土力學地基基礎課程講解第3章輔導

1、第第3 3章章 土的壓縮性土的壓縮性與地基沉降計算與地基沉降計算2土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.2 土的變形特性土的變形特性n一一 基本概念基本概念n1 1 土的壓縮性土的壓縮性土在壓力作用下體積縮小的特性。土在壓力作用下體積縮小的特性。n2 2 地基土產(chǎn)生壓縮的原因地基土產(chǎn)生壓縮的原因n（1 1）外因）外因n1 1）建筑物荷載作用，這是普遍存在的因素；）建筑物荷載作用，這是普遍存在的因素；n2 2）地下水位大幅度下降，相當于施加大面積荷載）地下水位大幅度下降，相當于施加大面積荷載 （h h是水位下降值）；是水位下降值）；n3 3）施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾

2、動；）施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動；n4 4）振動影響，產(chǎn)生震沉；）振動影響，產(chǎn)生震沉；n5 5）溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化；）溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化；n6 6）浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。）浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。h)( 3土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.2 土的變形特性土的變形特性n（2 2）內(nèi)因）內(nèi)因n1 1）固相礦物本身壓縮，其值很小，工程上無意義，即）固相礦物本身壓縮，其值很小，工程上無意義，即可以忽略礦物本身壓縮值；可以忽略礦物本身壓縮值；n2 2）土中液相水的壓縮，其值也很小，可忽略不計。）土中液相水的壓縮，其值也

3、很小，可忽略不計。n3 3）土中孔隙的壓縮，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠）土中孔隙的壓縮，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠出，使土的孔隙減小。出，使土的孔隙減小。n上述諸多因素中，建筑物荷載作用是外因的主要因素，上述諸多因素中，建筑物荷載作用是外因的主要因素，通過土中孔隙的壓縮這一內(nèi)因產(chǎn)生壓縮變形（沉降）。通過土中孔隙的壓縮這一內(nèi)因產(chǎn)生壓縮變形（沉降）。即土的壓縮主要是土孔隙的變化引起的。即土的壓縮主要是土孔隙的變化引起的。4土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.3 土的有效應力原理土的有效應力原理n1 1 有效應力有效應力n通過顆粒及其相互接觸將力傳遞給骨架使土骨架產(chǎn)生通

4、過顆粒及其相互接觸將力傳遞給骨架使土骨架產(chǎn)生變形的壓力，稱有效應力。變形的壓力，稱有效應力。n2 2 孔隙壓力孔隙壓力u un孔隙水所承擔的壓力稱孔隙壓力。孔隙水所承擔的壓力稱孔隙壓力。 n有效應力的數(shù)值無法量測；有效應力的數(shù)值無法量測；n孔隙水壓力可以通過計算或通過現(xiàn)場孔隙水壓力進行孔隙水壓力可以通過計算或通過現(xiàn)場孔隙水壓力進行量測。量測。5土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.3 土的有效應力原理土的有效應力原理n二二 太沙基的有效壓力理論太沙基的有效壓力理論n作用在飽和土體上的總應力等于作用在土骨架上的有作用在飽和土體上的總應力等于作用在土骨架上的有效應力與孔隙水

5、壓力之和。效應力與孔隙水壓力之和。n即：即： u u 或或 u un當已知土體中某一點所受的總應力當已知土體中某一點所受的總應力 ，并測得該點的孔，并測得該點的孔隙水壓力隙水壓力u u時，可用有效應力原理計算出該點的有效應時，可用有效應力原理計算出該點的有效應力力。土的變形和強度只隨有效應力而變化。土的變形和強度只隨有效應力而變化。6土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.4 側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性n側(cè)限條件側(cè)限條件指側(cè)向限制不能變形，只有豎向單向壓指側(cè)向限制不能變形，只有豎向單向壓縮的條件?？s的條件。n土的壓縮性的高低，常用壓縮性指標描述。壓縮性指土的

