地基土的變形沉降計(jì)算（31清楚明了）

地基土的的變形基本內(nèi)容容：這是本課課程的重點(diǎn)。在學(xué)習(xí)習(xí)土的壓壓縮性指指標(biāo)確定定方法的的基礎(chǔ)上上，掌握握地基最終終沉降量量計(jì)算原原理和地地基固結(jié)結(jié)問題的的分析計(jì)計(jì)算方法法。學(xué)習(xí)要求求：◆掌握土的的壓縮性性與壓縮縮性指標(biāo)標(biāo)確定方方法；◆掌握地基基最終沉沉降量計(jì)計(jì)算方法法；

熟悉不同同應(yīng)力歷歷史條件件的沉降降計(jì)算方方法；

掌握太沙沙基一維維固結(jié)理論論；

掌握地基基沉降隨隨時間變變化規(guī)律律。概述…1如果在地地基上修修建建筑筑物，地地基土內(nèi)內(nèi)各點(diǎn)不不僅要承承受土體體本身的的自重應(yīng)力，而而且要承承擔(dān)由建建筑物通通過基礎(chǔ)礎(chǔ)傳遞給給地基的的荷載產(chǎn)產(chǎn)生的附附加應(yīng)力力作用，這都都將導(dǎo)致致地基土土體的變變形。土體變形形可分為為：體積變形形和形狀變形形。本章只討討論由正應(yīng)力引引起的體體積變形形，即由于于外荷載載導(dǎo)致地地基內(nèi)正正應(yīng)力增加，，使得土土體體積積縮小。。在附加應(yīng)應(yīng)力作用用下，地地基土將將產(chǎn)生體體積縮小小，從而而引起建建筑物基基礎(chǔ)的豎直方向向的位移移（或下下沉）稱稱為沉降。為什么研研究沉降降？基礎(chǔ)的沉沉降量或或者各部部位的沉沉降差過過大，那那么將影影響上部部建筑物物的正常使用，，甚至?xí)＜敖ńㄖ锏牡陌踩?。概述?地基土層層發(fā)生變變形的主主要因素素內(nèi)因：土土具有壓壓縮性外因：主主要是建建筑物荷荷載的作作用建筑物荷荷載作用用，這是是普遍存存在的因因素地下水位位大幅度度下降施工影響響，基槽槽持力層層土的結(jié)結(jié)構(gòu)擾動動振動影響響，產(chǎn)生生震沉溫度變化化影響，，如冬季季冰凍，，春季融融化浸水下沉沉，如黃黃土濕陷陷，填土土下沉固相礦物物本身壓壓縮土中液相相水的壓壓縮土中孔隙隙的壓縮縮在外力作作用下，，土顆粒粒重新排列，，土體體體積縮小小的現(xiàn)象象稱為壓縮。通常，，均認(rèn)為為土體壓縮完全全是由于于土中孔孔隙體積積減小的結(jié)結(jié)果。土的壓縮縮隨時間間增長的的過程稱為土的固結(jié)結(jié)。概述…3即在自重重應(yīng)力或或附加應(yīng)應(yīng)力作用用下，地地基土要要產(chǎn)生附附加變形形，包括括體積變形和形形狀變形形。對于于土來說說，體積積變形通通常表現(xiàn)現(xiàn)為體積積縮小。。我們把把這種在外力力作用下下土體積積縮小得得特性稱稱為土的壓縮縮性。

土的壓縮縮性主要要有兩個個特點(diǎn)：☆土的壓縮縮性主要要是由于于孔隙體體積減少少而引起起的；☆由于孔隙隙水的排排出而引引起的壓壓縮對于于飽和粘粘土來說說需要時時間，將將土的壓縮縮隨時間間增長的的過程稱稱為土的固結(jié)結(jié)。

