地基變形與沉降計(jì)算

1、1第四章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院 陳玉艷陳玉艷2正在沉降的墨西哥城正在沉降的墨西哥城3修建新建筑物：引起原有建筑物開(kāi)裂修建新建筑物：引起原有建筑物開(kāi)裂44.14.1土的壓縮性問(wèn)題土的壓縮性問(wèn)題主要內(nèi)容主要內(nèi)容4.34.3地基沉降量的計(jì)算地基沉降量的計(jì)算4.24.2土的壓縮性指標(biāo)及測(cè)定方法土的壓縮性指標(biāo)及測(cè)定方法4.44.4飽和土滲透固結(jié)與一維固結(jié)理論飽和土滲透固結(jié)與一維固結(jié)理論4.54.5應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響5學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.1.掌握土的壓縮性指標(biāo)，土的單向壓縮的計(jì)算公式及適用條件掌握土的壓縮性指標(biāo)，土的單向壓縮

2、的計(jì)算公式及適用條件2.2.掌握分層總和法和規(guī)范法計(jì)算沉降量的原理和步驟掌握分層總和法和規(guī)范法計(jì)算沉降量的原理和步驟3.3.掌握飽和粘性土地基的單項(xiàng)滲透固結(jié)理論；掌握固結(jié)度的概念，計(jì)掌握飽和粘性土地基的單項(xiàng)滲透固結(jié)理論；掌握固結(jié)度的概念，計(jì)算某一時(shí)刻的沉降量和達(dá)到某一沉降量所需要的時(shí)間。算某一時(shí)刻的沉降量和達(dá)到某一沉降量所需要的時(shí)間。4.4.了解土的壓縮性影響因素；應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響及沉降量計(jì)算，了解土的壓縮性影響因素；應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響及沉降量計(jì)算，地基沉降變形觀測(cè)。地基沉降變形觀測(cè)。6n 修建建筑物，必然會(huì)引起沉降，如果土質(zhì)較好，密實(shí)，修建建筑物，必然會(huì)引起沉降，如果土質(zhì)較好，密實(shí)

3、，地基沉降較小，滿足正常使用，如果地基有軟弱土層，而地基沉降較小，滿足正常使用，如果地基有軟弱土層，而且厚薄不勻，或者上部荷載變化懸殊，地基發(fā)生嚴(yán)重沉降且厚薄不勻，或者上部荷載變化懸殊，地基發(fā)生嚴(yán)重沉降或不均勻沉降，影響正常使用，甚至破壞?；虿痪鶆虺两?，影響正常使用，甚至破壞。4.1 土的壓縮性問(wèn)題土的壓縮性問(wèn)題n 土體受力后要變形，包括豎向變形和水平向變形。土體受力后要變形，包括豎向變形和水平向變形。n 研究目的：確定修建的建筑物可能出現(xiàn)的最大沉降量和研究目的：確定修建的建筑物可能出現(xiàn)的最大沉降量和沉降差，為建筑物設(shè)計(jì)和地基處理提供依據(jù)。如果沉降量和沉降差，為建筑物設(shè)計(jì)和地基處理提供依據(jù)。如

4、果沉降量和沉降差沒(méi)在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，必需采取相應(yīng)的措施保證建沉降差沒(méi)在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，必需采取相應(yīng)的措施保證建筑物安全和正常使用。筑物安全和正常使用。7n地基的變形特征值：地基的變形特征值：傾斜傾斜沉降差沉降差沉降量沉降量局部?jī)A斜局部?jī)A斜不同的建筑物，對(duì)變形特征值有不同的要求不同的建筑物，對(duì)變形特征值有不同的要求土的壓縮性土的壓縮性：是指土在壓力作用下體積縮小的特性是指土在壓力作用下體積縮小的特性4.2 土的壓縮性指標(biāo)及測(cè)定方法土的壓縮性指標(biāo)及測(cè)定方法一、地基產(chǎn)生壓縮的原因：內(nèi)部影響因素、外部影響因素一、地基產(chǎn)生壓縮的原因：內(nèi)部影響因素、外部影響因素1 1、內(nèi)部因素、內(nèi)部因素固體顆粒的壓縮

5、固體顆粒的壓縮土中水的壓縮土中水的壓縮空氣的排出空氣的排出水的排出水的排出占總壓縮量的占總壓縮量的1/400不到，忽略不到，忽略不計(jì)不計(jì)壓縮量主要組成部分壓縮量主要組成部分 中水和土中氣體被擠出后，土顆粒相應(yīng)發(fā)生移動(dòng)，重新排列，中水和土中氣體被擠出后，土顆粒相應(yīng)發(fā)生移動(dòng)，重新排列，靠攏擠密，使土中孔隙體積減小?？繑n擠密，使土中孔隙體積減小。4.2 土的壓縮性指標(biāo)及測(cè)定方法土的壓縮性指標(biāo)及測(cè)定方法2 2、外部影響因素、外部影響因素 建筑物荷載；地下水大幅度下降，相當(dāng)于施加大面積荷載；施工影響，建筑物荷載；地下水大幅度下降，相當(dāng)于施加大面積荷載；施工影響，土層受到擾動(dòng)；振動(dòng)影響，地震、打樁；溫度變

6、化影響，凍脹融沉；浸水下土層受到擾動(dòng)；振動(dòng)影響，地震、打樁；溫度變化影響，凍脹融沉；浸水下沉，主要指濕陷性黃土；填土下沉。沉，主要指濕陷性黃土；填土下沉。10二、二、土的土的壓縮性指標(biāo)：壓縮性指標(biāo)： 室內(nèi)試驗(yàn)：室內(nèi)試驗(yàn)：側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn) 室外試驗(yàn)：室外試驗(yàn)：載荷試驗(yàn)載荷試驗(yàn) 旁壓試驗(yàn)旁壓試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) 靜力觸探試驗(yàn)靜力觸探試驗(yàn)111 1、側(cè)限壓縮試驗(yàn)、側(cè)限壓縮試驗(yàn)三三聯(lián)聯(lián)固固結(jié)結(jié)儀儀三、側(cè)限壓縮試驗(yàn)（固結(jié)試驗(yàn)）及土的壓縮性指標(biāo)三、側(cè)限壓縮試驗(yàn)（固結(jié)試驗(yàn)）及土的壓縮性指標(biāo)側(cè)限壓縮試驗(yàn)儀器主要有壓縮容器、加壓設(shè)備、量測(cè)設(shè)備組成。側(cè)限壓縮試驗(yàn)儀器主要

7、有壓縮容器、加壓設(shè)備、量測(cè)設(shè)備組成。12注意：注意：土樣在豎直土樣在豎直壓力作用下，由于壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形變形剛性護(hù)環(huán)剛性護(hù)環(huán)加壓活塞加壓活塞透水石透水石環(huán)刀環(huán)刀底座底座水槽水槽土樣土樣荷載荷載透水石透水石132 2、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)方法 施加荷載，使土樣壓至變形穩(wěn)定，用百分表測(cè)出土樣的變形量。求出施加荷載，使土樣壓至變形穩(wěn)定，用百分表測(cè)出土樣的變形量。求出土樣的孔隙比，繪制土的壓縮曲線，即土樣的孔隙比，繪制土的壓縮曲線，即e-pe-p曲線。曲線。3 3、計(jì)算孔隙比、計(jì)算孔隙比e ei i： 已知：

