地基土的變形課件

地基土的變形基本內(nèi)容：

這是本課程的重點(diǎn)。在學(xué)習(xí)土的壓縮性指標(biāo)確定方法的基礎(chǔ)上，掌握地基最終沉降量計(jì)算原理和地基固結(jié)問(wèn)題的分析計(jì)算方法。學(xué)習(xí)要求：

◆掌握土的壓縮性與壓縮性指標(biāo)確定方法；

◆掌握地基最終沉降量計(jì)算方法；

熟悉不同應(yīng)力歷史條件的沉降計(jì)算方法；

掌握太沙基一維固結(jié)理論；

掌握地基沉降隨時(shí)間變化規(guī)律。概述…1如果在地基上修建建筑物，地基土內(nèi)各點(diǎn)不僅要承受土體本身的自重應(yīng)力，而且要承擔(dān)由建筑物通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地基的荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用，這都將導(dǎo)致地基土體的變形。土體變形可分為：體積變形和形狀變形。本章只討論由正應(yīng)力引起的體積變形，即由于外荷載導(dǎo)致地基內(nèi)正應(yīng)力增加，使得土體體積縮小。在附加應(yīng)力作用下，地基土將產(chǎn)生體積縮小，從而引起建筑物基礎(chǔ)的豎直方向的位移（或下沉）稱(chēng)為沉降。

為什么研究沉降？基礎(chǔ)的沉降量或者各部位的沉降差過(guò)大，那么將影響上部建筑物的正常使用，甚至?xí)＜敖ㄖ锏陌踩?。概述?地基土層發(fā)生變形的主要因素內(nèi)因：土具有壓縮性外因：主要是建筑物荷載的作用建筑物荷載作用，這是普遍存在的因素地下水位大幅度下降施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)振動(dòng)影響，產(chǎn)生震沉溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉固相礦物本身壓縮土中液相水的壓縮土中孔隙的壓縮在外力作用下，土顆粒重新排列，土體體積縮小的現(xiàn)象稱(chēng)為壓縮。通常，均認(rèn)為土體壓縮完全是由于土中孔隙體積減小的結(jié)果。土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程稱(chēng)為土的固結(jié)。土的壓縮性…1土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)土體的變形計(jì)算，需要取得土的壓縮性指標(biāo)，可以通過(guò)室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)得到。

室內(nèi)壓縮試驗(yàn)亦稱(chēng)固結(jié)試驗(yàn)，是研究土壓縮性最基本的方法。

現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)千斤頂逐級(jí)對(duì)置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測(cè)記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量s，并繪制成p-s曲線，即獲得地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。反映土的壓縮性的指標(biāo)主要有壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)和變形模量、體積壓縮系數(shù)。土的壓縮性的高低，常用壓縮性指標(biāo)定量表示，壓縮性指標(biāo)，通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣進(jìn)行。側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)亦稱(chēng)固結(jié)試驗(yàn)。所謂側(cè)限，就是使土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無(wú)側(cè)向變形。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)采用的試驗(yàn)裝置為壓縮儀(下圖)。試驗(yàn)時(shí)將切有土樣的環(huán)刀置于剛性護(hù)環(huán)中，由于金屬環(huán)刀及剛性護(hù)環(huán)的限制，使得土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無(wú)側(cè)向變形。在土樣上下放置的透水石是土樣受壓后排出孔隙水的兩個(gè)界面。壓縮過(guò)程中豎向壓力通過(guò)剛性板施加給土樣，土樣產(chǎn)生的壓縮量可通過(guò)百分表量測(cè)。常規(guī)壓縮試驗(yàn)通過(guò)逐級(jí)加荷進(jìn)行試驗(yàn)，常用的分級(jí)加荷量p為：50，100，200，300，400kPa。土的壓縮是由于孔隙體積減小，所以土的變形常用孔隙比e表示。

側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力特點(diǎn):土的壓縮性…2土的壓縮性…3單向固結(jié)試驗(yàn)或側(cè)限固結(jié)試驗(yàn)土的壓縮性…4單向固結(jié)試驗(yàn)或側(cè)限固結(jié)試驗(yàn)設(shè)土粒體積Vs=1,由三相圖(教材圖3-2)可得:施加壓力p前試件中的固體體積Vs:

e0為土的初始孔隙比施加p后

因此各級(jí)壓力p←→壓縮量s←→孔隙比e→e～p曲線(壓縮曲線)

土的壓縮性…6e-p曲線確定壓縮系數(shù)e-logp曲線確定壓縮指數(shù)土的壓縮性…8

壓縮指數(shù)：土的固結(jié)試驗(yàn)的結(jié)果也可以繪在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，即坐標(biāo)橫軸p用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，而縱軸e用普通坐標(biāo)，由此得到的壓縮曲線稱(chēng)為e~lgp曲線。在較高的壓力范圍內(nèi)，e~lgp曲線近似地為一直線，可用直線的坡度——壓縮指數(shù)Cc來(lái)表示土的壓縮性高低，即

Cc是無(wú)量綱系數(shù)，同壓縮系數(shù)a一樣，壓縮指數(shù)Cc值越大，土的壓縮性越高。雖然壓縮系數(shù)a和壓縮指數(shù)Cc都是反映土的壓縮性指標(biāo)，但兩者有所不同。前者隨所取的初始?jí)毫皦毫υ隽康拇笮《?，而后者在較高的壓力范圍內(nèi)卻是常量，不隨壓力而變。

