土的壓縮性與地基沉降計(jì)算清楚明了

地基與基礎(chǔ)工程SoilMechanicsandFoundationEngineering第三章土的壓縮性與

地基沉降計(jì)算§3.1土的壓縮性§3.2地基最終沉降量§3.3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;土的變形與時(shí)間關(guān)系(一維固結(jié)理論)。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;了解固結(jié)原理和固結(jié)隨時(shí)間變化的概念.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土的特點(diǎn)（碎散、三相）沉降具有時(shí)間效應(yīng)－沉降速率工程實(shí)例問題：沉降2.2米，且左右兩部分存在明顯的沉降差。左側(cè)建筑物于1969年加固。墨西哥某宮殿左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土美國(guó)雙子大廈受外力撞擊建筑物傾斜?！?.1土的壓縮性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2、固結(jié)與固結(jié)度

作用于飽和土體內(nèi)某截面上總的正應(yīng)力s由兩部分組成：一部分為孔隙水壓力u，它沿著各個(gè)方向均勻作用于土顆粒上，其中由孔隙水自重引起的稱為靜水壓力，由附加應(yīng)力引起的稱為超靜孔隙水壓力（孔隙水壓力）；另一部分為有效應(yīng)力σ’，它作用于土的骨架（土顆粒）上，其中由土粒自重引起的即為土的自重應(yīng)力，由附加應(yīng)力引起的稱為附加有效應(yīng)力。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）任一平面上受到的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力加孔隙水壓力之和；（2）土的變形是有效應(yīng)力引起的。固結(jié)：土的壓縮隨時(shí)間而增長(zhǎng)的過程加荷瞬間，σ=u而σ’=0。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，u下降，而σ’增長(zhǎng)。當(dāng)固結(jié)變相穩(wěn)定時(shí)，u=0而σ’=σ，由此可見飽和土壓密過程實(shí)際上是孔隙水壓力逐漸消散，有效壓力增加的過程，則飽和土完全固結(jié)。固結(jié)度ut:土的固結(jié)過程中某一時(shí)間t的固結(jié)沉降量s1與固結(jié)穩(wěn)定的最終沉降量s之比稱為固結(jié)度ut。當(dāng)t=0時(shí)，st=0，則ut=0，即固結(jié)完成0%當(dāng)固結(jié)穩(wěn)定時(shí)，st=s,則ut=1.0，即固結(jié)基本上達(dá)到100%完成。固結(jié)度的變化范圍為0～1，它表示在某一荷載作用下經(jīng)過t時(shí)間后土體所能達(dá)到的固結(jié)程度。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Cece-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)限條件下豎向應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽康谋戎怠?cè)限壓縮模量單位：Mpa，

Kpae1-相當(dāng)于壓力p1的孔隙比：a-相當(dāng)于壓力p1增加至p2時(shí)的壓縮系數(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.土壓縮性的原位測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn):是在工程現(xiàn)場(chǎng)通過千斤頂逐級(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。地基土現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)圖反力梁千斤頂基準(zhǔn)梁荷載板百分表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)加荷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下列要求：加荷等級(jí)應(yīng)不小于8級(jí)，最帶加荷量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)荷載的2倍；每級(jí)加荷后，按間隔10、10、10、15、15min，以后為每30min讀一次沉降量，沉降量＜0.1mm/h認(rèn)為穩(wěn)定可以加下一次荷載；除第一次，其后每次加荷，對(duì)松軟土10～25kPa，對(duì)堅(jiān)硬土50kPa。憑觀測(cè)累計(jì)荷載下的沉降量s，直到達(dá)到以下狀況終止加載：荷載試驗(yàn)p～S曲線oPcrPuPS1arbcs1）荷載板周圍的土有明顯基礎(chǔ)；2）荷載p增量很小，但沉降量s卻急劇增大：3）在某一荷載下，24h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；4）沉降量與承壓板寬度或直徑之比（s/b)≥0.06?！?.2地基最終沉降量的計(jì)算最終沉降量S∞：t∞時(shí)地基最終沉降穩(wěn)定以后的最大沉降量，不考慮沉降過程。不可壓縮層可壓縮層σz=pp地基表面的豎向變形，稱為地基沉降，或基礎(chǔ)沉降。1、基本假定和基本原理理論上不夠完備，缺乏統(tǒng)一理論；單向壓縮分層總和法是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)性方法。一、地基最終沉降量分層總和法（a）假設(shè)基底壓力為線性分布，認(rèn)為土質(zhì)是均勻的（b）采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下附加應(yīng)力為計(jì)算依據(jù)（c）不考慮土的側(cè)向變形，因壓縮性指標(biāo)是在側(cè)限條件下測(cè)定的（d）地基最終沉降量等于各層土沉降量之和：si第i層土的沉降量2、彩計(jì)算悔公式屬：最終影沉降并量：各分層滔沉降量：e1i——害—由第i層的番自重罰應(yīng)力剛均值杠從土排的壓蠟縮曲零線上觀得到活的相良應(yīng)孔乳隙比e2i——技—由第i層的自刃重應(yīng)力漢均值與轉(zhuǎn)附加應(yīng)到力均值事之和從寨土的壓族縮曲線刃上得到糟的相應(yīng)桐孔隙比Esi———第i分蹲層土的漲壓縮模添量；σzi——辱—第i層土上草下層面紫所受附奮加應(yīng)力墾的平均奴值3、顧計(jì)算案步驟汗：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)陸分別計(jì)墳算每分偵層界面狠處的自苗重應(yīng)力鹿和附加唇應(yīng)力，危并畫出棉應(yīng)力圖鄭形(c利)確定想地基妄中壓找力層莫厚度刑zn。采用拴應(yīng)力飛比:(a熄)劃打分薄噸層hi①不同昆土層盞界面；②地下亭水位欲標(biāo)高摸處；③每層厚垂度≤0.4b(窗基礎(chǔ)寬錢度）；(f)駕計(jì)算聚地基最堡終沉降積量，實(shí)際駛就是紡將各雄薄層串土沉榨降量低之和鹽s=Si(d)宿計(jì)算每灶薄層土轎沉降量因Si①一般土有層：σz/σsz≤0.貨2；②軟粘藏土層：σz/σsz≤0毛.1；zn二、強(qiáng)《建葡筑地良基基眉礎(chǔ)設(shè)敗計(jì)規(guī)趟范》充方法在總溪結(jié)大草量實(shí)奏踐經(jīng)狡驗(yàn)的蜻基礎(chǔ)繼上，諒對(duì)分嬸層總窄和法病的計(jì)抄算結(jié)踐果，冊(cè)作必蘿要的朽修正料?！陡ㄖ愕鼗A(chǔ)齡設(shè)計(jì)灶規(guī)范育》（晃GB捧50初00棉7-單20銀02膽）提永出的搭一種貓計(jì)算贈(zèng)方法段——解簡(jiǎn)稱蕉“規(guī)堆范法酒”?！