8、已知： 試樣初始高度試樣初始高度H H0 0， 試樣初始孔隙比試樣初始孔隙比e e0 0求每級(jí)壓力求每級(jí)壓力p p穩(wěn)定后，試樣的孔隙比穩(wěn)定后，試樣的孔隙比e ei i141e0e孔隙孔隙固體固體顆粒顆粒H0Seii000e1e1SHH000iHS)e1 (ee由三相草圖：由三相草圖：可得到可得到e-pe-p關(guān)系關(guān)系試件橫截面積試件橫截面積A=1A=11)1 (000wsde15 根據(jù)試驗(yàn)的各級(jí)壓力和對(duì)應(yīng)各級(jí)壓力作用下的孔隙比，橫坐標(biāo)表根據(jù)試驗(yàn)的各級(jí)壓力和對(duì)應(yīng)各級(jí)壓力作用下的孔隙比，橫坐標(biāo)表示壓力，縱坐標(biāo)表示孔隙比，據(jù)此得到曲線的壓縮曲線。示壓力，縱坐標(biāo)表示孔隙比，據(jù)此得到曲線的壓縮曲線。 兩種

9、表示方法：兩種表示方法：曲線曲線、pepelg16 從從e-p曲線可見(jiàn)曲線可見(jiàn):同一曲線，在相同壓力差作用下孔隙比變化不同，同一曲線，在相同壓力差作用下孔隙比變化不同，初始階段曲線較陡，土的壓縮量大，以后曲線逐漸平緩初始階段曲線較陡，土的壓縮量大，以后曲線逐漸平緩,土的壓縮量小。土的壓縮量小。因?yàn)殡S著孔隙比的減小，土的密實(shí)度增加到一定程度后，土粒移動(dòng)越來(lái)越因?yàn)殡S著孔隙比的減小，土的密實(shí)度增加到一定程度后，土粒移動(dòng)越來(lái)越困難，壓縮量減小。困難，壓縮量減小。17 不同類(lèi)型的土，壓縮曲線有很大的差別：密實(shí)砂土的比較平緩，不同類(lèi)型的土，壓縮曲線有很大的差別：密實(shí)砂土的比較平緩，說(shuō)明壓力增加時(shí)，土的孔隙

10、減小較慢；而軟粘土的比較陡，說(shuō)明壓力說(shuō)明壓力增加時(shí)，土的孔隙減小較慢；而軟粘土的比較陡，說(shuō)明壓力增加時(shí)，孔隙比減小較快，所以軟粘土的壓縮性比砂土的壓縮性要大。增加時(shí)，孔隙比減小較快，所以軟粘土的壓縮性比砂土的壓縮性要大。18n壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)n壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)n側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量根據(jù)壓縮性指標(biāo)，判斷土的壓縮性大小。根據(jù)壓縮性指標(biāo)，判斷土的壓縮性大小。SEaCC四、土的壓縮性指標(biāo)四、土的壓縮性指標(biāo)191. 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)應(yīng)力增量的比值力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲線曲線pe 當(dāng)外荷載引起

11、的壓力變化當(dāng)外荷載引起的壓力變化范圍不大時(shí)，范圍不大時(shí)，P1P1增加到增加到P2P2，用直線用直線M1M2M1M2代替曲線。代替曲線。1221ppeepea 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a a表示的是單位壓力增量作用下的孔隙比的減小值，因表示的是單位壓力增量作用下的孔隙比的減小值，因此，壓縮系數(shù)此，壓縮系數(shù)a a 越大，土的壓縮性就越大。越大，土的壓縮性就越大。dpdea20e-pe-p曲線曲線壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a a土的類(lèi)別土的類(lèi)別a a1-21-2 (MPa (MPa-1-1) )高壓縮性土高壓縮性土0.50.5中壓縮性土中壓縮性土0.1-0.50.1-0.5低壓縮性土低壓縮性土0.10.1 規(guī)范規(guī)范用

12、用p p1 1100kPa100kPa、 p p2 2200kPa200kPa對(duì)應(yīng)的壓對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)縮系數(shù)a a1-21-2評(píng)價(jià)土的壓縮性評(píng)價(jià)土的壓縮性壓縮系數(shù)：壓縮系數(shù)：pea0 0100100200200 3003000.60.60.70.70.80.80.90.91.01.0e epe p(kPa)p(kPa)21100100100010000.60.60.70.70.80.80.90.9e eC Cc c1 1p(kPap(kPa，lg)lg)e-lgpe-lgp曲線曲線n 特點(diǎn)：特點(diǎn)：在壓力較大部分，接近直線段在壓力較大部分，接近直線段n 2 2、壓縮指數(shù)、壓縮指數(shù)CCC Cc c值

13、與值與a a不同，不同，a a不是常量，而不是常量，而C Cc c在壓力較在壓力較大時(shí)是常數(shù)，大時(shí)是常數(shù)，C Cc c越大，土的壓縮性越高。越大，土的壓縮性越高。C Cc c 0.2 0.2，低壓縮性土；低壓縮性土； 0.2 0.2C Cc c 0.4 0.4 0.4，高壓縮性土，高壓縮性土。12212211()/lglglgceepCeeppp22 土的試樣在完全側(cè)限條件下豎向受壓，應(yīng)力增量與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)鐾恋脑嚇釉谕耆珎?cè)限條件下豎向受壓，應(yīng)力增量與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恐?。量之比。n 3 3、壓縮模量：（側(cè)限壓縮模量）、壓縮模量：（側(cè)限壓縮模量）SEHHpppEzs12Es1-24MPa時(shí)，為高壓

14、縮性土；時(shí)，為高壓縮性土；4MPaEs1-220MPa時(shí)，為中壓縮性土；時(shí)，為中壓縮性土；Es1-220MPa時(shí)，為低壓縮性土。時(shí)，為低壓縮性土。23n 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)n 側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量1 1e e0 0e孔隙孔隙固體固體顆粒顆粒e1 pEspea 0e1eae0s1E由定義：由定義： 說(shuō)明：說(shuō)明：土的壓縮模量土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)與土的的壓縮系數(shù)a成反比，成反比， Es愈大，愈大， a愈小，愈小，土的壓縮性愈低土的壓縮性愈低n 4 4、壓縮模量與壓縮系數(shù)的關(guān)系、壓縮模量與壓縮系數(shù)的關(guān)系245 5、土層側(cè)限壓縮變形量的計(jì)算、土層側(cè)限壓縮變形量的計(jì)算若已知土層側(cè)限壓縮模量，

15、則土層側(cè)限壓縮變形量公式：若已知土層側(cè)限壓縮模量，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：1121hEpphEhsSz若已知土層的壓縮系數(shù)若已知土層的壓縮系數(shù)a a，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：若已知土層的側(cè)限壓縮試驗(yàn)中的壓縮曲線，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：若已知土層的側(cè)限壓縮試驗(yàn)中的壓縮曲線，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：1112111)(1heppaheahz11211heeeh25 4.2.3 土的壓縮性原位測(cè)試（載荷試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)）土的壓縮性原位測(cè)試（載荷試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)） 遇到下列情況，側(cè)限壓縮不適用：地基土為軟土、粉細(xì)砂，取土取不上來(lái)遇到下列情況，側(cè)限壓縮不適用：地基土為軟土