6、壓縮性的高低，常用壓縮性指標描述。壓縮性指標通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣進行側(cè)標通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣進行側(cè)限試驗測定。側(cè)限壓縮試驗又稱壓縮試驗或固結(jié)試驗限試驗測定。側(cè)限壓縮試驗又稱壓縮試驗或固結(jié)試驗n一一 側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗)1 (000eHsee7土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.4 側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性n4 4 試樣結(jié)果試樣結(jié)果n（1 1）采用直角坐標系，以孔隙比）采用直角坐標系，以孔隙比e e為縱坐標，以有效為縱坐標，以有效應力應力p p為橫坐標，繪制為橫坐標，繪制e-pe-p曲線。常規(guī)試驗中一般按曲線。常

7、規(guī)試驗中一般按p p5050，100100，200200，300300，400kpa400kpa五級加載。五級加載。n（2 2）采用半對數(shù)坐標，以孔隙比）采用半對數(shù)坐標，以孔隙比e e為縱坐標，取為縱坐標，取p p的常的常用對數(shù)取值為橫坐標，繪制用對數(shù)取值為橫坐標，繪制e-lgpe-lgp曲線。曲線。ne ep p曲線為上凹曲線，曲線為上凹曲線，e elgplgp曲線為下凹曲線。曲線為下凹曲線。e elgplgp曲線在低應力時平緩，隨壓力增大而變陡，并成一曲線在低應力時平緩，隨壓力增大而變陡，并成一條斜直線。曲線隨試樣擾動程度加大而變平緩。條斜直線。曲線隨試樣擾動程度加大而變平緩。 8土力學地

8、基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.4 側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性9土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.4 側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性n二二 側(cè)限壓縮性指標側(cè)限壓縮性指標n1 1 土的壓縮系數(shù)土的壓縮系數(shù)a an壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)壓縮曲線上任一點的切線斜率。壓縮曲線上任一點的切線斜率。n單位：單位：MpaMpa-1-1，kPakPa-1-1 。n壓縮系數(shù)越大，土的壓縮性越大。壓縮系數(shù)越大，土的壓縮性越大。 dpdeap1p2e0e1e2M1M2 p e 1221ppeepetga10土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大

9、學 土木系土木系3.4 側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性n根據(jù)壓力段根據(jù)壓力段100kPa100kPa200kPa200kPa時的壓縮系數(shù)來評價土的時的壓縮系數(shù)來評價土的壓縮性的指標：壓縮性的指標：n2 2 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)CcCcn如果如果e-pe-p曲線繪制成半對數(shù)壓縮曲線曲線繪制成半對數(shù)壓縮曲線e-logpe-logp曲線時，此曲線時，此曲線開始一段呈曲線，其后很長一段為直線段。將后曲線開始一段呈曲線，其后很長一段為直線段。將后段接近直線的斜率稱為段接近直線的斜率稱為壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)CcCc。12110 MPa.1215010 MPa.12150 MPa.低壓縮性土低壓縮性土中等

10、壓縮性土中等壓縮性土高壓縮性土高壓縮性土11土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.4 側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性n分類：分類：nCc0.2 Cc0.2 低壓縮性的土；低壓縮性的土； n0.2Cc0.4 0.2Cc0.4 Cc 0.4 高壓縮性土高壓縮性土 。n特點：特點：nCcCc的值不隨壓力而變。的值不隨壓力而變。nCcCc值越大，土的壓縮性越高。值越大，土的壓縮性越高。)/log(loglog12211221ppeeppeeCc12土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.4 側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性n3 3 壓縮模

11、量壓縮模量EsEs（側(cè)限壓縮模量）（側(cè)限壓縮模量）n（1 1）定義）定義 n壓縮模量壓縮模量EsEs土在完全側(cè)限條件下的豎向附加應力土在完全側(cè)限條件下的豎向附加應力與相應的應變增量之比。與相應的應變增量之比。n彈性模量彈性模量EE試件在受力方向的應力與應變之比。試試件在受力方向的應力與應變之比。試驗的條件：側(cè)面不受約束，可以自由變形。驗的條件：側(cè)面不受約束，可以自由變形。n土的變形模量土的變形模量E E0 0土體在無側(cè)限條件下單軸受壓時土體在無側(cè)限條件下單軸受壓時的應力與應變比值。土的變形中包括彈性變形和殘留的應力與應變比值。土的變形中包括彈性變形和殘留變形兩部分。變形兩部分。13土力學地基基