土的壓縮性…10壓縮模量：土體在完全側(cè)限的條件下，豎向應(yīng)力增量與豎向應(yīng)變?cè)隽康谋戎怠?/p>

Es的倒數(shù)成為土的體積壓縮系數(shù)mv，它表示單位壓應(yīng)力變化引起的單位體積變化(MPa-1)。

Es

>15MPa時(shí)，低壓縮性土15≥Es

>4MPa時(shí)，中壓縮性土

Es<4MPa時(shí)，高壓縮性土土的壓縮性…11回彈曲線和再壓縮曲線壓縮曲線特征：

卸荷時(shí)，試樣bc回彈，可見(jiàn)土體的變形是由可恢復(fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形兩部份組成。

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

回彈和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。

再加荷時(shí)的壓力超過(guò)b點(diǎn)，再壓縮曲線就趨于初始?jí)嚎s曲線的延長(zhǎng)線。土體變形機(jī)理非常復(fù)雜，不是理想的彈塑性體，而是具有彈、粘、塑性。土的壓縮性…12現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)千斤頂逐級(jí)對(duì)置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測(cè)記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量s，將上述試驗(yàn)得到的各級(jí)荷載與相應(yīng)的穩(wěn)定沉降量繪制成p-s曲線，即獲得了地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。

1－承壓板2－千斤頂3－百分表4－平臺(tái)5－支墩6－堆載地基土現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)圖土的壓縮性…13土的變形模量：土體在無(wú)側(cè)向約束條件下，豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變的比值。豎向應(yīng)變中包括彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變，稱(chēng)之為變形模量。

變形模量與壓縮模量之間的關(guān)系:變形模量可以由現(xiàn)場(chǎng)靜荷載試驗(yàn)或旁壓試驗(yàn)測(cè)定。為沉降影響系數(shù)。分別證明如下土的壓縮性…14布辛奈斯克解z=0，即地基表面沉降值局部荷載p0(,)作用下M(x,y)點(diǎn)的沉降s均布荷載

土的類(lèi)型變形模量(kPa)土的類(lèi)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土的壓縮性…16基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算…1定義

地基土層在建筑物荷載作用下，不斷產(chǎn)生壓縮，直至壓縮穩(wěn)定后地基表面的沉降量稱(chēng)為地基的最終沉降量。

原因

其外因主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力；內(nèi)因是土的碎散性，孔隙發(fā)生壓縮變形，引起地基沉降。

目的

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)，采取相應(yīng)的工程措施，保證建筑物的正常使用。

方法有關(guān)地基沉降量的方法很多，工業(yè)與民用建筑中常見(jiàn)的有分層總和法和《規(guī)范》法，還有彈性理論法和數(shù)值計(jì)算法。基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算…3計(jì)算原理一般取基底中心點(diǎn)下地基附加應(yīng)力來(lái)計(jì)算各分層土的豎向壓縮量，認(rèn)為基礎(chǔ)的平均沉降量s為各分層上豎向壓縮量Dsi之和，即

幾點(diǎn)假設(shè)地基土為一均勻的、等向的半無(wú)限空間彈性體；計(jì)算部位為基礎(chǔ)中心點(diǎn)O下土柱所受附加應(yīng)力sz進(jìn)行計(jì)算；地基土的變形條件為側(cè)限條件；計(jì)算深度因工程上附加應(yīng)力擴(kuò)散隨深度而減少，計(jì)算到某一深度（受壓層）即可。分層總和法是目前最常用的地基沉降計(jì)算方法計(jì)算步驟1、繪制基礎(chǔ)中心下地基的自重應(yīng)力、附加應(yīng)力分布曲線，求2、確定沉降計(jì)算深度（壓縮下限深度）

如壓縮下限下部還有更軟的土層，則計(jì)算至該土層底面為止；如壓縮層內(nèi)部有基巖，則受壓層深度計(jì)算至新鮮巖土為為止；3、分層厚度的確定，天然土層交界面及地下水面為特定的分界面。一般土軟土基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算…4計(jì)算中的幾個(gè)問(wèn)題1、有相鄰荷載作用時(shí)，應(yīng)將相臨荷載引起的附加應(yīng)力疊加到基礎(chǔ)自身引起的附加應(yīng)力中去；2、有相鄰荷載時(shí)，我國(guó)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定采用下式確定沉降計(jì)算深度：式中，—由計(jì)算深度向上取厚度為的土層沉降計(jì)算值；

s—計(jì)算深度范圍內(nèi)各個(gè)分層土的沉降計(jì)算值的總和。

具體應(yīng)用時(shí)采用試算法，先假定一個(gè)沉降計(jì)算深度zn

基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算…6【例題】有一矩形基礎(chǔ)放置在均質(zhì)粘土層上，如圖所示。基礎(chǔ)長(zhǎng)度L=10m，寬度B=5m，埋置深度D=1.5m，其上作用著中心荷載P=10000kN。地基土的重度為20kN/m3，飽和重度21kN/m3，土的壓縮曲線如圖（b）所示。若地下水位距基底2.5m，試求基礎(chǔ)中心點(diǎn)的沉降量。例題…1【解】（1）由L/B=10/5=2<10可知，屬于空間問(wèn)題，且為中心荷載，所以基底壓力為

基底凈壓力為

（2）因?yàn)槭蔷|(zhì)土，且地下水位在基底以下2.5m處，取分層厚度2.5m（3）求各分層面的自重應(yīng)力（注意：從地面算起）并繪分布曲線見(jiàn)圖（a）

例題