16、、粉細(xì)砂，取土取不上來(lái)或取樣困難；或者土層不均勻，土試樣尺寸小，代表性差?；蛉永щy；或者土層不均勻，土試樣尺寸小，代表性差。 所以，采用原位測(cè)試。所以，采用原位測(cè)試。 4.2.3 土的壓縮性原位測(cè)試（載荷試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)）土的壓縮性原位測(cè)試（載荷試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)）1、 在試驗(yàn)土面上逐級(jí)加荷載并測(cè)定每級(jí)荷載下土的變形，繪制荷載在試驗(yàn)土面上逐級(jí)加荷載并測(cè)定每級(jí)荷載下土的變形，繪制荷載-沉降沉降曲線。曲線。 2、裝置裝置（a）堆重-千斤頂式 （b）地錨-千斤頂式 （c）基槽承載式加載裝置、反力裝置、觀測(cè)裝置加載裝置、反力裝置、觀測(cè)裝置n載荷試驗(yàn)方法及加荷標(biāo)準(zhǔn)載荷試驗(yàn)方法及加荷標(biāo)準(zhǔn)淺層平板試驗(yàn)、深層平板

17、試驗(yàn)的適用條件及要求：淺層平板試驗(yàn)、深層平板試驗(yàn)的適用條件及要求： 地基土淺層平板試驗(yàn)：適用于確定淺層地基土的承壓板下應(yīng)力主要影地基土淺層平板試驗(yàn)：適用于確定淺層地基土的承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力和變形參數(shù)。響范圍內(nèi)的承載力和變形參數(shù)。 地基深層平板試驗(yàn)適用于確定地基深部土層及大直徑樁的樁端土層在地基深層平板試驗(yàn)適用于確定地基深部土層及大直徑樁的樁端土層在承載板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力和變形參數(shù)。承載板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力和變形參數(shù)。 淺層平板載荷試驗(yàn)要求：淺層平板載荷試驗(yàn)要求： 深層平板試驗(yàn)要求：深層平板試驗(yàn)要求： n荷載試驗(yàn)終止加載的條件荷載試驗(yàn)終止加載的條件（1）承載

18、板周?chē)耐撩黠@側(cè)向擠出或發(fā)生裂紋；）承載板周?chē)耐撩黠@側(cè)向擠出或發(fā)生裂紋；（2）沉降）沉降s急劇增大，荷載急劇增大，荷載p 沉降沉降s曲線出現(xiàn)陡降段；曲線出現(xiàn)陡降段；（3）在某一荷載下，）在某一荷載下，24小時(shí)內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；小時(shí)內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；（4）沉降）沉降s0.08b（b為承壓板寬度或直徑）。為承壓板寬度或直徑）。（1）沉降）沉降s急劇增大，急劇增大，p s曲線上有可判斷極限承載力的陡降段，且沉降曲線上有可判斷極限承載力的陡降段，且沉降量超過(guò)量超過(guò)0.04d，（，（d為承壓板直徑）；為承壓板直徑）；（2）在某一荷載下，）在某一荷載下，24小時(shí)內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定

19、標(biāo)準(zhǔn)；小時(shí)內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；（3）本級(jí)沉降量大于前一級(jí)沉降量的）本級(jí)沉降量大于前一級(jí)沉降量的5倍。倍。（4）當(dāng)持力層堅(jiān)硬，沉降量很小時(shí)，最大加載量不下于設(shè)計(jì)要求的）當(dāng)持力層堅(jiān)硬，沉降量很小時(shí)，最大加載量不下于設(shè)計(jì)要求的2倍。倍。實(shí)際荷載不允許達(dá)到極限荷載實(shí)際荷載不允許達(dá)到極限荷載pu，通常安全系數(shù)，通常安全系數(shù)K=23。n4、 荷載荷載-沉降曲線（沉降曲線（p-s 曲線）可以分為三個(gè)變形階段：曲線）可以分為三個(gè)變形階段：l 直線變形階段（比例界限荷載或臨塑荷載直線變形階段（比例界限荷載或臨塑荷載pcr）l 局部變形階段（塑性變形區(qū)逐漸擴(kuò)大，壓力板沉降顯著增大）局部變形階段（塑性變形區(qū)

20、逐漸擴(kuò)大，壓力板沉降顯著增大）l 完全破壞階段（地基失穩(wěn)破壞，極限荷載完全破壞階段（地基失穩(wěn)破壞，極限荷載pu）n 5 地基土的變形模量是指地基土的變形模量是指情況下單軸受壓時(shí)應(yīng)力與情況下單軸受壓時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之比。應(yīng)變之比。p- -s 曲線的曲線的oa段近似成直線關(guān)系，運(yùn)用彈性理段近似成直線關(guān)系，運(yùn)用彈性理論計(jì)算論計(jì)算E0為：為：式中：式中：pcr 比例界限荷載；比例界限荷載； s 實(shí)測(cè)的沉降量；實(shí)測(cè)的沉降量； 沉降系數(shù)（方形板沉降系數(shù)（方形板0.88，圓形板，圓形板0.79）；）； b 矩形荷載的短邊或圓形荷載的直徑。矩形荷載的短邊或圓形荷載的直徑。)(1 (20sbpvEcrn6、土的變形

21、模量與壓縮模量的關(guān)系、土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系n模量模量E0是在現(xiàn)場(chǎng)土柱周?chē)耐馏w起到一定的側(cè)限作用測(cè)得是在現(xiàn)場(chǎng)土柱周?chē)耐馏w起到一定的側(cè)限作用測(cè)得的；而壓縮模量的；而壓縮模量Es是在室內(nèi)土體完全側(cè)限條件下測(cè)得的。是在室內(nèi)土體完全側(cè)限條件下測(cè)得的。 理論上理論上E0和和Es可以通過(guò)材料力學(xué)進(jìn)行換算。由理論換算可以通過(guò)材料力學(xué)進(jìn)行換算。由理論換算兩者的兩者的：此關(guān)系是理論關(guān)系，由于實(shí)際中影響因素復(fù)雜，并不：此關(guān)系是理論關(guān)系，由于實(shí)際中影響因素復(fù)雜，并不能完全反映能完全反映E0與與Es之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。sssEEvKEvvE)21 ()121 (020n二、旁壓試驗(yàn)二、旁壓試驗(yàn) 當(dāng)基礎(chǔ)當(dāng)

22、基礎(chǔ)在地下水位以下。在地下水位以下。：使工作腔的變形符合：使工作腔的變形符合，腔體外部用一塊，腔體外部用一塊包起來(lái)，其受包起來(lái)，其受到壓力作用后產(chǎn)生到壓力作用后產(chǎn)生，擠壓孔周?chē)耐?。，擠壓孔周?chē)耐?。n pV三個(gè)階段：三個(gè)階段： 初步接觸階段（完全緊貼壓力初步接觸階段（完全緊貼壓力p0）；）； 似彈性階段（近似直線段，臨塑壓力似彈性階段（近似直線段，臨塑壓力pf）；）； 塑性階段（變形迅速增加，極限壓力塑性階段（變形迅速增加，極限壓力pl）。）。由曲線第二階段的坡度可得：由曲線第二階段的坡度可得：VpVVvEmM)(1 (234旁壓試驗(yàn)：旁壓試驗(yàn)：適于原位測(cè)試粘性土、粉土、砂土、軟質(zhì)巖石、風(fēng)化