12、礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n土中應力按起因可分為兩種：自重應力和附加應力。土中應力按起因可分為兩種：自重應力和附加應力。n自重應力自重應力指土體受到自重作用而產(chǎn)生的應力?？煞譃橹竿馏w受到自重作用而產(chǎn)生的應力。可分為兩種：一種是成土年代久的土的自重應力，已經(jīng)完成兩種：一種是成土年代久的土的自重應力，已經(jīng)完成固結(jié)，不引起土體變形。另一種是填土，尚未完成固固結(jié)，不引起土體變形。另一種是填土，尚未完成固結(jié)，會引起土體變形。結(jié)，會引起土體變形。n附加應力附加應力指土體受外荷載及地下水滲流、地震等作用指土體受外荷載及地下水滲流、地震等作用下附加產(chǎn)

13、生的應力增量，它是引起土體變形或地基變下附加產(chǎn)生的應力增量，它是引起土體變形或地基變形的主要原因，導致土體強度破壞和失穩(wěn)的重要原因。形的主要原因，導致土體強度破壞和失穩(wěn)的重要原因。14土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n一一 土自重應力土自重應力n1 1 單層土的自重應力單層土的自重應力n假設天然地面是一無限假設天然地面是一無限大水平面。土的天然容大水平面。土的天然容重為重為 ，則地面下任意深，則地面下任意深度度z z處處a aa a水平面上的豎水平面上的豎向自重應力，取作用在向自重應力，取作用在該水平面上單位面積土該水平面上單位

14、面積土柱體自重柱體自重, , czcz Z Z15土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n二二 成層土自重應力成層土自重應力n設地面下深度設地面下深度Z Z范圍內(nèi)各層土的厚度自上而下分別是范圍內(nèi)各層土的厚度自上而下分別是h h1 1，h h2 2hhi i，hhn n，計算出高度為，計算出高度為Z Z的土柱體重的總和。的土柱體重的總和。n1 1 不同容重的土求各層土的性質(zhì)分層計算不同容重的土求各層土的性質(zhì)分層計算n2 2 同一層土若有地下水存在，地下水位面為分層界面同一層土若有地下水存在，地下水位面為分層界面n3 3 地下水位以下，有

15、不透水層，則層面以下的自重應地下水位以下，有不透水層，則層面以下的自重應力應按上覆土層的水土總重計算。力應按上覆土層的水土總重計算。niiich116土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布17土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n二二 基礎底面接觸壓力基礎底面接觸壓力 n基底壓力：基底壓力：基礎底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，也稱基基礎底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，也稱基底接觸壓力。底接觸壓力。n（1 1）中心荷載下的基底壓力）中心荷載下的基底壓力n基底平均壓力：基底平均壓力： AG

16、FpGG基礎自重及基礎上回填土重的總重基礎自重及基礎上回填土重的總重G G G GdAdAdd從設計地面或室內(nèi)外平均設計地面算起。從設計地面或室內(nèi)外平均設計地面算起。18土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n（2 2）偏心荷載基底壓力）偏心荷載基底壓力n當荷載偏心時，將荷載當荷載偏心時，將荷載分解為中心荷載和力矩分解為中心荷載和力矩兩部分產(chǎn)生應力疊加。兩部分產(chǎn)生應力疊加。WMlbGFppminmax純彎部分純彎部分的應力的應力軸向壓縮部軸向壓縮部分的應力分的應力)61 (minmaxlelbGFpp6le 6le 6le 基底壓力呈

17、梯形分布基底壓力呈梯形分布基底壓力呈三角形分布基底壓力呈三角形分布基底發(fā)生應力重分布基底發(fā)生應力重分布偏心過大不安全且不經(jīng)偏心過大不安全且不經(jīng)濟，設計應避免大偏心。濟，設計應避免大偏心。 19土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布)61 (minmaxlelbGFppbkGFp32)(max lbGFp)(2max圖（圖（a a）el/6el/6el/620土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n三三 基底附加壓力基底附加壓力n作用在基礎底面的壓力與基地處建前土自重應力之差。

