地基最終沉降量計(jì)算講義ppt（40頁附實(shí)例）

1、地基最終沉降量計(jì)算 向娟 2017-9-162地基最終沉降量計(jì)算一、概念說明：1、地基最終沉降量：地基土在建筑物荷載作用下，不斷產(chǎn)生壓縮，直至壓縮穩(wěn)定時(shí)地基表面的沉降量。32、計(jì)算目的：在建筑設(shè)計(jì)中，預(yù)知該建筑物建成后將產(chǎn)生的最終沉降量、沉降差和傾斜及局部傾斜，并判斷這些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)的工程措施提供科學(xué)依據(jù)，保證建筑物的安全和正常使用。43、計(jì)算地基最終沉降量的方法很多，本節(jié)主要介紹國內(nèi)常用的幾種方法：分層總和法、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的方法和彈性力學(xué)公式。5分層總和法假設(shè)土層只有垂直單向壓縮，側(cè)向不能膨脹。規(guī)范推薦法根據(jù)建國以來二十多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

2、，對分層總和法進(jìn)行了修正。61）基本計(jì)算原理二、分層總和法72） 基本假定 (1) 地基土是均質(zhì)、各向同性的半無限線性體。 (2) 地基土在外荷載作用下，只產(chǎn)生豎向變形，側(cè)向不發(fā)生膨脹變形。 目的：可利用完全側(cè)限壓縮試驗(yàn)的指標(biāo)。 (3) 采用基底中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力計(jì)算地基變形量。8分層總和法計(jì)算地基最終沉降量 93、計(jì)算方法及步驟 1) 分層從基礎(chǔ)底面開始將地基土分為若干薄層，分層原則： 厚度hi0.4b(b為基礎(chǔ)寬度)； 天然土層分界處； 地下水位處。 2) 計(jì)算基底壓力p及基底附加壓力p0。 3) 計(jì)算各分層面上土的自重應(yīng)力 和附加應(yīng)力 ,并繪制分布曲線。104) 確定地基沉降計(jì)算深度Zn

3、 地基土的壓縮性隨著深度的增大而降低，局部荷載引起的附加應(yīng)力又隨深度的增大而減少，所以超過一定深度的土，其變形對沉降量的貢獻(xiàn)小到可忽略不計(jì)。沉降時(shí)應(yīng)考慮其土體變形的深度范圍內(nèi)的土層稱為地基壓縮層，該深度稱為地基沉降計(jì)算深度（地基壓縮層厚度）。11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20%處，z=20%c ,但在該深度以下如有高壓縮性土，則應(yīng)繼續(xù)向下計(jì)算至z=10%c 處；在沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，Zn可取至基巖表面為止。這種確定沉降計(jì)算深度的傳統(tǒng)方法稱為應(yīng)力比法。12 5) 計(jì)算各分層土的平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力,6) 計(jì)算每一分層土的變形量。13 7) 計(jì)算地基最

4、終沉降量s。 將沉降計(jì)算深度Zn范圍內(nèi)各土層（n層）壓縮變形量相加，可得：144. 例題分析 【例】已知某廠房柱下單獨(dú)基礎(chǔ)基底尺寸為4m4m, 埋深d1.0m, 地基為粉質(zhì)粘土, 地下水位距天然地面3.4m。上部荷重傳至基礎(chǔ)頂面F1440kN, 土的天然重度16.0kN/m, 飽和重度 sat17.2kN/m, 其它資料如圖。試用分層總和法計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降。3.4md=1mb=4mF=1440kN501002003000.900.920.940.96e15【解】采用分層總和法計(jì)算1. 分層每層厚度hi0.4b=1.6m, 地下水位以上分兩層, 各1.2m; 地下水位以下按1.6m分層。2. 計(jì)

