地基的變形與沉降量計(jì)算

地基變形1土的壓縮性和壓縮指標(biāo)2地基最終沉降量的計(jì)算3建筑物沉降觀測(cè)與地基容許變形荷載作用下土體的壓縮性;土的壓縮試驗(yàn)和固結(jié)試驗(yàn);地基最終沉降量的計(jì)算;地基變形類型及地基允許變形值主要內(nèi)容:重點(diǎn)：土的壓縮性和壓縮性指標(biāo)的確定;用分層總和法和規(guī)范法計(jì)算基礎(chǔ)沉降的;地基允許的變形值土具有壓縮性荷載作用地基發(fā)生沉降荷載大小土的壓縮特性地基厚度均勻沉降（沉降量）不均勻沉降（沉降差）建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力影響結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用概述1土的壓縮性和壓縮指標(biāo)土壓縮的原因固體土顆粒本身被壓縮土空隙中水及封閉氣體被壓縮水和氣體從孔隙中被擠出土體在壓力作用下體積減小的特性稱為土的壓縮性1、壓縮性一、基本概念水槽內(nèi)環(huán)環(huán)刀透水石試樣傳壓板百分表逐級(jí)施加荷載，至變形穩(wěn)定測(cè)定：豎向壓應(yīng)力豎向變形試驗(yàn)結(jié)果：二、室內(nèi)壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)1、壓縮試驗(yàn)與e-p曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vv＝e0Vs＝1h0/(1+e0)h0V’v＝eiVs＝1hi/(1+e)phisi受荷后土樣的高度變化:設(shè)初始高度h0,受壓后的高度hi,則hi=h0—si,si為每級(jí)荷載作用下的變形量土樣體積在受壓前后不變其中由于逐級(jí)（一般為6級(jí)）施加荷載在不同壓力p作用下，可得到相應(yīng)的孔隙比e，根據(jù)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，以橫座標(biāo)表示壓力，以縱座標(biāo)表示孔隙比，繪制e-p曲線，稱為壓縮曲線．試驗(yàn)過(guò)程中的兩個(gè)基本條件:受壓前后土粒體積不變和土樣橫截面面積不變。e0eppi壓縮曲線再壓縮曲線殘余變形e-p曲線壓縮曲線的繪制方式e-p曲線e-lgp曲線

回彈曲線彈性變形10010000.60.70.80.9eCc11Cee-lgp曲線2、壓縮性指標(biāo)（MPa-1）1）、壓縮系數(shù)：

一般取壓縮曲線上M1M2兩點(diǎn)切線的斜率值，稱為土的壓縮系數(shù)。實(shí)際工程中，往往用割線斜率表示：土的類別a1-2(MPa-1)高壓縮性土≥0.5中壓縮性土0.1～0.5低壓縮性土<0.1p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線△p△eβ《規(guī)范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評(píng)價(jià)土的壓縮性根據(jù)壓密定律：在豎向壓力變化不大的范圍內(nèi)，孔隙比的變化量與壓力之間的變化量，二者之間的關(guān)系近似用一條直線來(lái)代替。2）、壓縮指數(shù)Cc：10010000.60.70.80.9eCc11Ce壓縮指數(shù)Ce回彈指數(shù)（再壓縮指數(shù)）Ce

<<Cc，一般Ce≈0.1-0.2Cce-p曲線缺點(diǎn)：不能反映土的應(yīng)力歷史

特點(diǎn)：有一段較長(zhǎng)的直線段指標(biāo)：3)、壓縮模量Es：土在完全側(cè)側(cè)限條件下下豎向應(yīng)力力與相應(yīng)的的應(yīng)變?cè)隽苛康谋戎怠?cè)限壓縮模模量單位：：Mpa，Kpae1-相當(dāng)于壓力力p1的孔隙比：：a-相當(dāng)于壓力力p1增加至p2時(shí)的壓縮系系數(shù)土的類別ES(MPa-1)低壓縮性土≥15中壓縮性土4～15高壓縮性土≤4三.