工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)04土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算選編課件

4、土的變形性質(zhì)和地基沉降計(jì)算

4.1土的壓縮性4.2地基最終沉降量計(jì)算重點(diǎn)：土的壓縮性和壓縮性指標(biāo)的確定;計(jì)算基礎(chǔ)沉降的分層總和法和規(guī)范法;4、土的變形性質(zhì)和地基沉降計(jì)算

4.1土的壓縮性重點(diǎn)：土的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一致沉降（沉降量）差異沉降（沉降差）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§4.1土的壓縮性土壓縮性的組成固體土顆粒被壓縮土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土的固結(jié)：土體在外力作用下，壓縮隨時(shí)間增長的過程。本質(zhì)：孔隙體積減小。§4.1土的壓縮性土壓縮性的組成固體土顆粒被壓縮土中水及封

土的壓縮性高低，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)行室內(nèi)壓縮試驗(yàn)測(cè)定。工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)04土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算選編課件一、室內(nèi)壓縮試驗(yàn)(1)試驗(yàn)儀器(2)試驗(yàn)方法：側(cè)限壓縮試驗(yàn)一、室內(nèi)壓縮試驗(yàn)(3)試驗(yàn)結(jié)果（孔隙比）的推導(dǎo)(3)試驗(yàn)結(jié)果（孔隙比）的推導(dǎo)受壓前：受壓后：受壓前：受壓后：(4)試驗(yàn)結(jié)果（土的壓縮曲線圖片）(4)試驗(yàn)結(jié)果（土的壓縮曲線圖片）二、

土的壓縮性指標(biāo)(1)土的壓縮系數(shù)

二、土的壓縮性指標(biāo)為了便于比較，通常采用壓力段由p1=100kPa增加到p2=200kPa時(shí)的壓縮系數(shù)a1-2來評(píng)定土的壓縮性如下：0.10.5高壓縮性中壓縮性低壓縮性為了便于比較，通常采用壓力段由p1=100kPa增加到p2(2)土的壓縮指數(shù)

(2)土的壓縮指數(shù)

(3)土的壓縮模量(3)土的壓縮模量(4)土的回彈再壓縮曲線(4)土的回彈再壓縮曲線三、土的原位測(cè)試及變形模量原位測(cè)試方法適用于：地基土為粉、細(xì)砂、軟土，取原狀土樣困難。國家一級(jí)工程、規(guī)模大或建筑物對(duì)沉降有嚴(yán)格要求的工程。原位測(cè)試方法包括：載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等三、土的原位測(cè)試及變形模量

載荷試驗(yàn)示意圖載荷試驗(yàn)示意圖反壓重物反力梁千斤頂基準(zhǔn)梁荷載板百分表反壓重物反力梁千斤頂基準(zhǔn)梁荷載板百分表載荷試驗(yàn)結(jié)果分析圖－地基土的變形模量載荷試驗(yàn)結(jié)果分析圖－地基土的變形模量土的變形模量定義:土體在無側(cè)限條件下單軸受壓時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變之比。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(shí)壓縮的應(yīng)力應(yīng)變比值。如果在動(dòng)荷載（如車輛荷載、風(fēng)荷載、地震荷載）作用時(shí)，都是可恢復(fù)的彈性變形。土的彈性模量變形模量、壓縮模量的關(guān)系σx=σy=K0σz變形模量壓縮模量無側(cè)限條件完全側(cè)限條件換算關(guān)系變形模量、壓縮模量的關(guān)系變形模量壓縮模量無側(cè)限條件完全側(cè)限條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(shí)間的關(guān)系最終沉降量4.2

地基最終沉降量計(jì)算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）2.地基沉降的原因：AAgz0pNetstressincreaseA)地基沉降的外因:通常認(rèn)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。AAgz0pNetstressincreaseA)地基沉B)內(nèi)因:土由三相組成，具有碎散性，在附加應(yīng)力作用下土層的孔隙發(fā)生壓縮變形，引起地基沉降。

hB)內(nèi)因:土由三相組成，具有碎散性，在附加應(yīng)力作用下土層的孔3.計(jì)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(jì)時(shí)，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(jì)要求

S>[S]不滿足設(shè)計(jì)要求3.計(jì)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（墨西哥城）地基的沉降及不均勻沉降（墨西哥城）地基的沉降及不均勻沉降工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)04土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算選編課件工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)04土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算選編課件工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)04土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算選編課件工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)04土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算選編課件計(jì)算方法：

分層總和法（道路工程）《規(guī)范》法（建筑工程）彈性力學(xué)公式有限單元法計(jì)算方法：分層總和法（道路工程）1.基本假設(shè)地基是均質(zhì)、各向同性的半無限線性變形體，可按彈性理論計(jì)算土中應(yīng)力。在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變形，可采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)。

為了彌補(bǔ)假定所引起誤差，取基底中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，以基底中點(diǎn)的沉降代表基礎(chǔ)的平均沉降2.單一壓縮土層的沉降計(jì)算在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載，豎向應(yīng)力增加，孔隙比相應(yīng)減小，土層產(chǎn)生壓縮變形，沒有側(cè)向變形。4.2.1

分層總和法1.基本假設(shè)為了彌補(bǔ)假定所引起誤差，取基底中心點(diǎn)下的附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(jì)算每層土的壓縮量s1,s2,s3,….,sn。然后累計(jì)起來，即為總的地基沉降量s。3.定義：4.計(jì)算原理

p1p2p3p4e4e3e2e1epP1=自重應(yīng)力P2=自重應(yīng)力+附加應(yīng)力4.計(jì)算原理

p1p2p3p4e4e3e2e1epP1=自重確定基礎(chǔ)沉降計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)，計(jì)算至基巖表面為止）計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量d地基沉降計(jì)算深度σc線σz線5.計(jì)算步驟確定基礎(chǔ)沉降計(jì)算深度一般σz=0.2σc確定地基分層1.6.公式解釋：

σZiσZ(i-1)Hi6.公式解釋：σZiσZ(i-1)Hi由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)算經(jīng)驗(yàn)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

由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007－2002）提出zi-1地基沉降計(jì)算深度znzi△zzi-1534612b12345612aip0ai-1p0p0p0第n層第i層ziAiAi-1zi-1地基沉降計(jì)算深度znzi△zzi-1534612b1沉降計(jì)算深度zn應(yīng)該滿足當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有軟弱土層時(shí)，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計(jì)算沉降量也滿足上式，若計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，zn可取至基巖表面為止當(dāng)無相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在1～30m范圍內(nèi)，基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深度可以按簡化公式計(jì)算地基最終沉降量修正公式沉降計(jì)算深度zn應(yīng)該滿足當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有軟弱土層時(shí)地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問題1.分層總和法在計(jì)算中假定不符合實(shí)際情況

假定地基無側(cè)向變形

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

計(jì)算結(jié)果偏大

2.分層總和法中附加應(yīng)力計(jì)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(shí)，應(yīng)考慮開挖基坑時(shí)地基土的回彈，建筑物施工時(shí)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(jì)算深度取至基坑底面以下5m，當(dāng)基坑底面在地下水位以下時(shí)取10m地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問題1.分層總和法在計(jì)算中假定不符合實(shí)際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(shí)，其壓縮性明顯降低2.地基沉降的三個(gè)組成部分sd——瞬時(shí)沉降sc——固結(jié)沉降ss——次固結(jié)沉降沉降分析中的若干問題1.土的回彈與再壓縮pe彈性變形塑性變形人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析