23、巖石。適于原位測(cè)試粘性土、粉土、砂土、軟質(zhì)巖石、風(fēng)化巖石。該試驗(yàn)方法起源于德國(guó)，在法國(guó)得到應(yīng)用和發(fā)展，我國(guó)該試驗(yàn)方法起源于德國(guó)，在法國(guó)得到應(yīng)用和發(fā)展，我國(guó)6060年代開(kāi)始研制旁壓年代開(kāi)始研制旁壓儀，研制成功了自鉆式旁壓儀和同時(shí)量測(cè)孔隙水壓力、測(cè)定土層波速的多功儀，研制成功了自鉆式旁壓儀和同時(shí)量測(cè)孔隙水壓力、測(cè)定土層波速的多功能自鉆旁壓儀。能自鉆旁壓儀。特點(diǎn)：特點(diǎn)：耗資少、輕便簡(jiǎn)單，能進(jìn)行深層的原位測(cè)試，深度可達(dá)耗資少、輕便簡(jiǎn)單，能進(jìn)行深層的原位測(cè)試，深度可達(dá)20m20m以上。以上。355 5、土層側(cè)限壓縮變形量的計(jì)算、土層側(cè)限壓縮變形量的計(jì)算若已知土層側(cè)限壓縮模量，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：若

24、已知土層側(cè)限壓縮模量，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：1121hEpphEhsSz若已知土層的壓縮系數(shù)若已知土層的壓縮系數(shù)a a，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：若已知土層的側(cè)限壓縮試驗(yàn)中的壓縮曲線，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：若已知土層的側(cè)限壓縮試驗(yàn)中的壓縮曲線，則土層側(cè)限壓縮變形量公式：1112111)(1heppaheahz11211heeeh364.3 4.3 地基沉降量計(jì)算地基沉降量計(jì)算 建筑物的沉降量：建筑物的沉降量：地基土壓縮變形達(dá)固結(jié)穩(wěn)定時(shí)的最大沉地基土壓縮變形達(dá)固結(jié)穩(wěn)定時(shí)的最大沉降量，也稱(chēng)地基沉降量。降量，也稱(chēng)地基沉降量。n 計(jì)算目的：計(jì)算目的：在建筑設(shè)計(jì)中需預(yù)

25、知該建筑物建成后將產(chǎn)生的在建筑設(shè)計(jì)中需預(yù)知該建筑物建成后將產(chǎn)生的最終最終沉降量、沉降差、傾斜和局部?jī)A斜沉降量、沉降差、傾斜和局部?jī)A斜，判斷地基變形值是，判斷地基變形值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。程措施提供科學(xué)依據(jù)，保證建筑物的安全。n 計(jì)算方法：計(jì)算方法：l建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007-2011)(GB 50007-2011)規(guī)范法規(guī)范法l 分層總和法分層總和法l 彈性力學(xué)方法彈性力學(xué)方法371 1、基本假定和方法、基本假定和方法4.3.14.3.1

26、分層總和法分層總和法（1 1）基底壓力為線性分布）基底壓力為線性分布 （2 2）采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力，用彈性理論進(jìn)行計(jì)算）采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力，用彈性理論進(jìn)行計(jì)算（3 3）只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)）只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)（4 4）只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降）只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降（5 5）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和：（6）適當(dāng)考慮上述假定引入的誤差，根據(jù)荷載和地基條件對(duì)計(jì)算沉降）適當(dāng)考慮上述假定引入的誤差，根據(jù)荷載和地基條件對(duì)計(jì)算沉降量進(jìn)行修正量進(jìn)行修

27、正inSsssS.2138d地面地面基底基底pp0 d 自重應(yīng)自重應(yīng)力力附加應(yīng)附加應(yīng)力力沉降計(jì)算沉降計(jì)算深度深度2、計(jì)算步驟、計(jì)算步驟(1)按比例尺繪制地基土層按比例尺繪制地基土層 和基礎(chǔ)和基礎(chǔ)剖面圖剖面圖(2) 地基分層地基分層Hi 不同土層界面；不同土層界面； 地下水位線；地下水位線； 每層厚度不宜超過(guò)每層厚度不宜超過(guò)0.4b； z 變化明顯的土層，適當(dāng)取小。變化明顯的土層，適當(dāng)取小。(3)地基豎向自重應(yīng)力地基豎向自重應(yīng)力cz、附加應(yīng)附加應(yīng)力力 z分布圖。分布圖。分別計(jì)算基底處、土層層面處及地下水位面處的自重應(yīng)力，分別計(jì)算基底處、土層層面處及地下水位面處的自重應(yīng)力，并畫(huà)在基礎(chǔ)中心線的左側(cè)；

28、并畫(huà)在基礎(chǔ)中心線的左側(cè)；z是由基底附加應(yīng)力引起的是由基底附加應(yīng)力引起的,并畫(huà)在基礎(chǔ)中心線的右側(cè)；并畫(huà)在基礎(chǔ)中心線的右側(cè)；3940d地面地面基底基底pp0 d 自重應(yīng)自重應(yīng)力力附加應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計(jì)算深度沉降計(jì)算深度sziziHi(4) 確定地基沉降計(jì)算深度確定地基沉降計(jì)算深度(地基壓縮層深度地基壓縮層深度)。 0.2zc0.1zc地基沉降計(jì)算深度的下限，一般取地基沉降計(jì)算深度的下限，一般取地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的20%處，即處，即 處，處， 在該在該深度以下如有高壓縮性土，則應(yīng)繼深度以下如有高壓縮性土，則應(yīng)繼續(xù)向下計(jì)算至續(xù)向下計(jì)算至 處：處：41d地面地面基底基底p

29、p0 d 自重應(yīng)自重應(yīng)力力附加應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計(jì)算深度沉降計(jì)算深度sziziHi(5)計(jì)算地基各分層自重應(yīng)力平計(jì)算地基各分層自重應(yīng)力平 均值均值p1i和自重應(yīng)力平均值與附和自重應(yīng)力平均值與附加應(yīng)力平均值之和加應(yīng)力平均值之和p2i。112ciciip11222ciciziziipcz自地表算起自地表算起z自基底算起自基底算起p2i=p1i+pi pi為附加應(yīng)力平均值為附加應(yīng)力平均值42d地面地面基底基底pp0 d 自重應(yīng)自重應(yīng)力力附加應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計(jì)算深度沉降計(jì)算深度sziziHi（6）由土的壓縮曲線分別依）由土的壓縮曲線分別依1212,iiiippee確定由室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)的由室內(nèi)側(cè)限壓縮試

30、驗(yàn)的e-p曲曲線確定荷載線確定荷載p對(duì)應(yīng)孔隙比對(duì)應(yīng)孔隙比e。43(7)(7)計(jì)算每層沉降量計(jì)算每層沉降量S Si iHid d地面地面基底基底計(jì)算深度計(jì)算深度 p pp p0 0 d d z z szszczizi(8)(8)計(jì)算地基最終沉降量計(jì)算地基最終沉降量isiziihEsiziiiheas11iiiheees1211niinsssss12144F被工程界廣泛采用的沉降量計(jì)算方法被工程界廣泛采用的沉降量計(jì)算方法 C優(yōu)點(diǎn)：概念明確、計(jì)算過(guò)程及變形指標(biāo)的選取比較簡(jiǎn)優(yōu)點(diǎn)：概念明確、計(jì)算過(guò)程及變形指標(biāo)的選取比較簡(jiǎn)便、易于掌握。已經(jīng)積累了幾十年應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)便、易于掌握。已經(jīng)積累了幾十年應(yīng)用的經(jīng)