土壓縮性的的原位測(cè)試試現(xiàn)場(chǎng)載荷試試驗(yàn):是在工程現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)千千斤頂逐級(jí)級(jí)對(duì)置于地地基土上的的載荷板施施加荷載，，觀測(cè)記錄錄沉降隨時(shí)時(shí)間的發(fā)展展以及穩(wěn)定定時(shí)的沉降降量s，將上述試試驗(yàn)得到的的各級(jí)荷載載與相應(yīng)的的穩(wěn)定沉降降量繪制成成p-s曲線，即獲獲得了地基基土載荷試試驗(yàn)的結(jié)果果。地基土現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)載荷試驗(yàn)驗(yàn)圖反力梁千斤頂荷載板1－承壓板2－千斤頂3－百分表4－平臺(tái)5－支墩6－堆載試驗(yàn)加加荷標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)應(yīng)符合合下列列要求求：加荷等等級(jí)應(yīng)應(yīng)不小小于8級(jí)，最最大加加荷量量不應(yīng)應(yīng)小于于設(shè)計(jì)計(jì)荷載載的2倍；每級(jí)加加荷后后，按按間隔隔10、10、10、15、15min，以后后為每每30min讀一次次沉降降量，，每小小時(shí)沉沉降量量＜0.1mm/h認(rèn)為穩(wěn)穩(wěn)定可可以加加下一一次荷荷載；；除第一一次，，其后后每次次加荷荷，對(duì)對(duì)松軟軟土10～25kPa，對(duì)堅(jiān)堅(jiān)硬土土50kPa。憑觀觀測(cè)累累計(jì)荷荷載下下的沉沉降量量s，直到到達(dá)到到以下下狀況況終止止加載載：荷載試試驗(yàn)p～S曲線oPcrPuPS1arbcs1）荷載載板周周圍的的土有有明顯顯基礎(chǔ)礎(chǔ)；2）荷載載p增量很很小，，但沉沉降量量s卻急劇劇增大大：3）在某某一荷荷載下下，24h內(nèi)沉降降速率率不能能達(dá)到到穩(wěn)定定標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)；4）沉降降量與與承壓壓板寬寬度或或直徑徑之比比（s/b)≥0.06。2地基最終沉沉降量的計(jì)計(jì)算最終沉降量量S∞：t∞時(shí)地基最終終沉降穩(wěn)定定以后的最最大沉降量量，不考慮慮沉降過(guò)程程。不可可壓壓縮縮層層可壓壓縮縮層層σz=pp地基基表表面面的的豎豎向向變變形形，，稱稱為為地地基基沉沉降降，，或或基基礎(chǔ)礎(chǔ)沉沉降降。。1、基基本本假假定定和和基基本本原原理理理論論上上不不夠夠完完備備，，缺缺乏乏統(tǒng)統(tǒng)一一理理論論；；單向向壓壓縮縮分分層層總總和和法法是是一一個(gè)個(gè)半半經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)性性方方法法。一、、地地基基最最終終沉沉降降量量分分層層總總和和法法（a）假假設(shè)設(shè)基基底底壓壓力力為為線線性性分分布布，，認(rèn)認(rèn)為為土土質(zhì)質(zhì)是是均均勻勻的的（b）采用用基礎(chǔ)礎(chǔ)中心心點(diǎn)下下附加加應(yīng)力力為計(jì)計(jì)算依依據(jù)（c）不考考慮土土的側(cè)側(cè)向變變形，，因壓壓縮性性指標(biāo)標(biāo)是在在側(cè)限限條件件下測(cè)測(cè)定的的（d）地基最最終沉沉降量量等于于各層層土沉沉降量量之和和：si第i層土的的沉降降量2、計(jì)算算公式式：最終沉沉降量量：各分層層沉降降量：e1i————由第i層的自自重應(yīng)應(yīng)力均均值從從土的的壓縮縮曲線線上得得到的的相應(yīng)應(yīng)孔隙隙比e2i————由第i層的自自重應(yīng)應(yīng)力均均值與與附加加應(yīng)力力均值值之和和從土土的壓壓縮曲曲線上上得到到的相相應(yīng)孔孔隙比比Esi————第i分層土土的壓壓縮模模量；；σzi————第i層土上上下層層面所所受附附加應(yīng)應(yīng)力的的平均均值3、計(jì)算算步驟驟：d地面基底pp0d自重應(yīng)力附加應(yīng)力壓縮層下限(沉降計(jì)算深度）szizihi(b)分別計(jì)計(jì)算每每分層層界面面處的的自重重應(yīng)力力和附附加應(yīng)應(yīng)力，，并畫畫出應(yīng)應(yīng)力圖圖形(c)確定地地基中中壓力力層厚厚度zn。