18、作用在基礎底面的壓力與基地處建前土自重應力之差。hpppmch021土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n四四 地基中的附加應力地基中的附加應力n地基附加應力地基附加應力是指建筑物荷重在土中引起的附加于原是指建筑物荷重在土中引起的附加于原有應力之上的應力。有應力之上的應力。n計算方法計算方法假定地基土是各向同性的、均質(zhì)的線性假定地基土是各向同性的、均質(zhì)的線性變形體，且在深度和水平方向上都是無限延伸的，即變形體，且在深度和水平方向上都是無限延伸的，即地基看成是均質(zhì)的線性變形半空間。地基看成是均質(zhì)的線性變形半空間。n1 1 豎向集中力下

19、的地基附加應力豎向集中力下的地基附加應力n（1 1）布辛奈斯克解）布辛奈斯克解n布辛奈斯克解出彈性半空間表面上作用一個豎向集中布辛奈斯克解出彈性半空間表面上作用一個豎向集中力時半空間內(nèi)任意點處的應力和位移的彈性力學解答。力時半空間內(nèi)任意點處的應力和位移的彈性力學解答。22土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n2 2 矩形面積受豎向均布荷載矩形面積受豎向均布荷載的地基附加應力的地基附加應力n（1 1）矩形均布荷載角點下的應力）矩形均布荷載角點下的應力n積分法求矩形荷載面角點下的地積分法求矩形荷載面角點下的地基附加應力?；郊討Α

20、0PcZ c c由由l l/b/b和和z/bz/b查表查表3.33.3。 c c角點應力系數(shù)角點應力系數(shù)注意：注意： l l/b1.0,/b1.0,即即b b為矩形短邊為矩形短邊 AdA23土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n（2 2）矩形均布荷載任意點下的應力）矩形均布荷載任意點下的應力n對于均布矩形荷載下的附加應力計算點不在角點下的對于均布矩形荷載下的附加應力計算點不在角點下的情況，可用角點法求得。情況，可用角點法求得。n1 1）計算點）計算點o o在荷載面邊緣在荷載面邊緣o od dc ca ab be e Z Z（ C C

21、+ + C C）p po o C和和 C 面積面積和和角點應力系數(shù)角點應力系數(shù)24土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n2 2）O O點在荷載面內(nèi)點在荷載面內(nèi)n Z Z（ CC CC CC CC）p po o odcba 若若O O點在荷載面的中心，點在荷載面的中心，則則 CC= = CC= = CC= = CC， Z Z4 4 CCp po o25土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n3 3）O O點在荷載面邊緣外側(cè)點在荷載面邊緣外側(cè)n Z Z（ CC CC CC CC

22、）p po o a ac cb bd do oe ef fh hg gabcdabcd可看可看由（由（ofbgofbg）與）與（ofahofah）之差和）之差和（oecgoecg）與與（oedhoedh）之差合成）之差合成 26土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n4 4）O O點在荷載面角點外側(cè)點在荷載面角點外側(cè)n Z Z（ CC CC CC CC）p po o 荷載面由荷載面由（ohceohce）,（ogafogaf）兩個面積中扣除）兩個面積中扣除（ohbfohbf）和）和（ogdeogde） c cd de ef fg go

23、ob bh ha a27土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.6 地基中的應力分布地基中的應力分布n均布矩形荷載下地基中附加應力均布矩形荷載下地基中附加應力 Z Z的分布規(guī)律如下的分布規(guī)律如下n（1 1） Z Z不僅發(fā)生荷載面積之下，而且分布在荷載面積不僅發(fā)生荷載面積之下，而且分布在荷載面積以外相當大范圍之下，此即地基附加應力的擴散分布。以外相當大范圍之下，此即地基附加應力的擴散分布。n（2 2）在離基礎底面不同深度）在離基礎底面不同深度Z Z處各個水平面上，以基處各個水平面上，以基底中心點下軸線處的底中心點下軸線處的 Z Z為最大，隨者距離中軸線愈遠為最大，隨者距離中

24、軸線愈遠愈小。愈小。n（3 3）在荷載分布范圍內(nèi)任意點沿垂線的）在荷載分布范圍內(nèi)任意點沿垂線的 Z Z值，隨深度值，隨深度愈向下愈小。愈向下愈小。 28土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n1 1 定義定義n地基最終沉降量地基最終沉降量地基土層在建筑物荷載作用下，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不斷產(chǎn)生壓縮，直至壓縮穩(wěn)定后地基表面的沉降量稱為地基最終沉降量。為地基最終沉降量。n2 2 地基沉降的原因地基沉降的原因n地基沉降變形外因由荷載在地基土中產(chǎn)生附加應力，地基沉降變形外因由荷載在地基土中產(chǎn)

25、生附加應力，內(nèi)因是土由三項組成，具有碎散性在附加應力作用下內(nèi)因是土由三項組成，具有碎散性在附加應力作用下孔隙發(fā)生壓縮變形，引起沉降?？紫栋l(fā)生壓縮變形，引起沉降。29土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n一一 分層總和法計算分層總和法計算n1 1 計算原理計算原理n將地基土分為若干層，將每一層土的壓縮量計算出來，將地基土分為若干層，將每一層土的壓縮量計算出來，然后累計起來，即為總的地基沉降量然后累計起來，即為總的地基沉降量s s。n2 2單向壓縮分層總和法假設單向壓縮分層總和法假設n（1 1）基底附加應力為作用于地表的局部柔性荷載，）基

26、底附加應力為作用于地表的局部柔性荷載，n（2 2）只計豎向附加應力的作用使土層壓縮變形導致地）只計豎向附加應力的作用使土層壓縮變形導致地基沉降，剪應力則略去不計?；两担魬t略去不計。n（3 3）土層壓縮時不發(fā)生側(cè)向變形）土層壓縮時不發(fā)生側(cè)向變形 30土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n3 3 計算深度及分層厚度計算深度及分層厚度n地基壓縮層地基壓縮層沉降時考慮其變形深度范圍稱地基壓沉降時考慮其變形深度范圍稱地基壓縮層。該深度稱為沉降計算深度或壓縮層厚度。縮層。該深度稱為沉降計算深度或壓縮層厚度。n計算深度：地基沉降計算深度的下

27、限，一般取地基附計算深度：地基沉降計算深度的下限，一般取地基附加應力等于自重應力的加應力等于自重應力的2020（即（即 z z=0.2=0.2 c c）處。若該）處。若該深度下有高壓縮性土，則應繼續(xù)向下計算至深度下有高壓縮性土，則應繼續(xù)向下計算至 z z=0.1=0.1 c c處。這種確定沉降計算深度的方法稱為處。這種確定沉降計算深度的方法稱為應力比法應力比法。n分層厚度：分層厚度： 沉降計算深度范圍內(nèi)的分層厚度一般取沉降計算深度范圍內(nèi)的分層厚度一般取0.4b0.4b（b b為基底寬度）或為基底寬度）或1-2m1-2m，成層土的層面和地下水，成層土的層面和地下水面是分層面。面是分層面。31土力

28、學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n4 4 具體計算方法與步驟具體計算方法與步驟n（1 1）根據(jù)地層剖面圖把地基分成薄層，每薄層厚度不）根據(jù)地層剖面圖把地基分成薄層，每薄層厚度不超過超過0.4b0.4b，如有不同性質(zhì)土層存在，需單獨成一薄層。，如有不同性質(zhì)土層存在，需單獨成一薄層。n（2 2）計算各薄層分局面上的自重應力）計算各薄層分局面上的自重應力 c c。n（3 3）計算基底凈壓力）計算基底凈壓力p p0 0。p p0 0p-p- h h n（4 4）計算中心垂線上各薄層分界面處附加應力）計算中心垂線上各薄層分界面處附加應力 zjz

29、j。), 2 , 1(1ijHhijjjci32土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n（5 5）根據(jù)前面所述原則，確定壓縮底層：按）根據(jù)前面所述原則，確定壓縮底層：按 z z0.20.2 c c的要求確定沉降計算深度的下限。的要求確定沉降計算深度的下限。n（6 6）計算壓縮層底以上各薄層的平均自重應力）計算壓縮層底以上各薄層的平均自重應力 p p1i1i1/2(1/2( c(i-1)c(i-1)+ + cici) ) n平均附加應力平均附加應力 p pi i1/2(1/2( z(i-1)z(i-1)+ + zizi) )，則，則p p

30、2i2ip p1i1i+ + p pi in（7 7）利用每層土的）利用每層土的e-pe-p壓縮曲線，由壓縮曲線，由p p1i1i可查出可查出e e1i1i，由，由p p2i2i可查出可查出e e2i2i，n（8 8）壓縮層總沉降量）壓縮層總沉降量 iiiiiHeees1211iss33土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n二二 規(guī)范推薦沉降計算法規(guī)范推薦沉降計算法n規(guī)范推薦的地基最終沉降計算方法是修正形式的分層規(guī)范推薦的地基最終沉降計算方法是修正形式的分層總和法。不同之處為：總和法。不同之處為：n采用側(cè)限條件的壓縮性指標，壓縮模量；

31、采用側(cè)限條件的壓縮性指標，壓縮模量；n運用了平均附加應力系數(shù)計算；運用了平均附加應力系數(shù)計算；n規(guī)定了地基沉降計算深度的標準；規(guī)定了地基沉降計算深度的標準；n提出地基的沉降計算經(jīng)驗系數(shù)。提出地基的沉降計算經(jīng)驗系數(shù)。34土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n1 1 平均附加應力系數(shù)平均附加應力系數(shù)從基底至地基任意深度從基底至地基任意深度z z范圍內(nèi)的附加范圍內(nèi)的附加應力分布圖面積應力分布圖面積A A對基底附加應力與地基深度的乘積對基底附加應力與地基深度的乘積p p0z0z之比。之比。niiiiiszzEps1110)(p0dz附加應力分

32、布圖附加應力分布圖 z zkpkp0 035土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量36土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n2 2 地基沉降計算深度地基沉降計算深度Z Zn n的標準的標準n1 1）存在相鄰荷載影響的情況下：）存在相鄰荷載影響的情況下：n由該深度向上按規(guī)定的計算厚度由該深度向上按規(guī)定的計算厚度 z z所得的計算沉降量所得的計算沉降量 s s n n滿足下式條件滿足下式條件n計算厚度計算厚度 z z值按右表取值值按右表取值 niinss1025. 0b b（m m

33、） 222b42b44b848b8 z z0.30.30.60.60.80.81.01.037土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n2 2）無相鄰荷載的獨立基礎：）無相鄰荷載的獨立基礎：n3 3 最終沉降計算最終沉降計算 n s s沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，可查表沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，可查表3.113.11n 地基土為均勻土層時，用壓縮模量查表得地基土為均勻土層時，用壓縮模量查表得 s s。地基土為多。地基土為多層土時，用壓縮模量當量值層土時，用壓縮模量當量值 EsEs查表。按附加應力面積加權(quán)平均。查表。按附加應力面積加權(quán)平均。 )ln4 . 0

34、5 . 2(bbZnniiiiissszzEpss1110)(38土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.7地基的最終沉降量地基的最終沉降量n4 4 兩種地基沉降方法比兩種地基沉降方法比較較 39土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.8應力歷史對地基沉降的影響應力歷史對地基沉降的影響n二二 正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)概念正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)概念n先期固結(jié)應力先期固結(jié)應力天然土層在歷史上所經(jīng)受過最大的天然土層在歷史上所經(jīng)受過最大的固結(jié)壓力。固結(jié)壓力。n1 1 正常固結(jié)土正常固結(jié)土土層歷史上所經(jīng)受的最大壓力等于土層歷史上所經(jīng)受的最大壓力等于現(xiàn)有覆蓋土

35、重。大多數(shù)建筑物土層為正常固結(jié)土。現(xiàn)有覆蓋土重。大多數(shù)建筑物土層為正常固結(jié)土。n2 2 超固結(jié)土超固結(jié)土土層歷史上所經(jīng)受的最大壓力大于現(xiàn)土層歷史上所經(jīng)受的最大壓力大于現(xiàn)有覆蓋土重。有覆蓋土重。n3 3 欠固結(jié)土欠固結(jié)土土層歷史上所經(jīng)受的最大壓力小于現(xiàn)土層歷史上所經(jīng)受的最大壓力小于現(xiàn)有覆蓋土重。黃河入?？谔?，泥沙剛沉積下來不久，有覆蓋土重。黃河入?？谔?，泥沙剛沉積下來不久，在自重作用下還沒達到固結(jié)。在自重作用下還沒達到固結(jié)。 40土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.8應力歷史對地基沉降的影響應力歷史對地基沉降的影響n4 4 超固結(jié)比超固結(jié)比PPc c與與P P1 1之比

36、。其值越大，超固結(jié)作用之比。其值越大，超固結(jié)作用越大。確定先期固結(jié)壓力越大。確定先期固結(jié)壓力P Pc c常用卡薩格蘭德法。常用卡薩格蘭德法。將來地面將來地面先前地面先前地面圖圖3-8P Pc cP P1 1時，正常固結(jié)土時，正常固結(jié)土P Pc cPP1 1時，超固結(jié)土時，超固結(jié)土P Pc cPP1 1時，欠固結(jié)土時，欠固結(jié)土41土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降與時間的關系n一一 飽和土的滲流固結(jié)飽和土的滲流固結(jié)n1 1 飽和土體滲流固結(jié)過程飽和土體滲流固結(jié)過程n（1 1）土體孔隙中自由水逐漸排出；）土體孔隙中自由水逐漸排出；n（2 2

37、）土體孔隙體積逐漸減小；）土體孔隙體積逐漸減??；n（3 3）由孔隙水承擔的壓力逐漸轉(zhuǎn)移到土骨架來承受，）由孔隙水承擔的壓力逐漸轉(zhuǎn)移到土骨架來承受，成為有效應力。成為有效應力。n飽和土體固結(jié)作用是排水、壓縮和壓力轉(zhuǎn)移同時進行飽和土體固結(jié)作用是排水、壓縮和壓力轉(zhuǎn)移同時進行的一個過程。的一個過程。42土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降與時間的關系n2 2 滲流固結(jié)力學模型滲流固結(jié)力學模型 圖圖3-8（1 1）驟然施加壓力的一瞬間）驟然施加壓力的一瞬間（2 2）經(jīng)過時間）經(jīng)過時間t t后后 u=u= ，=0=0u u逐漸減小逐漸減小，逐漸逐漸增

38、大增大（3 3）當時間）當時間t t經(jīng)歷很長后經(jīng)歷很長后有效應力有效應力= = ，孔隙水壓，孔隙水壓力力u=0u=0，土體滲流固結(jié)完成，土體滲流固結(jié)完成43土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降與時間的關系n二二 太沙基一維固結(jié)理論太沙基一維固結(jié)理論n1 1 單向固結(jié)微分方程及其解答單向固結(jié)微分方程及其解答n單向固結(jié)理論提出以下幾點基本假設：單向固結(jié)理論提出以下幾點基本假設： n 土是均質(zhì)、各向同性和完全飽和土是均質(zhì)、各向同性和完全飽和n 土粒和孔隙水均不可壓縮土粒和孔隙水均不可壓縮n 土層壓縮和土中水滲流是一維的土層壓縮和土中水滲流是一維

39、的n 土中水的滲流服從達西定律土中水的滲流服從達西定律n 滲流系數(shù)和壓縮系數(shù)為常數(shù)滲流系數(shù)和壓縮系數(shù)為常數(shù)n 外荷載一次加上外荷載一次加上 44土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降與時間的關系n1 1 一維固結(jié)微分方程一維固結(jié)微分方程n邊界條件和初始條件：邊界條件和初始條件： nt t0 0，0 0 z z H uH u z z n0t0t ，z=0z=0，u u0 0nt t ，0 0 z z H H，u u0 0tuzuCv22wvvmkC其中：其中：豎向固結(jié)系數(shù)，反映土固結(jié)快慢的指標一維固結(jié)方程給出孔隙水壓力一維固結(jié)方程給出孔隙水壓