在建筑物物荷載作作用下，，地基土土主要由由于壓縮縮而引起起的豎直直方向的的位移稱為沉降。研究建建筑物沉沉降包含含兩方面面的內(nèi)容容：☆絕對沉降降量的大大小，亦亦即最終沉降降；☆沉降與時時間的關(guān)關(guān)系，主主要介紹紹太沙基基的一維固結(jié)結(jié)理論。土的壓縮縮性…1土的壓縮縮試驗(yàn)與與壓縮性性指標(biāo)土體的變變形計(jì)算算，需要要取得土土的壓縮縮性指標(biāo)標(biāo)，可以以通過室室內(nèi)側(cè)限限壓縮試驗(yàn)和現(xiàn)現(xiàn)場原位位試驗(yàn)得得到。

室內(nèi)壓縮縮試驗(yàn)亦亦稱固結(jié)試驗(yàn)驗(yàn)，是研究究土壓縮縮性最基基本的方方法。

現(xiàn)場載荷荷試驗(yàn)是在工程程現(xiàn)場通通過千斤斤頂逐級級對置于于地基土土上的載載荷板施加荷荷載，觀觀測記錄錄沉降隨隨時間的的發(fā)展以以及穩(wěn)定定時的沉沉降量s，并繪制成成p-s曲線，即即獲得地地基土載載荷試驗(yàn)驗(yàn)的結(jié)果果。反映土的的壓縮性性的指標(biāo)標(biāo)主要有有壓縮系數(shù)數(shù)、壓縮模量量、壓縮指數(shù)數(shù)和變形模量、體積壓縮縮系數(shù)。土的壓壓縮性的的高低，，常用壓壓縮性指指標(biāo)定量量表示，，壓縮性性指標(biāo)，，通常由工程地地質(zhì)勘察察取天然然結(jié)構(gòu)的的原狀土土樣進(jìn)行行。側(cè)限壓縮縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮縮試驗(yàn)亦亦稱固結(jié)結(jié)試驗(yàn)。。所謂側(cè)限，就是使使土樣在在豎向壓壓力作用用下只能發(fā)發(fā)生豎向向變形，，而無側(cè)側(cè)向變形形。室內(nèi)壓縮縮試驗(yàn)采采用的試試驗(yàn)裝置置為壓縮儀(下圖)。試驗(yàn)時將將切有土土樣的環(huán)刀置于于剛性護(hù)護(hù)環(huán)中，，由于金金屬環(huán)刀刀及剛性性護(hù)環(huán)的的限制，，使得土土樣在豎豎向壓力作用用下只能能發(fā)生豎豎向變形形，而無無側(cè)向變變形。在在土樣上上下放置置的透水水石是土樣受受壓后排排出孔隙隙水的兩兩個界面面。壓縮縮過程中中豎向壓壓力通過過剛性板板施加給土樣樣，土樣樣產(chǎn)生的的壓縮量量可通過過百分表表量測。。常規(guī)壓壓縮試驗(yàn)驗(yàn)通過逐逐級加荷進(jìn)行行試驗(yàn)，，常用的的分級加加荷量p為：50，100，200，300，400kPa。土的壓縮縮是由于于孔隙體體積減小小，所以以土的變變形常用用孔隙比比e表示。側(cè)限應(yīng)力力狀態(tài)應(yīng)應(yīng)力特點(diǎn)點(diǎn):土的壓縮縮性…2土的壓縮縮性…3單向固結(jié)結(jié)試驗(yàn)或或側(cè)限固固結(jié)試驗(yàn)驗(yàn)土的壓縮縮性…4單向固結(jié)結(jié)試驗(yàn)或或側(cè)限固固結(jié)試驗(yàn)驗(yàn)土的壓縮縮變形常常用孔隙隙比e的變化來來表示。。根據(jù)固固結(jié)試驗(yàn)驗(yàn)的結(jié)果果可建立立壓力p與相應(yīng)的的穩(wěn)定孔孔隙比的的關(guān)系曲曲線，稱稱為土的壓縮縮曲線。