采用應(yīng)應(yīng)力比比:(a)劃分薄薄層hi①不同土土層界界面；②地下水水位標(biāo)標(biāo)高處處；③每層厚厚度≤0.4b(基礎(chǔ)寬寬度））；(f)計(jì)算地地基最最終沉沉降量量，實(shí)際就就是將將各薄薄層土土沉降降量之之和s=Si(d)計(jì)算每每薄層層土沉沉降量量Si①一般土土層：σz/σsz≤0.2；②軟粘土土層：σz/σsz≤0.1；zn二、《建筑地地基基基礎(chǔ)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》方法在總結(jié)結(jié)大量量實(shí)踐踐經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)的基基礎(chǔ)上上，對(duì)對(duì)分層層總和和法的的計(jì)算算結(jié)果果，作作必要要的修修正。?！督ㄖ氐鼗A(chǔ)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》（GB50007-2002）提出出的一一種計(jì)計(jì)算方方法——簡(jiǎn)稱“規(guī)范法法”。《規(guī)范》法的要要點(diǎn)：：(1)引入平平均附附加應(yīng)應(yīng)力系系數(shù)的的概念念(2)引入一一個(gè)沉沉降計(jì)計(jì)算經(jīng)經(jīng)驗(yàn)系系數(shù)ψs則修正正后的的地基基沉降降量為為：一般情情況：：軟粘粘土（應(yīng)力力集中中）S偏小,Ψs>1硬粘土土（應(yīng)力力擴(kuò)散散）S偏大,Ψs<1沉降計(jì)計(jì)算經(jīng)經(jīng)驗(yàn)系系數(shù)1.計(jì)算原原理設(shè)地基基土層層均質(zhì)質(zhì)、壓壓縮模模量不不隨深深度變變化，則：：:深度Z范圍內(nèi)內(nèi)豎向向附加加應(yīng)力力面積積A的等代代值:深度Z范圍內(nèi)內(nèi)豎向向附加加應(yīng)力力系數(shù)數(shù),，A—應(yīng)力面面積《規(guī)范法法》地基沉沉降計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖：：2.地基沉沉降計(jì)計(jì)算深深度（（地基基壓縮縮層厚厚度））對(duì)于地地基的的計(jì)算算深度度，即即地基基壓縮縮層厚厚度，，可分分兩種種情況況：⑵無(wú)相鄰鄰荷載載的基基礎(chǔ)中中點(diǎn)下下:式中b-基礎(chǔ)寬寬度，，適用用于1m～30m范圍。。⑴有相鄰鄰荷載載影響響:或：在計(jì)計(jì)算深深度zn范圍內(nèi)內(nèi)，第第i層土的的變形形值：在zn處向上上取厚厚度△z土層的的計(jì)算算變形形值，，△z按規(guī)定定確定定。計(jì)算層層厚度度△z值的選選?。罕?-5在計(jì)算算地基基變形形時(shí)，，應(yīng)考考慮相相鄰荷荷載的的影響響，其其值可可按應(yīng)應(yīng)力疊疊加原原理，，采用用角點(diǎn)點(diǎn)法計(jì)計(jì)算。。規(guī)范法法計(jì)算算基礎(chǔ)礎(chǔ)沉降降量的的步驟驟為：：（1）計(jì)計(jì)算基基底附附加應(yīng)應(yīng)力；；（（2）以以天然然土層層作為為分層層面（（即按按Es分層））；（（3）確確定壓壓縮層層厚度度zn，采用用變形形比（（4）分分別計(jì)計(jì)算每每層土土的變變形量量（（5）計(jì)計(jì)算算基礎(chǔ)礎(chǔ)總沉沉降量量【例】試按規(guī)范范推薦的的方法計(jì)計(jì)算圖所示基礎(chǔ)礎(chǔ)Ⅰ的最終沉沉降量，，并考慮慮基礎(chǔ)Ⅱ的影響。。已知基基礎(chǔ)Ⅰ和Ⅱ各承受相應(yīng)應(yīng)于準(zhǔn)永永久組合合的總荷荷載值Q=1134KN，基礎(chǔ)底底面尺寸寸b×l=2m××3m,基礎(chǔ)埋置置身度d=2m。其他條件件見(jiàn)圖。?！窘獯稹俊竣拧⒂?jì)算基底底壓力基底處總總壓力基底處的的附加壓壓力⑵、計(jì)算壓縮縮層范圍圍內(nèi)各土土層壓縮縮量計(jì)算過(guò)程程見(jiàn)圖表表zi(m)基礎(chǔ)Ⅰ基礎(chǔ)Ⅱ?qū)A(chǔ)Ⅰ的影響ain=l/bm=z/baⅠin=l/bm=l/baⅡi01.501.0003.32.0002.01.520.75761.30.00420.76074.01.540.50852.70.01420.52273.71.53.70.53652.50.01300.5495zi(m)aizi(m)aizi-ai-1zi-1(m)Esi(kPa)△si=p0(aizi-ai-1zi-1)

