土的壓縮性和地基沉降計算課件

4、土的壓縮性和地基沉降計算

4.1土的壓縮性4.2地基最終沉降量計算4.3地基沉降與時間的關(guān)系

4.1

土的壓縮性

土的壓縮性高低，常用壓縮性指標定量表示。壓縮性指標，通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，進行室內(nèi)壓縮試驗測定。4.1.1

室內(nèi)壓縮試驗(1)試驗儀器(2)試驗方法：側(cè)限壓縮試驗(4)試驗結(jié)果（孔隙比）的推導(dǎo)4.1.2

土的壓縮性指標(1)土的壓縮系數(shù)

為了便于比較，通常采用壓力段由p1=100kPa增加到p2=200kPa時的壓縮系數(shù)a1-2來評定土的壓縮性如下：0.10.5高壓縮性中壓縮性低壓縮性(3)土的壓縮模量(4)土的回彈再壓縮曲線及回彈再壓縮模量4.1.3

土的壓縮性原位測試原位測試方法適用于：地基土為粉、細砂、軟土，取原狀土樣困難。國家一級工程、規(guī)模大或建筑物對沉降有嚴格要求的工程。原位測試方法包括：載荷試驗、靜力觸探試驗、旁壓試驗等反壓重物反力梁千斤頂基準梁荷載板百分表載荷試驗結(jié)果分析圖－地基土的變形模量土的彈性模量定義:土體在無側(cè)限條件下瞬時壓縮的應(yīng)力應(yīng)變比值。如果在動荷載（如車輛荷載、風(fēng)荷載、地震荷載）作用時，都是可恢復(fù)的彈性變形。1.地基的最終沉降量：是指地基在建筑物等其它荷載作用下，地基變形穩(wěn)定后的基礎(chǔ)底面的沉降量。

沉降與時間的關(guān)系最終沉降量4.2

地基最終沉降量計算2.地基沉降的原因：外因：主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。（宏觀分析）內(nèi)因：土的三相組成。（微觀分析）AAgz0pNetstressincreaseA)地基沉降的外因:通常認為地基土層在自重作用下壓縮已穩(wěn)定，主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。3.計算目的：預(yù)知該工程建成后將產(chǎn)生的最終沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜，判斷地基變形是否超出允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計時，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。

S<[S]滿足設(shè)計要求

S>[S]不滿足設(shè)計要求（墨西哥城）地基的沉降及不均勻沉降3.定義：先將地基土分為若干土層，各土層厚度分別為h1,h2,h3,……,hn。計算每層土的壓縮量s1,s2,s3,….,sn。然后累計起來，即為總的地基沉降量s。4.計算原理

p1p2p3p4e4e3e2e1epP1=自重應(yīng)力P2=自重應(yīng)力+附加應(yīng)力確定基礎(chǔ)沉降計算深度

一般σz=0.2σc確定地基分層1.不同土層的分界面與地下水位面為天然層面2.每層厚度hi≤0.4b計算各分層沉降量根據(jù)自重應(yīng)力、附加應(yīng)力曲線、e-p壓縮曲線計算任一分層沉降量

軟土σz=0.1σc（若沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時，計算至基巖表面為止）計算基礎(chǔ)最終沉降量d地基沉降計算深度σc線σz線5.計算步驟6.公式解釋：

σZiσZ(i-1)Hi由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007－2002）提出分層總和法的另一種形式沿用分層總和法的假設(shè)，并引入平均附加應(yīng)力系數(shù)和地基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)

附加應(yīng)力面積深度z范圍內(nèi)的附加應(yīng)力面積附加應(yīng)力通式σz=K

p0代入引入平均附加應(yīng)力系數(shù)因此附加應(yīng)力面積表示為因此4.2.2

《規(guī)范》法

zi-1地基沉降計算深度znzi△zzi-1534612b12345612aip0ai-1p0p0p0第n層第i層ziAiAi-1沉降計算深度zn應(yīng)該滿足當確定沉降計算深度下有軟弱土層時，尚應(yīng)向下繼續(xù)計算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計算沉降量也滿足上式，若計算深度范圍內(nèi)存在基巖，zn可取至基巖表面為止當無相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在1～30m范圍內(nèi)，基礎(chǔ)中點的地基沉降計算深度可以按簡化公式計算地基最終沉降量修正公式地基沉降計算中的有關(guān)問題1.分層總和法在計算中假定不符合實際情況

假定地基無側(cè)向變形

計算結(jié)果偏小采用基礎(chǔ)中心點下土的附加應(yīng)力和沉降

計算結(jié)果偏大

2.分層總和法中附加應(yīng)力計算應(yīng)考慮:土體在自重作用下的固結(jié)程度、相鄰荷載的作用

3.基礎(chǔ)埋置較深時，應(yīng)考慮開挖基坑時地基土的回彈，建筑物施工時又產(chǎn)生地基土再壓縮的情況回彈再壓縮影響的變形量計算深度取至基坑底面以下5m，當基坑底面在地下水位以下時取10m沉降分析中的若干問題1.土的回彈與再壓縮pe彈性變形塑性變形adbcb

壓縮曲線回彈曲線再壓縮曲線土的卸荷回彈曲線不與原壓縮曲線重合，說明土不是完全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形土的再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說明土經(jīng)過壓縮后，卸荷再壓縮時，其壓縮性明顯降低2.地基沉降的三個組成部分sd——瞬時沉降sc——固結(jié)沉降ss——次固結(jié)沉降3.土的應(yīng)力歷史對土的壓縮性的影響土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過的應(yīng)力狀態(tài)先期固結(jié)壓力pc

：土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結(jié)壓力討論：對試樣施加壓力p時，壓縮曲線形狀p<pc再壓曲線，曲線平緩p>pc正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大

土層的先期固結(jié)壓力對其固結(jié)程度和壓縮性有明顯的影響，用先期固結(jié)壓力pc與現(xiàn)時的土壓力p0的比值描述土層的應(yīng)力歷史，將粘性土進行分類1.正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時的土壓力pc＝p02.超固結(jié)土先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時的土壓力pc>p03.超固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時的土壓力pc<p04.3

地基沉降與時間的關(guān)系地基的變形不是瞬時完成的，地基在建筑物荷載作用下要經(jīng)過相當長的時間才能達到最終沉降量。在工程設(shè)計中，除了要知道地基最終沉降量外，往往還需要知道沉降隨時間的變化過程即沉降與時間的關(guān)系。4.3.1

飽和土的有效應(yīng)力原理飽和土中總應(yīng)力與孔隙水壓力、有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系：

1、飽和土體滲流固結(jié)過程

4.3.2

土的單向固結(jié)理論2、兩種應(yīng)力在深度上隨時間的分布3、不同排水條件下一維滲流固結(jié)過程單面排水雙面排水4、土的單向固結(jié)理論－太沙基一維固結(jié)理論

適用條件：荷載面積遠大于壓縮土層的厚度，地基中孔隙水主要沿豎向滲流。單向固結(jié)微分方程及其解答基本假定：（1）土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，服從達西定律；（2）土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)為常數(shù)；（3）土顆粒和土中水都是不可壓縮的；（4）土是完全飽和的均質(zhì)、各向同性體；（5）外荷是一次瞬時施加。單向固結(jié)微分方程

式中為土的豎向固結(jié)系數(shù)，

k－滲透系數(shù)

a－壓縮系數(shù)、

e－天然孔隙比單元體的滲流條件單元體的變形條件單元體的滲流連續(xù)條件邊界條件5、固結(jié)度（1）定義：（2）計算公式（地基中附加應(yīng)力上下均勻分布）