壓縮曲線線可以按按兩種方方式繪制制，一種種是按普普通直角角坐標(biāo)繪繪制的e~p曲線；另另一種是是用半對對數(shù)直角角坐標(biāo)繪繪制的e~lgp曲線。同一種土土的孔隙隙比并不不是固定定不變的的，所謂謂的穩(wěn)定定也只是是指附加加應(yīng)力完完全轉(zhuǎn)化化為有效效應(yīng)力而而言的。。土的壓縮縮性…5設(shè)土粒體積積Vs=1,由三相圖圖(教材圖3-2)可得:施加壓力p前試件中中的固體體體積Vs:e0為土的初初始孔隙隙比施加p后因此各級壓力力p←→壓縮量s←→孔隙比e→e～p曲線(壓縮曲線線)土的壓縮縮性…6e-p曲線確定定壓縮系系數(shù)e-logp曲線確定定壓縮指指數(shù)土的壓縮縮性…7壓縮指標(biāo)標(biāo)反映土的的壓縮性性的指標(biāo)標(biāo)主要有有壓縮系數(shù)數(shù)、壓縮指數(shù)數(shù)、壓縮模量量和變形模量、體積壓縮縮系數(shù)。壓縮系數(shù)數(shù)：曲線上任任意兩點(diǎn)點(diǎn)割線的的斜率。?？杀硎臼緸椋菏街?，負(fù)號表示隨著著壓力p的增加，，e逐漸減少。壓縮縮性不同同的土，，其壓縮縮曲線的的形狀是是不一樣的的。曲線線愈陡，，說明隨隨著壓力力的增加加，土孔隙隙比的減減小愈顯顯著，因因而土的的壓縮性性愈高。工程上，，自重應(yīng)力力p1增加到外外荷作用用土中應(yīng)力p2(自重與附附加應(yīng)力力之和)土的壓縮縮性…8壓縮指數(shù)數(shù)：土的固結(jié)結(jié)試驗(yàn)的的結(jié)果也也可以繪繪在半對對數(shù)坐標(biāo)標(biāo)上，即即坐標(biāo)橫橫軸p用對數(shù)坐坐標(biāo)，而而縱軸e用普通坐坐標(biāo)，由由此得到到的壓縮縮曲線稱稱為e~lgp曲線。在較較高的壓壓力范圍圍內(nèi)，e~lgp曲線近似似地為一一直線，，可用直直線的坡坡度——壓縮指數(shù)數(shù)Cc來表示土土的壓縮縮性高低低，即Cc是無量綱綱系數(shù)，，同壓縮縮系數(shù)a一樣，壓壓縮指數(shù)數(shù)Cc值越大，，土的壓壓縮性越高。雖雖然壓縮縮系數(shù)a和壓縮指指數(shù)Cc都是反映映土的壓壓縮性指指標(biāo)，但但兩者有有所不同。。前者隨所所取的初初始壓力力及壓力力增量的的大小而而異，而而后者在在較高的的壓力范圍圍內(nèi)卻是是常量，，不隨壓壓力而變變。土的壓縮縮性…9為了便于于應(yīng)用和和比較，，通常采采用壓力力由p1＝100kPa增加到p2＝200kPa時所得的的壓縮系系數(shù)a1-2來評定土土的壓縮縮性：工程中，，為減少少土的孔孔隙比，，從而達(dá)達(dá)到加固固土體的的目的,常采用砂樁擠密、重錘夯實(shí)實(shí)、灌漿加固固等方法a1-2<0.1MPa-1時，低壓壓縮性土土0.1≤≤a1-2<0.5MPa-1時，中壓壓縮性土土a1-2≥0.5MPa-1時，高壓壓縮性土土Cc<0.2時，低壓壓縮性土土Cc≥0.4時，高壓壓縮性土土土的壓縮縮性…10壓縮模量量：土體在完完全側(cè)限限的條件件下，豎豎向應(yīng)力力增量與與豎向應(yīng)應(yīng)變增量量的比值。。Es的倒數(shù)成成為土的的體積壓縮縮系數(shù)mv，它表示單單位壓應(yīng)應(yīng)力變化引起的單單位體積變變化(MPa-1)。Es>15MPa時，低壓壓縮性土土15≥Es>4MPa時，中壓壓縮性土土Es<4MPa時，高壓壓縮性土土土的壓縮縮性…11回彈曲線線和再壓壓縮曲線線壓縮曲線線特征：：

卸荷時，，試樣bc回彈，可可見土體體的變形是是由可恢恢復(fù)的彈性變形形和不可恢恢復(fù)的塑性變形形兩部份組組成。

回彈曲線線和再壓壓線曲線線構(gòu)成一一迴滯環(huán)，土土體不是是完全彈彈性體；；

回彈和再再壓縮曲曲線比壓壓縮曲線線平緩得多。。

再加荷時時的壓力力超過b點(diǎn)，再壓壓縮曲線就就趨于初初始壓縮縮曲線的的延長線線。土體變形形機(jī)理非非常復(fù)雜雜，不是是理想的彈塑性性體，而而是具有有彈、粘、、塑性。土的壓縮縮性…12現(xiàn)場載荷荷試驗(yàn)是在工程程現(xiàn)場通通過千斤斤頂逐級級對置于于地基土土上的載載荷板施加荷載載，觀測測記錄沉沉降隨時時間的發(fā)發(fā)展以及及穩(wěn)定時時的沉降降量s，將上述試試驗(yàn)得到的各各級荷載載與相應(yīng)應(yīng)的穩(wěn)定定沉降量量繪制成成p-s曲線，即即獲得了了地基土土載荷試驗(yàn)的結(jié)結(jié)果。1－承壓板板2－千斤頂頂3－百分表表4－平臺5－支墩6－堆載地基土現(xiàn)現(xiàn)場載荷荷試驗(yàn)圖圖土的壓縮縮性…13土的變形形模量：：土體在無無側(cè)向約約束條件件下，豎豎向應(yīng)力力與豎向向應(yīng)變的的比值。豎向向應(yīng)變中中包括彈彈性應(yīng)變變和塑性性應(yīng)變，，稱之為為變形模模量。變形模量量與壓縮縮模量之之間的關(guān)關(guān)系:變形模量量可以由由現(xiàn)場靜靜荷載試試驗(yàn)或旁旁壓試驗(yàn)測測定。為沉降影影響系數(shù)數(shù)。分別證明明如下土的壓縮縮性…14布辛奈斯斯克解z=0，即地基基表面沉沉降值局部荷載載p0(,)作用下M(x,y)點(diǎn)的沉降降s均布荷載載土的壓縮縮性…15壓縮模量量定義豎向應(yīng)變變?nèi)蚴芰αη闆r下下的應(yīng)變變側(cè)限條件件下，的的應(yīng)變變比較即即得土的類型變形模量(kPa)土的類型變形模量(kPa)泥炭100~500松砂10000~20000塑性粘土500~4000密實(shí)砂50000~80000硬塑粘土4000~8000密實(shí)砂礫石100000~200000較硬粘土8000~15000土的壓縮縮性…16基礎(chǔ)最終終沉降量量計(jì)算…1定義地基土層層在建筑筑物荷載載作用下下，不斷斷產(chǎn)生壓壓縮，直直至壓縮縮穩(wěn)定后后地基表面的沉沉降量稱稱為地基基的最終終沉降量量。原因其外因主主要是建建筑物荷荷載在地地基中產(chǎn)產(chǎn)生附加加應(yīng)力；；內(nèi)因是是土的碎碎散性，孔隙發(fā)發(fā)生壓縮縮變形，，引起地地基沉降降。目的判斷地基變變形值是否否超出允許許的范圍，，以便在建建筑物設(shè)計(jì)計(jì)時，采取取相應(yīng)的工程措措施，保證證建筑物的的正常使用用。方法有關(guān)地基沉沉降量的方方法很多，，工業(yè)與民民用建筑中中常見的有有分層總和法法和《規(guī)范》法，還有彈彈性理論法法和數(shù)值計(jì)計(jì)算法。分層總和法法簡介工程上計(jì)算算地基的沉沉降時，在在地基可能能產(chǎn)生壓縮縮的土層深深度內(nèi)，按按土的特性和應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)的的變化將地地基分為若若干(n)層，假定每每一分層土土質(zhì)均勻且且應(yīng)力沿厚度度均勻分布布，然后對對每一分層層分別計(jì)算算其壓縮量量si，最后將各各分層的壓縮量量總和起來來，即得地地基表面的的最終沉降降量s，這種方法法稱為分層層總和法。分層總和法法的基本思思路是：將將壓縮層范圍內(nèi)地地基分層，，計(jì)算每一一分層的壓壓縮量，然后后累加得總總沉降量。。分層總和法法有兩種基基本方法：：e~p曲線法和e～lgp曲線法。基礎(chǔ)最終沉沉降量計(jì)算算…2基礎(chǔ)最終沉沉降量計(jì)算算…3計(jì)算原理一般取基底底中心點(diǎn)下下地基附加加應(yīng)力來計(jì)計(jì)算各分層層土的豎向向壓縮量，，認(rèn)為基礎(chǔ)的平平均沉降量量s為各分層上上豎向壓縮縮量Dsi之和，即幾點(diǎn)假設(shè)地基土為一一均勻的、等向的半無限空間間彈性體；計(jì)計(jì)算部位為為基礎(chǔ)中心點(diǎn)O下土柱所受受附加應(yīng)力力sz進(jìn)行計(jì)算；；地基土的的變形條件件為側(cè)限條件；計(jì)算深度因工工程上附加加應(yīng)力擴(kuò)散散隨深度而而減少，計(jì)計(jì)算到某一一深度（受受壓層）即可。分層總和法法是目前最最常用的地地基沉降計(jì)計(jì)算方法計(jì)算步驟1、繪制基礎(chǔ)礎(chǔ)中心下地地基的自重重應(yīng)力、附附加應(yīng)力分分布曲線，，求2、確定沉降降計(jì)算深度度（壓縮下下限深度））如壓縮下限限下部還有有更軟的土土層，則計(jì)算至該該土層底面面為止；如壓縮層內(nèi)內(nèi)部有基巖巖，則受壓壓層深度計(jì)算至至新鮮巖土土為為止；3、分層厚度度的確定，天然土層層交界面及地下水面面為特定的的分界面。。一般土軟土土基礎(chǔ)最終沉沉降量計(jì)算算…4基礎(chǔ)最終沉沉降量計(jì)算算…54、計(jì)算分層層沉降量si5、最終變形形量查e～p曲線計(jì)算中的幾幾個問題1、有相鄰荷荷載作用時時，應(yīng)將相相臨荷載引引起的附加加應(yīng)力疊加加到基礎(chǔ)自自身引起的附加應(yīng)力力中去；2、有相鄰荷荷載時，我我國《建筑地基基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》規(guī)定采用下下式確定沉沉降計(jì)算深度：：式中，—由計(jì)算深度度向上取厚厚度為的的土層層沉降計(jì)算算值；s—計(jì)算深度范范圍內(nèi)各個個分層土的的沉降計(jì)算算值的總和和。具體應(yīng)用時時采用試算算法，先假假定一個沉沉降計(jì)算深深度zn基礎(chǔ)最終沉沉降量計(jì)算算…6【例題】有一矩形基基礎(chǔ)放置在在均質(zhì)粘土土層上，如如圖所示。?；A(chǔ)長度度L=10m，寬度B=5m，埋置深度D=1.5m，