40、力u u隨時間隨時間t t和深度和深度z z變化的解，即可變化的解，即可求出地基在任一時間的固結(jié)沉降求出地基在任一時間的固結(jié)沉降 45土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降與時間的關系 )4exp(2sin14221VmzTmHzmmum m正奇整數(shù)（正奇整數(shù)（1 1，3 3，5 5）；）；T TV V豎向固結(jié)時間因數(shù)豎向固結(jié)時間因數(shù) 無量綱；無量綱；2HtCTVVaekCwv)1 (1C CV V土的豎向固結(jié)系數(shù)，土的豎向固結(jié)系數(shù)，HH壓縮土層最遠的排水距離，壓縮土層最遠的排水距離，單面排水，單面排水，H H取土層厚度；雙面排水，取土層厚

41、度；雙面排水，H H取土層厚度一半取土層厚度一半 46土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降與時間的關系n2 2 固結(jié)度計算固結(jié)度計算n（1 1）固結(jié)度的定義）固結(jié)度的定義在荷載作用下，對某一深度在荷載作用下，對某一深度z z處，經(jīng)歷時間處，經(jīng)歷時間t t，有效應力與總應力的比值，有效應力與總應力的比值 n（2 2）計算公式）計算公式1uutAAAAUAAA 2281exp()4tVUT 47土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降與時間的關系n三三 地基沉降與時間關系計算地基沉降與時間關

42、系計算n1 1 計算地基最終沉降量計算地基最終沉降量s s n2 2 計算附加應力比值計算附加應力比值 n3 3 假定一系列假定一系列U Ut t=10%=10%，20%20%，40%40%，60%60%，80%80%，90% 90% n4 4 計算時間因子計算時間因子T TV V n5 5 計算時間計算時間t t n6 6 計算時間計算時間t t的沉降量的沉降量s st t。 n7 7 繪制繪制s st tt t關系曲線。關系曲線。 48土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降與時間的關系n四四 地基瞬時沉降與次固結(jié)沉降地基瞬時沉降與次固結(jié)

43、沉降n1 1 沉降的組成沉降的組成n地基沉降地基沉降可由可由瞬時沉降、固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降瞬時沉降、固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降組成組成n（1 1）瞬時沉降）瞬時沉降SdSd地基受荷后立即發(fā)生瞬時沉降。地基受荷后立即發(fā)生瞬時沉降。飽和土體受荷瞬間，孔隙中的水未排出，土體體積沒飽和土體受荷瞬間，孔隙中的水未排出，土體體積沒有變化，而由土體產(chǎn)生所引起的沉降。有變化，而由土體產(chǎn)生所引起的沉降。n影響因素：其大小與基礎的形狀、尺寸、附加應力數(shù)影響因素：其大小與基礎的形狀、尺寸、附加應力數(shù)值等因素有關。值等因素有關。49土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降

44、與時間的關系n（2 2）固結(jié)沉降）固結(jié)沉降ScSc地基受荷后有效應力使土體孔隙地基受荷后有效應力使土體孔隙壓縮而產(chǎn)生的沉降。壓縮而產(chǎn)生的沉降。n（3 3）次固結(jié)沉降）次固結(jié)沉降SsSs地基受荷后經(jīng)過很長時間，土地基受荷后經(jīng)過很長時間，土體中超孔隙水壓力已經(jīng)消散，有效應力不變的情況下，體中超孔隙水壓力已經(jīng)消散，有效應力不變的情況下，由于土骨架長時間緩慢的蠕變產(chǎn)生的沉降稱次固結(jié)沉由于土骨架長時間緩慢的蠕變產(chǎn)生的沉降稱次固結(jié)沉降或蠕變沉降。此部分沉降對一般土來說數(shù)值很小，降或蠕變沉降。此部分沉降對一般土來說數(shù)值很小，但對含有有機質(zhì)的厚層軟粘土卻不可忽視。但對含有有機質(zhì)的厚層軟粘土卻不可忽視。 50土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.9地基沉降與時間的關系地基沉降與時間的關系51土力學地基基礎土力學地基基礎廈門大學廈門大學 土木系土木系3.10沉降觀測與地基允許變形值沉降觀測與地基允許變形值n一一 地基變形特征地基變形特征n建筑