jié)過程實質(zhì)上是土層中的應(yīng)力重分布過程（1 1）土均質(zhì)、各向同性、完全飽和；）土均質(zhì)、各向同性、完全飽和；（2）孔隙水和土固體顆粒不可壓縮；）孔隙水和土固體顆粒不可壓縮；（3）土中附加應(yīng)力沿水平面無限均勻分布，故土層壓縮和水的滲流

13、為一維；）土中附加應(yīng)力沿水平面無限均勻分布，故土層壓縮和水的滲流為一維；（4）土中水的滲流符合達西定律；）土中水的滲流符合達西定律；（5）滲透固結(jié)過程中，滲透系數(shù)）滲透固結(jié)過程中，滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)和壓縮系數(shù)a為定值；為定值；（6 6）外荷一次驟然施加外荷一次驟然施加1 1研究對象的假設(shè)研究對象的假設(shè)擬解決的問題擬解決的問題H隔水、不可壓縮層隔水、不可壓縮層透水面透水面zdzzp0uwuhu2 2一維固結(jié)微分方程一維固結(jié)微分方程q”qdxdydzdxdyzhkkiAvAq)(（1 1）滲流條件）滲流條件dxdydzzhzhkq)(2222221wwwuhuuhhzz22hqqkdxdydzz

14、22wkuqqdxdydzz（2 2）變形條件）變形條件00111vVeedxdydzdxdydztteetadadpde0()pueuaaatttt 01vVaudxdydztet（3 3）滲流連續(xù)條件）滲流連續(xù)條件 dxdydztueadxdydzzukw122tVqqv dxdydzzukqqw22dxdydztueatVv122(1)wkeuuaztwvaekC)1 ( 令：令：tuzuCv22土的固結(jié)系數(shù)，土的固結(jié)系數(shù)，m m2 2/ /年年一維固結(jié)一維固結(jié)微分方程微分方程3 3一維固結(jié)微分方程的解一維固結(jié)微分方程的解（1 1）初始條件和邊界條件）初始條件和邊界條件)0(0);0(0

15、0);0(0);0(0tzuHztuzHzutHzutz時，時，時，時，（2 2）解）解 式中， 孔隙水壓力； 正的奇整數(shù)（1，3，5，）； 自然對數(shù)的底； 土層厚度，亦是孔隙水的最大滲徑；單面排水時， 取土層的厚 度；雙面排水時，水由土層中心向上下兩個方向排出，取為土 層厚度的一半； 豎向固結(jié)時間因子，無量綱。 umeHH2HtCTvv14222sin14),(mTmzveHzmmtzu三、地基固結(jié)度三、地基固結(jié)度（1 1）定義：）定義：/tctcUss（2 2）計算：）計算：vTteU42281224221,3811vmmTtmUem 當(dāng)當(dāng)固結(jié)度大于固結(jié)度大于30%30%時，可近似地取前一

16、項時，可近似地取前一項: :地基最終的固結(jié)沉降的固結(jié)沉降地基在某一時刻 tHzHtdzzdztzuU00)(),(1四、地基固結(jié)過程中任意時刻的變形量度四、地基固結(jié)過程中任意時刻的變形量度五、土的固結(jié)系數(shù)五、土的固結(jié)系數(shù)wvaekC)1 ( czctsUs 時間平方根法時間平方根法時間對數(shù)法時間對數(shù)法2 2雙曲線法雙曲線法statst1 1對數(shù)曲線法對數(shù)曲線法(1)attses1 1沉降量沉降量（1 1）定義：特指基礎(chǔ)中心的沉降，）定義：特指基礎(chǔ)中心的沉降，mmmm（2 2）作用：單層排架結(jié)構(gòu)，尤其是多層排架結(jié)構(gòu)受荷較大的柱；高聳結(jié)構(gòu)）作用：單層排架結(jié)構(gòu)，尤其是多層排架結(jié)構(gòu)受荷較大的柱；高聳結(jié)

17、構(gòu)2 2沉降差沉降差（1 1）定義：同一建筑物中，相鄰兩個基礎(chǔ)的沉降量差值，）定義：同一建筑物中，相鄰兩個基礎(chǔ)的沉降量差值，mmmm（2 2）作用：框架結(jié)構(gòu)和單層排架結(jié)構(gòu)。）作用：框架結(jié)構(gòu)和單層排架結(jié)構(gòu)。3 3傾斜（傾斜（）（1 1）定義：特指獨立基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值。）定義：特指獨立基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值。（2 2）作用：多高層建筑、煙囪、水塔、高爐等高聳結(jié)構(gòu)）作用：多高層建筑、煙囪、水塔、高爐等高聳結(jié)構(gòu)4 4局部傾斜（局部傾斜（） （1 1）定義：磚石砌體承重結(jié)構(gòu)，沿縱向）定義：磚石砌體承重結(jié)構(gòu)，沿縱向6 610m10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點沉降差與其距離的內(nèi)基礎(chǔ)兩點沉降差與其距離的 比值。比值。（2 2）作用：砌體承重結(jié)構(gòu)設(shè)計）作用：砌體承重結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1.驗證工程設(shè)計與沉降計算的正確性驗證工程設(shè)計與沉降計算的正確性2.2.判別建筑物施工的質(zhì)量判別建筑物施工的質(zhì)量3.3.發(fā)生事故后作為分析事故原因和加固處理的依據(jù)發(fā)生事故后作為分析事故原因和加固處理的依據(jù)1.1.減小沉降量的措施減小沉降量