兑?guī)則范》喚法的四要點(diǎn)析：(1孤)引屈入平煎均附邀加應(yīng)灰力系悔數(shù)的志概念(2)扶引入一描個(gè)沉降宜計(jì)算經(jīng)偶驗(yàn)系數(shù)苦ψs則修果正后督的地化基沉停降量北為：一般情午況：軟粘土（應(yīng)朵力集溪中）S偏小,Ψs>銳1硬粘城土（應(yīng)力夕擴(kuò)散）S偏大,Ψs<手1沉降計(jì)懂算經(jīng)驗(yàn)顆系數(shù)1.完計(jì)算賄原理設(shè)地演基土打?qū)泳|(zhì)、齒壓縮搭模量鏈不隨西深度劍變化，則虎：:深度Z叢范圍內(nèi)核豎向附著加應(yīng)力單面積A繞的等代智值:深度案Z范擔(dān)圍內(nèi)壤豎向丘附加劍應(yīng)力恢系數(shù)屆,，A—應(yīng)力喜面積《規(guī)掌范法較》地源基沉誦降計(jì)霜算簡(jiǎn)通圖：2.付地基差沉降看計(jì)算擺深度蠻（地滔基壓認(rèn)縮層剪厚度淹）對(duì)于笑地基田的計(jì)伯算深免度，亮即地胖基壓快縮層便厚度池，可亭分兩風(fēng)種情恭況：⑵無(wú)相鄰蠶荷載的求基礎(chǔ)中錫點(diǎn)下:式中b姜-基礎(chǔ)友寬度，凱適用于響1m～30疫m范希圍。⑴有相蜻鄰荷寸載影梢響:殺或：在計(jì)壁算深度凡zn范圍內(nèi)握，第i物層土的廁變形值：在zn處向考上取劇厚度疏△z醒土層慎的計(jì)嫌算變阻形值脹，斤△z掛按規(guī)恰定確恒定。計(jì)算層王厚度贊△z值臣的選?。罕?-撥5在計(jì)算遭地基變速形時(shí)，技應(yīng)考慮晝相鄰荷語(yǔ)載的影慢響，其睛值可按校應(yīng)力疊撇加原理賽，采用臺(tái)角點(diǎn)法歡計(jì)算。規(guī)范法功計(jì)算基舍礎(chǔ)沉降鉆量的步糟驟為：（1）批計(jì)算繪基底附接加應(yīng)力桑；

（乏2）楊以天然索土層作剝?yōu)榉謱庸妹妫慈璋碋s分層甚）；蓮（3忘）勤確定條壓縮忘層厚料度zn，采用逝變形比古（4）決分別占計(jì)算每輔層土的賤變形量御（碌5）葬計(jì)算套基礎(chǔ)總圾沉降量【例萍】試按規(guī)倚范推薦棚的方法生計(jì)算圖所示漸基礎(chǔ)叨Ⅰ的外最終享沉降秋量，運(yùn)并考德慮基礎(chǔ)提Ⅱ的唇影響蘭。已肌知基丟礎(chǔ)Ⅰ需和Ⅱ致各承受相罰應(yīng)于準(zhǔn)足永久組消合的總浙荷載值Q=拉11宮34怪KN徒，基般礎(chǔ)底典面尺免寸b×l謊=2m示×3m抵,基礎(chǔ)臘埋置身豎度d=攻2m。其他條藥件見圖創(chuàng)。【解答鎮(zhèn)】⑴、計(jì)算基纏底壓力基底兩處總漲壓力基底處沾土的自剃重壓力⑵、計(jì)算壓厭縮層范世圍內(nèi)各果土層壓哨縮量計(jì)算過倚程見圖阿表zi

(m)基礎(chǔ)Ⅰ基礎(chǔ)Ⅱ?qū)A(chǔ)Ⅰ的影響ain=l/bm=l/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、確定如壓縮甜層下搞限在基底誕下4m救深范圍燈內(nèi)土層擱的總變姻形量洪，撥在臭處以啊上責(zé)（基腔礎(chǔ)寬度驅(qū)b=詞2m，該查表3族-5得痕）摧厚土層副變形值男。故所或取沉久降計(jì)窗算深樂度歐滿柴足規(guī)輩范要靈求。⑷、確定茅沉降吩計(jì)算勇經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)系數(shù)壓縮件層范速圍內(nèi)凍土層褲壓縮椒模量枯的平蝕均值查表紋3-贊3得酬ψs=0鈴.9隆。⑸、計(jì)算逆基礎(chǔ)床最終你沉降赤量三、怠土的寫沉降買與時(shí)則間的失關(guān)系●飽遷和粘性潤(rùn)土地基填在建筑女物荷載理作用下曉要經(jīng)過跨相當(dāng)長(zhǎng)寨時(shí)間才裁能達(dá)到濁最終沉叫降，不賞是瞬時(shí)屬完成的另。為了帳建筑物陶的安全伯與正常真使用，筍對(duì)于一光些重要累或特殊易的建筑議物應(yīng)在邁工程實(shí)唯踐和分釀析研究合中掌握扭沉降與精時(shí)間關(guān)赴系的規(guī)碌律性，鑒這是因怪為較快底的沉降屬速率對(duì)僅于建筑撞物有較頸大的危充害。例襖如，在筐第四紀(jì)都一般粘撞性土地?zé)o區(qū)，一伶般的四熄、五層此以上的橫民用建伴筑物的撫允許沉薪降僅10乎cm左右傲，沉螺降超癢過此撲值就綠容易阻產(chǎn)生剖裂縫汗；而卻沿海鳴軟土闖地區(qū)裕，沉朱降的芽固結(jié)辨過程暑很慢嘉，建雄筑物味能夠續(xù)適應(yīng)離于地刃基的鼻變形錄。因亡此，必類似晃建筑蜘物的代允許食沉降俗量可友達(dá)20丟cm甚至更宣大?！袼樯呤翂蚝蜕膀溚恋木銐嚎s寬性小棍而滲持透性細(xì)大，處在受藏荷后篩固結(jié)隔穩(wěn)定撕所需觀的時(shí)飛間很彼短，抖可以蟲認(rèn)為庫(kù)在外伙荷載夜施加棚完畢階時(shí)，麥其固桿結(jié)變膀形就厲已經(jīng)樹基本仆完成吉。飽腿和粘毯性土研與粉隨土地場(chǎng)基在灑建筑絕物荷分載作震用下評(píng)需要電經(jīng)過皆相當(dāng)囑長(zhǎng)時(shí)田間才遠(yuǎn)能達(dá)餅到最廣終沉方降，足例如合厚的眼飽和嫩軟粘皺土層詞，其虜固結(jié)慚變形料需要虜幾年寧甚至兼幾十餡年才農(nóng)能完身成。飾因此仇，工妄程中費(fèi)一般顧只考荒慮粘供性土太和粉糾土的順變形誤與時(shí)劈燕間的厭關(guān)系京。一、螺建筑慌物沉黑降觀貫測(cè)3.3匹建筑邁物沉降杜觀測(cè)與悅地基容位許變形維值（1）慎驗(yàn)證工績(jī)程設(shè)計(jì)諷與沉降哨計(jì)算的筍正確性夢(mèng)；（2）連判別建災(zāi)筑物施民工的質(zhì)足量；（3撤）發(fā)王生事推故后賴作為俗分析沙事故術(shù)原因漠和加繪固處都理依糖據(jù)。能夠殺及時(shí)貝發(fā)現(xiàn)察建筑規(guī)物變無(wú)形并磚防止丹有害察變形擔(dān)的擴(kuò)絡(luò)大。（1）埋設(shè)荒地點(diǎn)吧要靠剝近觀榜測(cè)對(duì)虹象，雜但必陳須在究建筑績(jī)物所獸產(chǎn)生費(fèi)的壓株力影夜響范夠圍以洲外。（2）在一府個(gè)觀串測(cè)區(qū)山內(nèi)，潑水準(zhǔn)稍基點(diǎn)母≥3暖個(gè)，表埋置死深度數(shù)應(yīng)與訪建筑關(guān)物基閉礎(chǔ)的飯埋深冤相應(yīng)省。（1）根據(jù)建弓筑物的也平面形掌狀，結(jié)病構(gòu)特點(diǎn)裝和工程宗地質(zhì)條撈件考慮廟布置觀決測(cè)點(diǎn)。（2東）一般設(shè)尚置在四超周的角棵點(diǎn)、轉(zhuǎn)卷角處、夫縱橫墻校的中點(diǎn)今、沉降鏟縫和新孕老建筑鄙物的連接營(yíng)處。（3）數(shù)量一俯般不小篇于6點(diǎn)跑，間距動(dòng)一般為域6～1想2米。1.目閣的2.必脅要性3.銷水準(zhǔn)焰基點(diǎn)院的設(shè)航置4.軋觀測(cè)骨點(diǎn)的日設(shè)置沉降筑觀測(cè)飼采用犧精密兵水準(zhǔn)鞭儀，號(hào)觀測(cè)齒精度穗為0圓.0米1㎜降。民用建森筑每增庭高一層舍觀測(cè)一沙次；工業(yè)唉建筑梅在不按同荷擱載階則段分號(hào)別進(jìn)漏行觀擠測(cè)，豆施工而期間介不應(yīng)贈(zèng)少于4次；竣工貞后第欲一年錘不少替于3～5次；第二鉗年不著少于2次；以后呈每年擠一次侍，直假到穩(wěn)林定。交（穩(wěn)烘定標(biāo)研準(zhǔn)為闊半年鑄沉降傾量不慕超過2㎜）減速沉馳降（沉昌降速率玩減少到滋0.0立5㎜/姑d以下常時(shí)）：悶認(rèn)為沉紐奉降趨于井穩(wěn)定。等速毯沉降爛：導(dǎo)耳致地情基喪呢失穩(wěn)邁定的阿危險(xiǎn)繁。加速沉漲降：表播示地基示已喪齊失穩(wěn)定味，應(yīng)及娃時(shí)采取強(qiáng)措施，廟防止發(fā)童生事故晶。5.儀趴器與精誰(shuí)度6.觀測(cè)灘次數(shù)死和時(shí)葛間7.觀債測(cè)資料罰的整理建筑頌物地麻基變廈形的篩特征旨，可升分為棍沉降厭量、另沉降唐差、澤傾斜乖和局魂部?jī)A嘩斜4賊種。1.沉降量(mm第)定義冊(cè):特懸指基怪礎(chǔ)中帖心的格沉降喂差，奇以m蘆m為育單位震；作用怠:若腐沉降背量過度大，蹦勢(shì)必伐影響奏建筑厘物的絨正常蝴使用誓。（一虜）地謀基變甘形分跳類二、地國(guó)基允許查變形值2.沉降差(mm昂)定義:下指同一介建筑物喊中相鄰舒兩個(gè)基冒礎(chǔ)沉降圍的差值截；作用由:若辨沉降鞠差過肢大，援建筑賞物將示發(fā)生返裂縫承、傾拳斜和絲式破壞蹈。3.傾斜（‰幼）定義:幟指獨(dú)立駛基礎(chǔ)傾能斜方向純兩端點(diǎn)對(duì)的沉降停差與其羽距離的渠比值，跪以‰表糠示。