31、驗(yàn)，適當(dāng)修正。修正。單向分層總和法的評(píng)價(jià)單向分層總和法的評(píng)價(jià)C缺點(diǎn)：作了許多的假設(shè)，與實(shí)際情況是不符的，側(cè)限缺點(diǎn)：作了許多的假設(shè)，與實(shí)際情況是不符的，側(cè)限條件、基底壓力計(jì)算有一定的誤差；室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)也條件、基底壓力計(jì)算有一定的誤差；室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)也有誤差；計(jì)算工作量大，對(duì)堅(jiān)實(shí)地基，結(jié)果偏大，對(duì)有誤差；計(jì)算工作量大，對(duì)堅(jiān)實(shí)地基，結(jié)果偏大，對(duì)軟弱地基，結(jié)果偏小。軟弱地基，結(jié)果偏小。45（3 3）精度：）精度：各種假定導(dǎo)致各種假定導(dǎo)致 S 的誤差，如：的誤差，如：取中點(diǎn)下附加應(yīng)力值，使取中點(diǎn)下附加應(yīng)力值，使 S S 偏大偏大; ;側(cè)限壓縮假定使計(jì)算值偏小；側(cè)限壓縮假定使計(jì)算值偏小； 地基不均勻性導(dǎo)致的

32、誤差等。地基不均勻性導(dǎo)致的誤差等。n基底壓力線性分布基底壓力線性分布n彈性附加應(yīng)力計(jì)算彈性附加應(yīng)力計(jì)算n單向壓縮單向壓縮n只計(jì)主固結(jié)沉降只計(jì)主固結(jié)沉降n原狀土現(xiàn)場(chǎng)取樣的擾動(dòng)原狀土現(xiàn)場(chǎng)取樣的擾動(dòng)n參數(shù)為常數(shù)參數(shù)為常數(shù)n按中點(diǎn)下附加應(yīng)力計(jì)算按中點(diǎn)下附加應(yīng)力計(jì)算4647isiziihEsiziiiheas11iiiheees1211484.3.2規(guī)范法規(guī)范法 (應(yīng)力面積應(yīng)力面積)計(jì)算最終沉降計(jì)算最終沉降n沿用分層總和法的假設(shè)，也采用側(cè)限條件的壓縮性指標(biāo)，并引入平均附沿用分層總和法的假設(shè)，也采用側(cè)限條件的壓縮性指標(biāo)，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)。使計(jì)算結(jié)果比分層總和法更接近加應(yīng)力系數(shù)和

33、地基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。使計(jì)算結(jié)果比分層總和法更接近于實(shí)際。于實(shí)際。 均質(zhì)地基土，在側(cè)限條件下，壓縮模量均質(zhì)地基土，在側(cè)限條件下，壓縮模量Es不隨深度而變，從不隨深度而變，從基底至深度基底至深度z的壓縮量為的壓縮量為siEAs 第第i i分層附加應(yīng)力分布圖分層附加應(yīng)力分布圖的面積的面積1、第、第i 分層壓縮量的計(jì)算分層壓縮量的計(jì)算i0iiziiHpHA49 利用附加應(yīng)力面積利用附加應(yīng)力面積A的等代值，計(jì)算地基任意深度范圍的等代值，計(jì)算地基任意深度范圍內(nèi)的沉降量，因此第內(nèi)的沉降量，因此第i層沉降量為層沉降量為)(11011iiiisisiiiiiizzEpEAAsss成層地基最終沉降量的基本公式成

34、層地基最終沉降量的基本公式zi-1地基沉降計(jì)算深度地基沉降計(jì)算深度znzizzi-153 4612b12345612ip0i-1p0p0p0第第n層層第第i層層zi)(11101iiiinisiniizzEpssAiAi-150二二 規(guī)范法規(guī)范法20112011）4-54-5上節(jié)內(nèi)容回顧上節(jié)內(nèi)容回顧n分層總和法計(jì)算沉降量的假定和步驟。分層總和法計(jì)算沉降量的假定和步驟。n規(guī)范法計(jì)算沉降量的假定和步驟規(guī)范法計(jì)算沉降量的假定和步驟 沉降量修正：采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力作為計(jì)算依據(jù)，沉降量修正：采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力作為計(jì)算依據(jù)，沉降計(jì)算值會(huì)比實(shí)際偏大；又假設(shè)基礎(chǔ)底面一下的土層處于沉降計(jì)算值會(huì)比

35、實(shí)際偏大；又假設(shè)基礎(chǔ)底面一下的土層處于完全側(cè)限狀態(tài)，只產(chǎn)生豎向一維壓縮，沉降計(jì)算值比實(shí)際偏完全側(cè)限狀態(tài)，只產(chǎn)生豎向一維壓縮，沉降計(jì)算值比實(shí)際偏??；還有其他的誤差，土的擾動(dòng)，壓縮指標(biāo)不準(zhǔn)，土質(zhì)不均??；還有其他的誤差，土的擾動(dòng)，壓縮指標(biāo)不準(zhǔn)，土質(zhì)不均勻等，使理論計(jì)算的沉降量和建筑物的實(shí)測(cè)沉降量并不相符勻等，使理論計(jì)算的沉降量和建筑物的實(shí)測(cè)沉降量并不相符，存在一定的差異。，存在一定的差異。51n差異大小與地基土的種類(lèi)、基礎(chǔ)的形式、基底設(shè)計(jì)壓力差異大小與地基土的種類(lèi)、基礎(chǔ)的形式、基底設(shè)計(jì)壓力大小及土的壓縮性有關(guān)。所以用觀測(cè)資料和計(jì)算沉降量大小及土的壓縮性有關(guān)。所以用觀測(cè)資料和計(jì)算沉降量相比，得出不同情

36、況下的沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)：相比，得出不同情況下的沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)： 預(yù)估沉降量：預(yù)估沉降量： 52ssss規(guī)范規(guī)定：如果本地區(qū)沒(méi)有，參看似沉降觀測(cè)資料得出。經(jīng)驗(yàn)沉降統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或類(lèi):s5354nnii 1s0.025s 0iiii 1i 1sips(zz)E 規(guī)范法計(jì)算基礎(chǔ)沉降量步驟為：規(guī)范法計(jì)算基礎(chǔ)沉降量步驟為： 計(jì)算基底附加應(yīng)力；計(jì)算基底附加應(yīng)力； 以天然土層作為分層面（即按以天然土層作為分層面（即按E Es s分層）；分層）；確定壓縮層厚度確定壓縮層厚度z zn n，采用變形比，采用變形比 分別計(jì)算每層土的變形量分別計(jì)算每層土的變形量 (6)(6)計(jì)算基礎(chǔ)總沉降量計(jì)算基礎(chǔ)總沉降量)(1110i

37、iiiniisisszzEpss計(jì)算計(jì)算 , ,查表確定經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)查表確定經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù) s ssE教材教材P105P105：例：例3 3、例、例4.4.55【例題例題4-1】設(shè)基礎(chǔ)底面尺寸為設(shè)基礎(chǔ)底面尺寸為4.8 m23.2 m2，埋深為，埋深為1.5 m，傳，傳至地面的中心荷載至地面的中心荷載F=1 800 kN，地基的土層分層及各層土的側(cè)限壓縮模，地基的土層分層及各層土的側(cè)限壓縮模量（相應(yīng)于自重應(yīng)力至自重應(yīng)力加附加應(yīng)力段）如圖量（相應(yīng)于自重應(yīng)力至自重應(yīng)力加附加應(yīng)力段）如圖4-18所示，持力層所示，持力層的地基承載力為的地基承載力為fk=180 kPa，用應(yīng)力面積法計(jì)算基礎(chǔ)中點(diǎn)的最終沉降。

38、，用應(yīng)力面積法計(jì)算基礎(chǔ)中點(diǎn)的最終沉降。 （2）計(jì)算過(guò)程見(jiàn)）計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表表4-9，計(jì)算沉降量為計(jì)算沉降量為123.4 mm?！窘饨狻浚?）基底附加壓力）基底附加壓力kPap1205 . 1182 . 38 . 4205 . 12 . 38 . 41800056（3）確定沉降計(jì)算深度）確定沉降計(jì)算深度zn根據(jù)根據(jù)b=3.2 m查查表表4-7 上可得上可得z0.6 m相應(yīng)于往上取相應(yīng)于往上取0.6m厚度范圍（即厚度范圍（即 7.48.0 m深度范圍）的土層計(jì)算沉降量為深度范圍）的土層計(jì)算沉降量為1.3 mm0.025123.4 mm=3.08 mm，滿足要求，故沉降計(jì)算深度可取為，滿足要求，故沉降計(jì)

39、算深度可取為8.0 m。（4）確定修正系數(shù)）確定修正系數(shù) s 由于由于p00.75fk=135 kPa，查，查 表表4-8 得：得： s =1.04 MPappEzzEzzEzzEzpzpEAAEssssnnnsiinis36. 320. 6067. 020. 6271. 060. 2094. 166. 3024. 2456. 3)()()()0()0(/0043344322332112210110001157z(m) 0.04.8/3.2=1.50/1.6=0.04 0.2500=1.00000.0002.42.4/1.6=1.54 0.2108=1.00002.0242.0243.6666

40、.366.35.64 0.1392=1.00003.1181.0942.650.5116.87.440.1145=0.45803.3890.2716.25.3122.18.040.1080=0.4320 3.456 0.0676.21.30.025123.4123.4lbzbiiiZ11iiiiZZ)(MPaES()ismm()ismm應(yīng)力面積法計(jì)算地基最終沉降應(yīng)力面積法計(jì)算地基最終沉降58（5）計(jì)算基礎(chǔ)中點(diǎn)最終沉降量）計(jì)算基礎(chǔ)中點(diǎn)最終沉降量mmzzEpSsiiiisiss3 .1284 .12304. 1)(1141059研究表明：基礎(chǔ)按其沉降原研究表明：基礎(chǔ)按其沉降原因和次序分為三部分沉降

41、。因和次序分為三部分沉降。初始沉降初始沉降(瞬時(shí)沉降瞬時(shí)沉降) Sd：加荷載后立即發(fā)生的沉降，對(duì)飽和加荷載后立即發(fā)生的沉降，對(duì)飽和土地基，土中水尚未排出的條件下，沉降主要有土體側(cè)向變形土地基，土中水尚未排出的條件下，沉降主要有土體側(cè)向變形引起。引起。 tSS Sd d ：初始瞬時(shí)沉降：初始瞬時(shí)沉降Ss: 次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降S Sc c：主固結(jié)沉降：主固結(jié)沉降scdSSSS 4.3.44.3.4考慮不同變形階段的考慮不同變形階段的沉降計(jì)算沉降計(jì)算60主固結(jié)沉降主固結(jié)沉降(滲流固結(jié)沉降滲流固結(jié)沉降) Sc 由于超孔隙水壓力逐漸向有由于超孔隙水壓力逐漸向有效應(yīng)力轉(zhuǎn)化，使土體積壓縮而引效應(yīng)力轉(zhuǎn)化，使

42、土體積壓縮而引起的滲透固結(jié)沉降。起的滲透固結(jié)沉降。是地基變形是地基變形的主要部分。取決于孔隙水的排的主要部分。取決于孔隙水的排出速率。（粗粒土、細(xì)粒土）出速率。（粗粒土、細(xì)粒土）tSS Sd d ：初始瞬時(shí)沉降：初始瞬時(shí)沉降Ss: 次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降S Sc c：主固結(jié)沉降：主固結(jié)沉降對(duì)于粘性土，對(duì)于粘性土，完成固結(jié)所需要時(shí)間長(zhǎng)，尤其是深厚飽和軟粘土層，其固結(jié)完成固結(jié)所需要時(shí)間長(zhǎng)，尤其是深厚飽和軟粘土層，其固結(jié)變形需要經(jīng)過(guò)幾年甚至幾十年才能完成。變形需要經(jīng)過(guò)幾年甚至幾十年才能完成。一般認(rèn)為：低壓縮性土施工期間可完成壓縮的一般認(rèn)為：低壓縮性土施工期間可完成壓縮的5080%5080%，中壓縮性土

43、完成最，中壓縮性土完成最終沉降量的終沉降量的2050%2050%，高壓縮性粘土完成沉降量的，高壓縮性粘土完成沉降量的520%520%。對(duì)于碎石和砂土對(duì)于碎石和砂土，認(rèn)為在施工期間固結(jié)完成。，認(rèn)為在施工期間固結(jié)完成。61次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降 Ss 主固結(jié)沉降完成以后，超孔隙水壓力基本消散后，主要有土粒表面結(jié)合主固結(jié)沉降完成以后，超孔隙水壓力基本消散后，主要有土粒表面結(jié)合水膜發(fā)生蠕變等引起的，它隨時(shí)間及其緩慢地沉降。水膜發(fā)生蠕變等引起的，它隨時(shí)間及其緩慢地沉降。tSS Sd d ：初始瞬時(shí)沉降：初始瞬時(shí)沉降Ss: 次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降S Sc c：主固結(jié)沉降：主固結(jié)沉降62C Cc c1 11 1

44、C Ce e4.5.1土的側(cè)限回彈曲線和再壓縮曲線指數(shù)土的側(cè)限回彈曲線和再壓縮曲線指數(shù)ap(lgkP )，e e土的回彈曲線和再壓縮曲線土的回彈曲線和再壓縮曲線4.54.5應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響63 在壓縮試驗(yàn)過(guò)程中加壓至某值后逐級(jí)卸壓，土樣即回彈。在壓縮試驗(yàn)過(guò)程中加壓至某值后逐級(jí)卸壓，土樣即回彈。繪制相應(yīng)的孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，稱(chēng)為繪制相應(yīng)的孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，稱(chēng)為回彈曲線回彈曲線。由。由于土體不是彈性體，故卸壓后土樣在壓力于土體不是彈性體，故卸壓后土樣在壓力 pb 作用下發(fā)生的作用下發(fā)生的總壓縮變形并不能完全恢復(fù)，而只能恢復(fù)其一部分。可恢總壓縮變形并不能完全

45、恢復(fù)，而只能恢復(fù)其一部分?？苫謴?fù)的這部分變形是復(fù)的這部分變形是彈性變形彈性變形，不可恢復(fù)的變形則稱(chēng)為，不可恢復(fù)的變形則稱(chēng)為殘余殘余變形變形。如卸壓后又重新逐級(jí)加壓，則相應(yīng)的孔隙比與壓力。如卸壓后又重新逐級(jí)加壓，則相應(yīng)的孔隙比與壓力的關(guān)系曲線段稱(chēng)為的關(guān)系曲線段稱(chēng)為再壓縮曲線再壓縮曲線。曲線描述：曲線描述：4.5.2天然天然 土層的應(yīng)力歷史土層的應(yīng)力歷史n固結(jié)壓力：使土體產(chǎn)生固結(jié)或壓縮的應(yīng)力，自重應(yīng)力、由外固結(jié)壓力：使土體產(chǎn)生固結(jié)或壓縮的應(yīng)力，自重應(yīng)力、由外荷引起的附加應(yīng)力荷引起的附加應(yīng)力先期固結(jié)應(yīng)力：天然土層在形成歷史上沉積、固結(jié)過(guò)程中受到的最大固結(jié)應(yīng)力。超固結(jié)比 czcOCR現(xiàn)在所受的固結(jié)應(yīng)力

46、先期固結(jié)應(yīng)力OCR=1OCR=1：正常固結(jié)土：正常固結(jié)土OCR1OCR1：超固結(jié)土：超固結(jié)土OCR1OCR1：欠固結(jié)土：欠固結(jié)土n 超固結(jié)比：超固結(jié)比：65A Ap p0 =0 = z = pz = pc c正常固結(jié)土正常固結(jié)土Z Z現(xiàn)在地面現(xiàn)在地面A AP P0 0 = = z pz pz pc c欠固結(jié)土欠固結(jié)土Z Z自重固結(jié)完成后地面自重固結(jié)完成后地面h h現(xiàn)在地面：新填土現(xiàn)在地面：新填土 在工程設(shè)計(jì)中，最常見(jiàn)的是正常固結(jié)土，其土層的壓縮是由建筑荷載產(chǎn)在工程設(shè)計(jì)中，最常見(jiàn)的是正常固結(jié)土，其土層的壓縮是由建筑荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力引起的；超固結(jié)土相當(dāng)于在其形成歷史中已受到過(guò)預(yù)壓力，生的附加應(yīng)力

47、引起的；超固結(jié)土相當(dāng)于在其形成歷史中已受到過(guò)預(yù)壓力，只有當(dāng)?shù)鼗懈郊討?yīng)力與自重應(yīng)力之和超出其先期固結(jié)壓力時(shí)，才會(huì)有明只有當(dāng)?shù)鼗懈郊討?yīng)力與自重應(yīng)力之和超出其先期固結(jié)壓力時(shí)，才會(huì)有明顯的壓縮，因此超固結(jié)土壓縮性較低，對(duì)工程有利；而欠固結(jié)土不僅要考顯的壓縮，因此超固結(jié)土壓縮性較低，對(duì)工程有利；而欠固結(jié)土不僅要考慮附加應(yīng)力產(chǎn)生的壓縮，還要考慮由于自重應(yīng)力作用產(chǎn)生的壓縮，其壓縮慮附加應(yīng)力產(chǎn)生的壓縮，還要考慮由于自重應(yīng)力作用產(chǎn)生的壓縮，其壓縮性較高。性較高。66e ep(lg)p(lg)A AD D在在e-lge-lgp p曲線上，找出曲曲線上，找出曲率半徑最小點(diǎn)率半徑最小點(diǎn)A,A,過(guò)過(guò)A A點(diǎn)點(diǎn)作水平

48、線作水平線A1A1和切線和切線A2A2作作1A21A2的角分線的角分線A3A3，A3A3與試驗(yàn)曲線的直線段交與試驗(yàn)曲線的直線段交于點(diǎn)于點(diǎn)B BB B點(diǎn)對(duì)應(yīng)于先期固結(jié)壓力。點(diǎn)對(duì)應(yīng)于先期固結(jié)壓力。r rminmin1 12 23 3 c c1 1、 前期固結(jié)壓力前期固結(jié)壓力p pc c的確定的確定卡薩格蘭德法卡薩格蘭德法B B4.5.3 現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線n2、需要考慮應(yīng)力歷史對(duì)地基最終沉降量的計(jì)算、需要考慮應(yīng)力歷史對(duì)地基最終沉降量的計(jì)算辦法：判斷土層的固結(jié)屬于正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)；辦法：判斷土層的固結(jié)屬于正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)；還要知道現(xiàn)場(chǎng)土層實(shí)際的壓縮曲線；建立室內(nèi)壓縮曲線

49、與現(xiàn)還要知道現(xiàn)場(chǎng)土層實(shí)際的壓縮曲線；建立室內(nèi)壓縮曲線與現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的關(guān)系。場(chǎng)壓縮曲線的關(guān)系。 一般按正常固結(jié)土，但具體工程具體分析。一般按正常固結(jié)土，但具體工程具體分析。67684.6 4.6 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論n滲流固結(jié)滲流固結(jié): : 飽和粘性土在壓力作用下，孔隙水壓力逐漸消散，有飽和粘性土在壓力作用下，孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸增加，土體變形隨之增加。這一過(guò)程為飽和土效應(yīng)力逐漸增加，土體變形隨之增加。這一過(guò)程為飽和土的滲流固結(jié)。的滲流固結(jié)。694.6 4.6 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論n4.6.1概述概述 在工程實(shí)踐中，不僅需要知道最終沉降

50、量，而且需要預(yù)估建筑物在工程實(shí)踐中，不僅需要知道最終沉降量，而且需要預(yù)估建筑物完工及一段時(shí)間后的沉降量和達(dá)到某一沉降量需要的時(shí)間，需要知道完工及一段時(shí)間后的沉降量和達(dá)到某一沉降量需要的時(shí)間，需要知道沉降與時(shí)間的關(guān)系問(wèn)題。沉降與時(shí)間的關(guān)系問(wèn)題。n在施工期間，建筑物地基不同，完成沉降的時(shí)間也不同在施工期間，建筑物地基不同，完成沉降的時(shí)間也不同 碎石土和砂土因壓縮性小，滲透性大，施工期間地基沉降已全部基本完碎石土和砂土因壓縮性小，滲透性大，施工期間地基沉降已全部基本完成。成。 低壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的低壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的5080%。中壓縮性土，施工期間可以

51、認(rèn)為完成最終沉降量的中壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的2050%。 高壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的高壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的520%。 對(duì)飽和狀態(tài)、厚層淤泥質(zhì)粘土地基，由于孔隙小、壓縮性大，地基沉降對(duì)飽和狀態(tài)、厚層淤泥質(zhì)粘土地基，由于孔隙小、壓縮性大，地基沉降往往需要幾十年才能達(dá)到穩(wěn)定往往需要幾十年才能達(dá)到穩(wěn)定704.6 4.6 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論n4.6.1概述概述 在工程實(shí)踐中，不僅需要知道最終沉降量，而且需要預(yù)估建筑物在工程實(shí)踐中，不僅需要知道最終沉降量，而且需要預(yù)估建筑物完工及一段時(shí)間后的沉降量和達(dá)到某一沉降量需要的時(shí)

52、間，需要知道完工及一段時(shí)間后的沉降量和達(dá)到某一沉降量需要的時(shí)間，需要知道沉降與時(shí)間的關(guān)系問(wèn)題。沉降與時(shí)間的關(guān)系問(wèn)題。n在施工期間，建筑物地基不同，完成沉降的時(shí)間也不同在施工期間，建筑物地基不同，完成沉降的時(shí)間也不同 碎石土和砂土因壓縮性小，滲透性大，施工期間地基沉降已全部基本完碎石土和砂土因壓縮性小，滲透性大，施工期間地基沉降已全部基本完成。成。 低壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的低壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的5080%。中壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的中壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的2050%。 高壓縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的高壓

53、縮性土，施工期間可以認(rèn)為完成最終沉降量的520%。 對(duì)飽和狀態(tài)、厚層淤泥質(zhì)粘土地基，由于孔隙小、壓縮性大，地基沉降對(duì)飽和狀態(tài)、厚層淤泥質(zhì)粘土地基，由于孔隙小、壓縮性大，地基沉降往往需要幾十年才能達(dá)到穩(wěn)定往往需要幾十年才能達(dá)到穩(wěn)定71 飽和土體沉降，孔隙充滿水，必需使空隙中的水排出，飽和土體沉降，孔隙充滿水，必需使空隙中的水排出，土體才能發(fā)生壓縮變形，水從粘性土地基中排出相當(dāng)困難。需土體才能發(fā)生壓縮變形，水從粘性土地基中排出相當(dāng)困難。需要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，時(shí)間長(zhǎng)短，取決于要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，時(shí)間長(zhǎng)短，取決于土層排水厚度土層排水厚度、土粒土粒粒徑和孔隙的大小、土層滲透系數(shù)、荷載大小和壓縮系數(shù)高低粒

54、徑和孔隙的大小、土層滲透系數(shù)、荷載大小和壓縮系數(shù)高低。 滲透固結(jié)是滲透固結(jié)是19251925年太沙基提出，飽和土滲透固結(jié)過(guò)程，年太沙基提出，飽和土滲透固結(jié)過(guò)程，實(shí)質(zhì)是孔實(shí)質(zhì)是孔隙水壓力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力的過(guò)程。隙水壓力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力的過(guò)程。 包括土體空隙中自由水逐漸排出；土體孔隙以某種方式逐漸減??；孔包括土體空隙中自由水逐漸排出；土體孔隙以某種方式逐漸減??；孔隙水壓力逐漸轉(zhuǎn)移到土骨架來(lái)承受，成為有效應(yīng)力。隙水壓力逐漸轉(zhuǎn)移到土骨架來(lái)承受，成為有效應(yīng)力。72wph pt0 hpitt phh 4.6.24.6.2飽和土體滲流固結(jié)飽和土體滲流固結(jié)0t 0ht=0t=0U=0U=00t=0t=00uuhu

55、ttiwi0ut活塞未加載活塞未加載1.1.滲流固結(jié)力學(xué)模型滲流固結(jié)力學(xué)模型73u0=pt=0u=p z =0t= u=0 z =pzu0t u0p p 不透水巖層不透水巖層z z排水面排水面H Hu u ：孔隙水壓力：孔隙水壓力z z ：有效應(yīng)力：有效應(yīng)力p p ：總附加應(yīng)力：總附加應(yīng)力u+u+ z z =p =ppF土層超靜孔壓是土層超靜孔壓是z z和和t t的函數(shù)，的函數(shù)，2.2.兩種應(yīng)力兩種應(yīng)力U U、 在深度上隨時(shí)間的分布在深度上隨時(shí)間的分布),( tzfu74n試想：滲流時(shí)間試想：滲流時(shí)間t與哪些因素有關(guān)？與哪些因素有關(guān)？ p p不透水巖層不透水巖層z z排水面排水面H Hp土層排

56、水距離土層排水距離H H、土層粒徑與孔隙大小、土層粒徑與孔隙大小、土層滲透系數(shù)、荷載大小、土層滲透系數(shù)、荷載大小、壓縮系數(shù)高低壓縮系數(shù)高低7576 飽和土體沉降，孔隙充滿水，必需使空隙中的水排出，飽和土體沉降，孔隙充滿水，必需使空隙中的水排出，土體才能發(fā)生壓縮變形，水從粘性土地基中排出相當(dāng)困難。需土體才能發(fā)生壓縮變形，水從粘性土地基中排出相當(dāng)困難。需要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，時(shí)間長(zhǎng)短，取決于要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，時(shí)間長(zhǎng)短，取決于土層排水厚度土層排水厚度、土粒土粒粒徑和孔隙的大小、土層滲透系數(shù)、荷載大小和壓縮系數(shù)高低粒徑和孔隙的大小、土層滲透系數(shù)、荷載大小和壓縮系數(shù)高低。 滲透固結(jié)是滲透固結(jié)是19251

57、925年太沙基提出，飽和土滲透固結(jié)過(guò)程，年太沙基提出，飽和土滲透固結(jié)過(guò)程，實(shí)質(zhì)是孔實(shí)質(zhì)是孔隙水壓力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力的過(guò)程。隙水壓力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力的過(guò)程。 包括土體空隙中自由水逐漸排出；土體孔隙以某種方式逐漸減?。豢装ㄍ馏w空隙中自由水逐漸排出；土體孔隙以某種方式逐漸減小；孔隙水壓力逐漸轉(zhuǎn)移到土骨架來(lái)承受，成為有效應(yīng)力。隙水壓力逐漸轉(zhuǎn)移到土骨架來(lái)承受，成為有效應(yīng)力。77n試想：滲流時(shí)間試想：滲流時(shí)間t與哪些因素有關(guān)？與哪些因素有關(guān)？ p p不透水巖層不透水巖層z z排水面排水面H Hp土層排水距離土層排水距離H H、土層粒徑與孔隙大小、土層粒徑與孔隙大小、土層滲透系數(shù)、荷載大小、土層滲透系數(shù)、荷載

58、大小、壓縮系數(shù)高低壓縮系數(shù)高低78本講內(nèi)容思路：本講內(nèi)容思路：n單向固結(jié)微分方程的建立單向固結(jié)微分方程的建立n根據(jù)不同的起始條件和邊界條件給出解。解的特點(diǎn)根據(jù)不同的起始條件和邊界條件給出解。解的特點(diǎn)n固結(jié)度：工程上的平均固結(jié)度的計(jì)算公式固結(jié)度：工程上的平均固結(jié)度的計(jì)算公式n實(shí)際工程中遇到的五種情況。實(shí)際工程中遇到的五種情況。n沉降與時(shí)間關(guān)系的計(jì)算。沉降與時(shí)間關(guān)系的計(jì)算。 212wk 1euutaz 2v2uuCtz v22T4m1mt ,zeH2zmsinm1p4u 794.6.34.6.3飽和土的單向固結(jié)理論飽和土的單向固結(jié)理論土層均勻且完全飽和；土層均勻且完全飽和；土顆粒與水不可壓縮；土顆

59、粒與水不可壓縮；變形是單向壓縮（水的滲出和土層壓縮是單向的）；變形是單向壓縮（水的滲出和土層壓縮是單向的）；荷載均布且一次施加；荷載均布且一次施加；滲流符合達(dá)西定律且滲透系數(shù)保持不變；滲流符合達(dá)西定律且滲透系數(shù)保持不變；壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a a是常數(shù)，土的滲透系數(shù)是常數(shù)，土的滲透系數(shù)k k是常數(shù)。是常數(shù)。1.1.基本假定基本假定2.2.思路思路建立滲流固結(jié)微分方程，根據(jù)具體的初始條件和邊界條件求解建立滲流固結(jié)微分方程，根據(jù)具體的初始條件和邊界條件求解土層在任一點(diǎn)、任意時(shí)刻的土層在任一點(diǎn)、任意時(shí)刻的 ，進(jìn)而可以求得任意時(shí)刻達(dá)，進(jìn)而可以求得任意時(shí)刻達(dá)到的固結(jié)度。（總應(yīng)力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力的百分比）到的固

60、結(jié)度。（總應(yīng)力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力的百分比） 和u80Cv 豎向滲透固結(jié)系數(shù)，（豎向滲透固結(jié)系數(shù)，（cm2/年；年；m2/年）與滲透系數(shù)年）與滲透系數(shù)k成成正比，與壓縮系數(shù)正比，與壓縮系數(shù)a成反比；成反比；反映土體中孔壓變化速率的參數(shù)，反映了土的固結(jié)性質(zhì)：反映土體中孔壓變化速率的參數(shù)，反映了土的固結(jié)性質(zhì)：孔壓消散的快慢?？讐合⒌目炻?。1vwk(1e )Ca 212wk 1euutaz 2v2uuCtz 3.3.固結(jié)微分的方程建立固結(jié)微分的方程建立81不透水巖層不透水巖層飽和壓縮層飽和壓縮層z=pHp0t t0 tz t , zuz t , z t , zut , z z 0 z H:u=u0=pz