/Esi(mm)∑△sI(mm)△sn/∑△si002.01.5221.522829.129.14.02.0910.569108.737.83.72.0330.058100.880.023⑶、確定壓縮縮層下限限在基底下下4m深范圍內(nèi)內(nèi)土層的的總變形形量，，在在處處以上上（（基礎(chǔ)礎(chǔ)寬度b=2m，查表4-3得））厚土層層變形值值。。故所取沉沉降計(jì)算算深度滿滿足足規(guī)范要要求。⑷、確定沉降降計(jì)算經(jīng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)數(shù)壓縮層范范圍內(nèi)土土層壓縮縮模量的的平均值值查表4-2得ψs=0.9。⑸、計(jì)算基礎(chǔ)礎(chǔ)最終沉沉降量3應(yīng)力歷史史對(duì)地基基沉降的的影響作用于飽飽和土體體內(nèi)某截截面上總總的正應(yīng)應(yīng)力s由兩部分分組成：：一部分分為孔隙隙水壓力力u，它沿著著各個(gè)方方向均勻勻作用于于土顆粒粒上，其其中由孔孔隙水自自重引起起的稱為為靜水壓壓力，由由附加應(yīng)應(yīng)力引起起的稱為為超靜孔孔隙水壓壓力（孔孔隙水壓壓力）；；另一部部分為有有效應(yīng)力力σ’，它作用用于土的的骨架（（土顆粒粒）上，，其中由由土粒自自重引起起的即為為土的自自重應(yīng)力力，由附附加應(yīng)力力引起的的稱為附附加有效效應(yīng)力。。飽和土土中總應(yīng)應(yīng)力與孔孔隙水壓壓力、有有效應(yīng)力力之間存存在如下下關(guān)系：（1）任一平平面上受受到的總總應(yīng)力等等于有效效應(yīng)力加加孔隙水水壓力之之和；（2）土的變變形是有有效應(yīng)力力引起的的。固結(jié)：土的壓縮縮隨時(shí)間間而增長(zhǎng)長(zhǎng)的過(guò)程程加荷瞬間間，σ=u而σ’=0。隨著時(shí)時(shí)間的增增長(zhǎng)，u下降，而而σ’增長(zhǎng)。當(dāng)固結(jié)變變相穩(wěn)定定時(shí)，u=0而σ’=σ，由此可可見(jiàn)飽和和土壓密密過(guò)程實(shí)實(shí)際上是是孔隙水水壓力逐逐漸消散散，有效效壓力增增加的過(guò)過(guò)程，則則飽和土土完全固固結(jié)。固結(jié)度ut:土的固結(jié)結(jié)過(guò)程中中某一時(shí)時(shí)間t的固結(jié)沉沉降量s1與固結(jié)穩(wěn)穩(wěn)定的最最終沉降降量s之比稱為為固結(jié)度度ut。當(dāng)t=0時(shí)，st=0，則ut=0，即固結(jié)結(jié)完成0%當(dāng)固結(jié)穩(wěn)穩(wěn)定時(shí)，，st=s,則ut=1.0，即固結(jié)結(jié)基本上上達(dá)到100%完成。固結(jié)度的的變化范范圍為0～1，它表示示在某一一荷載作作用下經(jīng)經(jīng)過(guò)t時(shí)間后土土體所能能達(dá)到的的固結(jié)程程度。4、地基變變形與時(shí)時(shí)間的關(guān)關(guān)系●飽和粘性性土地基基在建筑筑物荷載載作用下下要經(jīng)過(guò)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間才才能達(dá)到到最終沉沉降，不不是瞬時(shí)時(shí)完成的的。為了了建筑物物的安全全與正常常使用，，對(duì)于一一些重要要或特殊殊的建筑筑物應(yīng)在在工程實(shí)實(shí)踐和分分析研究究中掌握握沉降與與時(shí)間關(guān)關(guān)系的規(guī)規(guī)律性，，這是因因?yàn)檩^快快的沉降降速率對(duì)對(duì)于建筑筑物有較較大的危危害。