5、算sczi和szisczi從天然地面起算,szi從基底起算z(m)czi(kPa)01.22.44.05.67.21635.254.465.977.489.0基底壓力:基底附加壓力:3.4md=1mF=1440kNb=4m自重應(yīng)力曲線附加應(yīng)力曲線基底中點(diǎn)下szi：用角點(diǎn)法計(jì)算, 過基底中點(diǎn)將荷載面四等分, 計(jì)算邊長l=b=2m, zi=4ac p0, ac由表3.2查取。16z(m)z/bacszi(kPa)sczi(kPa)szi /sczizn (m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.60.25000.22290.15160.08400.05020.032694

6、.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.23. 確定沉降計(jì)算深度zn：由sz 0.2scz，可得zn=7.2m4.計(jì)算最終沉降量:根據(jù)e-p曲線, 列表計(jì)算各層沉降量如下z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.0c(kPa)h(mm)12001200160016001600c(kPa)25.644.860.271.783.2z(kPa)88.970.444.325.315.6z+ c(kPa)114.5115.2104.597

7、.098.8e10.9700.9600.9540.9480.944e20.9370.9360.9400.9420.940e1i- e2i1+ e1i0.01680.01220.00720.00310.0021si(mm)20.214.611.55.03.4最終沉降量：s=si =54.7mm17【解】1）繪柱基及地基土的剖面圖。1819209)柱基中點(diǎn)總沉降量。 (4.28)21 通過對大量建筑物進(jìn)行沉降觀測，并與分層總和法計(jì)算結(jié)果相對比發(fā)現(xiàn)： 中等強(qiáng)度地基，計(jì)算沉降量實(shí)測沉降量 軟弱地基，計(jì)算沉降量實(shí)測沉降量22原因： 分層總和法所作的幾點(diǎn)假定，與實(shí)際情況不完全符合。 土的壓縮性指標(biāo)的代表性

8、、取原狀土技術(shù)及試驗(yàn)準(zhǔn)確度存在問題。 在地基沉降計(jì)算中，未考慮地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用。 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范提出分層總和法的另一種形式, 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)。1. 計(jì)算原理ziz(i-1)Ai附加應(yīng)力p0zi-1zi第i層土附加應(yīng)力曲線所包圍的面積Ai由及可得:三、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范方法地基沉降計(jì)算深度znzizzi-1534612b第n層第i層1234aip0p0ziAizi-15612ai-1p0p0Ai-1應(yīng)力面積引入平均附加應(yīng)力系數(shù)概念2. 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修正修正后地基沉降:為沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù),可根據(jù)p0及Es按表4.4查取附加應(yīng)力面積 由于 推導(dǎo)時(shí)作了近似

9、假定和近似處理，而且對某些復(fù)雜因素也難以綜合反映，因此規(guī)范法引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù)對公式（4.22）進(jìn)行修正，即地基沉降計(jì)算深度zn應(yīng)該滿足： （3）當(dāng)無相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在130m范圍內(nèi)時(shí)，基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深度可按簡化公式計(jì)算：3. 地基沉降計(jì)算深度計(jì)算深度zn范圍內(nèi)，第i層土的計(jì)算沉降值(mm);在zn處向上取厚度為z的土層沉降計(jì)算值(mm)（1）當(dāng)沉降計(jì)算范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，可取至基巖表面為止。（2）當(dāng)存在較厚的堅(jiān)硬粘性土層，其孔隙比小于0.5，壓縮模量大于50MPa，或存在較厚的密實(shí)砂卵石層，其壓縮模量大于80MPa時(shí)，可取至該層土表面。4. 計(jì)算步驟 計(jì)算基底壓力p和附加壓力p0 以天

10、然土層界面劃分土層 初估地基沉降計(jì)算深度zn 計(jì)算地基沉降量 校核確定zn，要求:其中 計(jì)算最終沉降量 按Es和p0確定 , 則：其中 某基礎(chǔ)底面尺寸4.8 m3.2 m, 埋深1.5 m,傳至地面的中心荷載F=1800 kN, 地基土層為粘土, 其參數(shù)如圖所示, 持力層地基承載力fak=180 kPa, 試用規(guī)范法計(jì)算基礎(chǔ)中點(diǎn)的最終沉降量。 【例1】Zn4m, 故計(jì)算深度為4m基底壓力與附加壓力：【解】按天然土層面分層, 基底至巖面僅一層土, 單獨(dú)基礎(chǔ),故zn: 確定修正系數(shù)ys 因p00.75fak=135 kPa, 查表4.6線性內(nèi)插可得: ys =0.9, 故 基底沉降量分成4塊, l

11、=4.8/2=2.4m, b=3.2/2=1.6m4塊:基底: z=0, l/b=1.5, z/b=0,查表4.7：巖層頂面: z=4, l/b=1.5, z/b=2.54塊:查表：30 與分層總和法相同之處：采用單向壓縮條件下的壓縮性指標(biāo); 與傳統(tǒng)的分層總和法不同之處： 1. 不按0.4b分層，基本上每天然土層就當(dāng)作一層來計(jì)算，省去了分層總和法中壓縮性指標(biāo)隨深度變化的麻煩； 2. 采用平均附加應(yīng)力系數(shù)，使煩瑣的計(jì)算表格化，簡單化；31 3. 規(guī)定了地基沉降計(jì)算深度的標(biāo)準(zhǔn)，考慮了基礎(chǔ)大小這一因素，比應(yīng)力比法更為合理； 4. 提出了地基的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，使得計(jì)算結(jié)果接近于實(shí)測值。某矩形基礎(chǔ)及地

12、質(zhì)資料如圖所示,試用規(guī)范法計(jì)算地基的沉降量。( ) 【例2】解：(1)求基底壓力和基底附加壓力基底平均壓力 基底附加應(yīng)力 (2) 確定基礎(chǔ)地基受壓層計(jì)算深度因?yàn)?，所以說明計(jì)算的壓縮層底部位于基巖層中，按照天然土層面分層計(jì)算到基巖層頂部即可； (3)沉降計(jì)算(說明:角點(diǎn)法計(jì)算平均附加應(yīng)力影響系數(shù)時(shí),按 ,查,表格中所計(jì)算的基礎(chǔ)底面中心為1號點(diǎn),向下在土層分界面為2、3號點(diǎn))沉降計(jì)算見下表： 因?yàn)槌两到?jīng)驗(yàn)系數(shù)所以最終沉降量為。 點(diǎn)號 1 40.1533=0.6132 1839.61839.6 45.53 45.53 40.1271=0.5084 2033.6 194.0 12.00 57.53 3

13、6四、 彈性力學(xué)方法 對于矩形分布荷載中心點(diǎn)的沉降、平均沉降和圓形、方形均布荷載以及剛性基礎(chǔ)的沉降，一般可歸納成如下彈性力學(xué)公式的一般形式： p0基底附加壓力； b矩形基礎(chǔ)寬度或圓形基礎(chǔ)直徑；m, E0分別為土的泊松比和變形模量 ； w沉降影響系數(shù), 按表4.8采用。表中wc、w0和wm分別為柔性基礎(chǔ)(均布荷載)角點(diǎn)、中點(diǎn)和平均值的沉降影響系數(shù)。wr為剛性基礎(chǔ)軸心荷載下的沉降影響系數(shù)。37五、地基最終沉降量的組成 在荷載作用下，黏性土地基沉降量隨時(shí)間的變化如下圖，總沉降量由三部分組成:tssd :瞬時(shí)沉降ss: 次固結(jié)沉降sc:主固結(jié)沉降38 (1)瞬時(shí)沉降指在加荷瞬間土孔隙中水來不及排出 ,孔隙體積尚未變化,地基土在荷載作用下僅發(fā)生剪切變形時(shí)的地基沉降； (2)瞬時(shí)沉降一般不予考慮； (3)對于控制要求較高的建筑物，瞬時(shí)沉降可用彈性理