例例如，在在第四紀(jì)紀(jì)一般粘粘性土地地區(qū)，一一般的四四、五層層以上的的民用建建筑物的的允許沉沉降僅10cm左右，沉沉降超過(guò)過(guò)此值就就容易產(chǎn)產(chǎn)生裂縫縫；而沿沿海軟土土地區(qū)，，沉降的的固結(jié)過(guò)過(guò)程很慢慢，建筑筑物能夠夠適應(yīng)于于地基的的變形。。因此，，類似建建筑物的的允許沉沉降量可可達(dá)20cm甚至更大大。●碎石土和和砂土的的壓縮性性小而滲滲透性大大，在受受荷后固固結(jié)穩(wěn)定定所需的的時(shí)間很很短，可可以認(rèn)為為在外荷荷載施加加完畢時(shí)時(shí)，其固固結(jié)變形形就已經(jīng)經(jīng)基本完完成。飽飽和粘性性土與粉粉土地基基在建筑筑物荷載載作用下下需要經(jīng)經(jīng)過(guò)相當(dāng)當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間間才能達(dá)達(dá)到最終終沉降，，例如厚厚的飽和和軟粘土土層，其其固結(jié)變變形需要要幾年甚甚至幾十十年才能能完成。。因此，，工程中中一般只只考慮粘粘性土和和粉土的的變形與與時(shí)間的的關(guān)系。一、建筑物物沉降觀測(cè)測(cè)4.5建筑物沉降降觀測(cè)與地地基容許變變形值（1）驗(yàn)證工程程設(shè)計(jì)與沉沉降計(jì)算的的正確性；；（2）判別建筑筑物施工的的質(zhì)量；（3）發(fā)生事故故后作為分分析事故原原因和加固固處理依據(jù)據(jù)。能夠及時(shí)發(fā)發(fā)現(xiàn)建筑物物變形并防防止有害變變形的擴(kuò)大大。（1）埋設(shè)地點(diǎn)要要靠近觀測(cè)測(cè)對(duì)象，但但必須在建建筑物所產(chǎn)產(chǎn)生的壓力力影響范圍圍以外。（2）在一個(gè)觀測(cè)測(cè)區(qū)內(nèi)，水水準(zhǔn)基點(diǎn)≥3個(gè)，埋置深深度應(yīng)與建建筑物基礎(chǔ)礎(chǔ)的埋深相相應(yīng)。（1）根據(jù)建筑物物的平面形形狀，結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)和工工程地質(zhì)條條件考慮布布置觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)。（2）一般設(shè)置在在四周的角角點(diǎn)、轉(zhuǎn)角角處、縱橫橫墻的中點(diǎn)點(diǎn)、沉降縫縫和新老建建筑物的連接處。（3）數(shù)量一般不不小于6點(diǎn)，間距一一般為6～12米。1.目的2.必要性3.水準(zhǔn)基點(diǎn)的的設(shè)置4.觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)設(shè)置沉降觀測(cè)采采用精密水水準(zhǔn)儀，觀觀測(cè)精度為為0.01㎜。民用建筑每每增高一層層觀測(cè)一次次；工業(yè)建筑在不不同荷載階段段分別進(jìn)行觀觀測(cè)，施工期期間不應(yīng)少于于4次；竣工后第一年年不少于3～5次；第二年不少于于2次；以后每年一次次，直到穩(wěn)定定。（穩(wěn)定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為半年沉沉降量不超過(guò)過(guò)2㎜）減速沉降（沉沉降速率減少少到0.05㎜/d以下時(shí)）：認(rèn)認(rèn)為沉降趨于于穩(wěn)定。等速沉降：導(dǎo)導(dǎo)致地基喪失失穩(wěn)定的危險(xiǎn)險(xiǎn)。加速沉降：表表示地基已已喪失穩(wěn)定，，應(yīng)及時(shí)采取取措施，防止止發(fā)生事故。。5.儀器與精度6.觀測(cè)次數(shù)和時(shí)時(shí)間7.觀測(cè)資料的整整理建筑物地基變變形的特征，，可分為沉降降量、沉降差差、傾斜和局局部?jī)A斜4種。1.沉降量(mm)定義:特指基礎(chǔ)中心心的沉降差，，以mm為單位；作用:若沉降量過(guò)大大，勢(shì)必影響響建筑物的正正常使用。（一）地基變變形分類二、地基允許許變形值2.沉降差(mm)定義:指同一建筑物物中相鄰兩個(gè)個(gè)基礎(chǔ)沉降的的差值；作用: