工程地質(zhì)及土力學(xué)—地基沉降計算(新版)ppt課件

1、工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算2021年11月工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算6.1 土的緊縮性6.2 地基沉降計算方法6.3 土的固結(jié)形狀及對應(yīng)的沉降計算6.4 飽和土的太沙基一維固結(jié)實際工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算土具有緊縮性荷載作用地基發(fā)生沉降荷載大小土的緊縮特性地基厚度一致沉降沉降量差別沉降沉降差建筑物上部構(gòu)造產(chǎn)生附加應(yīng)力影響構(gòu)造物的平安和正常運用土的特點碎散、三相沉降具有時間效應(yīng)沉降速率工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算地基土產(chǎn)生壓縮的原因外因：1.建筑物荷載作用，這是普遍存在的要素；2.地下水位大幅度下降，相當于施加大面積荷載；3.施工影響，基槽持力層土

2、的構(gòu)造擾動；4.振動影響，產(chǎn)生震沉；5.溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化；6.浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。內(nèi)因：1.固相礦物本身緊縮，極小，物理學(xué)上有意義，對建 筑工程來說沒有意義的；2.土中液相水的緊縮，在普通建筑工程荷載 100-600Kpa作用下，很小，可不計；3.土中孔隙的緊縮，土中水與氣體受壓后從孔隙中 擠出，使土的孔隙減小。工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算土的緊縮性是指土在壓力作用下體積減少的特性緊縮量的組成緊縮量的組成固體顆粒的緊縮固體顆粒的緊縮土中水的緊縮土中水的緊縮空氣的排出空氣的排出水的排出水的排出占總緊縮量的占總緊縮量的1/4001/400不到，不到，忽略不計

3、忽略不計緊縮量主要組成部分緊縮量主要組成部分闡明：土的緊縮被以為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果闡明：土的緊縮被以為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果無粘性土無粘性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出緊縮穩(wěn)定很快完成緊縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出緊縮穩(wěn)定需求很長一段時間緊縮穩(wěn)定需求很長一段時間土的固結(jié)：土體在壓力作用下，緊縮量隨時間增長的過程土的固結(jié)：土體在壓力作用下，緊縮量隨時間增長的過程工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算0E變形模量無側(cè)向約束z緊縮模量有側(cè)向約束sEz6.1.1土的側(cè)限緊縮剛性護環(huán)剛性護環(huán)加壓活塞加壓活塞透水石透水石環(huán)刀環(huán)刀底座底座透水石透

4、水石土樣土樣荷載荷載留意：土樣在豎直壓留意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀力作用下，由于環(huán)刀和剛性護環(huán)的限制，和剛性護環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向緊縮，不只產(chǎn)生豎向緊縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形產(chǎn)生側(cè)向變形.工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算5.1.2土的緊縮性測試方法水槽內(nèi)環(huán)環(huán)刀透水石試樣傳壓板百分表施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定逐級加大荷載測定：軸向應(yīng)力軸向變形實驗結(jié)果：p1p2p3pttses1s2s3e1e2e3工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算一、e p曲線01002003004000.60.70.80.91.0ei00i0

5、ee(1e )S /Hpp1p2p3pttes1s2s3e1e2e3工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算緊縮目的e 01002003004000.60.70.80.91.0e緊縮系數(shù)，KPa-1a1-2常用作比較土的緊縮性大小土的類別土的類別a1-2 (MPa-1)高壓縮性土高壓縮性土0.5中壓縮性土中壓縮性土0.1-0.5低壓縮性土低壓縮性土0.11221ppeepeav(p1,e1)(p2,e2)p工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算eP(kPa)初始緊縮曲線初始緊縮曲線回彈曲線回彈曲線再緊縮曲線再緊縮曲線彈性彈性變形變形塑性塑性變形變形A初始緊縮曲線初始緊縮曲線土的緊縮與回彈、再緊縮

6、土的緊縮與回彈、再緊縮土體經(jīng)過緊縮，回彈過程，土體的緊縮性顯著降低工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算CcCc1 11 1CsCs緊縮指數(shù)與回彈再緊縮指數(shù)緊縮指數(shù)與回彈再緊縮指數(shù)e ee-p曲線缺陷：不能反映土的應(yīng)力歷史緊縮指數(shù)Cs回彈指數(shù)再緊縮指數(shù)Cs p0：超固結(jié)土：超固結(jié)土pc1：超固結(jié)OCR p0欠固結(jié)粘土 pc 1 處于堆積過程中，土在自重作用下尚未完全固結(jié) OCR1一樣一樣z 時，普通時，普通OCR越大越大，土越密實，緊縮性越小，土越密實，緊縮性越小工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算eABCDmrmin123先期固結(jié)壓力pc確實定：Casagrande 法(f) B點對應(yīng)于先

7、期固結(jié)壓力pc(b) 作程度線m1(c) 作m點切線m2(d) 作m1,m2 的角分線m3(e) m3與實驗曲線的直線段交于點B(a) 在e-lgp緊縮實驗曲線上，找曲率最大點 mpclogp工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算正常固結(jié)土1iszip sziziiCi2i1iCiszieClg ppClg 用e-lgp曲線計算d地面基底pp0d自重應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計算深度sziz iHi1ie2ieBCe1ip2ip2iszizip Cisziziiiii1i1isziCeSHH lg1e1e logp工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算d地面基底pp0d自重應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計算深度szi

8、ziHiBCepcA1ie2ie1ip2ip超固結(jié)土1iszip 2iszizip logp)log(11:1211212iiiieiiiiiicippeHCHeeeSpp)log()log(11:2111212ciciicsiiiiiiiicippCppCeHHeeeSpp工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算d地面基底pp0d自重應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計算深度sziziHiBCepciA1ie2ie1ip2ip欠固結(jié)土1iszip 2iszizip logp)log(11:1211212iiiieiiiiiiciippeHCHeeeSpp)log()log(11:2111212ciiciicis

9、iiiiiiiiciippCppCeHHeeeSpp工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算10010000.60.70.80.9eCc1)(lgKPap欠固結(jié)土P1 P2p2ePc1e欠固結(jié)土的先期固結(jié)壓力欠固結(jié)土的先期固結(jié)壓力pc小于土的自重小于土的自重應(yīng)力應(yīng)力p1，因此在緊縮應(yīng)力作用下的緊縮量，因此在緊縮應(yīng)力作用下的緊縮量為自重應(yīng)力引起的緊縮量為自重應(yīng)力引起的緊縮量s1和附加應(yīng)力引和附加應(yīng)力引起的緊縮量起的緊縮量s2之和。之和。21SSS)log(1111111ciiiiciiiiippeHCHeeS)log(11121122iiiiciiiiippeHCHeeSe1e2)log(121c

10、iiiiciippeHCS工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算 實際背景：大面積均布荷載p不透水巖層飽和緊縮層z=pp側(cè)限應(yīng)力形狀工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算物理模型wph pphh 0h p附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓: u = z=p有效應(yīng)力:z=0滲流固結(jié)過程附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓: u 0附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓: u =0有效應(yīng)力:z=p工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算土層均勻且完全飽和；土顆粒與水不可緊縮；變形是單向緊縮水的滲出和土層緊縮是單向的；荷載均布且一次施加；假定z= const滲流符合達西定律且浸透系數(shù)堅持不變；緊縮系數(shù)V是常數(shù)。根本假定：求解思緒：總應(yīng)力

11、知有效應(yīng)力原理超靜孔隙水壓力的時空分布工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算建立方程：微小單元11dz微小時段dtzdz11孔隙體積的變化流出的水量土的緊縮特性有效應(yīng)力原理達西定律超靜孔隙水壓力的時空分布超靜孔隙水壓力超靜孔隙水壓力土骨架的體積變化透水層飽和緊縮層z透水層vdzzvv工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算dzz11固體體積：111Vdzconst1e 2111VeVe(dz)1e 孔隙體積：dt時段內(nèi)：孔隙體積的變化流出的水量vdzzvvtedzetV)11(12dzzvvdzzvvzvtee111工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算dzz11dt時段內(nèi)：孔隙體積的變化流出的

12、水量達西定律:vdzzvvzvtee111zhkkivwuhzuzhw1zukwdzzhdh22zukzvw工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算dzz11dt時段內(nèi)：孔隙體積的變化流出的水量土的緊縮性有效應(yīng)力原理zzu 孔隙體積的變化土骨架的體積變化vdzzvvzvtee111zvetututtevZvZv工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算Cv 反映了土的固結(jié)性質(zhì)：孔壓散失的快慢固結(jié)速度；Cv 與浸透系數(shù)k成正比，與緊縮系數(shù)V成反比；cm2/s；m2/year固結(jié)系數(shù)2v2uuCtz 221)1(zuektuVwVwVwVmkekC)1 (1工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算 線性齊

13、次拋物線型微分方程式，普通可用分別變量方法求解。 給出定解條件，求解滲流固結(jié)方程，就可以解出u(z,t)。方程求解：1求解思緒：2v2uuCtz 工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算ppz=ppH20t t0 tt , zuz z t , z t , zut , z z 0 z 2H:u=pz=0: u=0z=2H: u=0z=H: 0 z 2H: u=02邊境、初始條件：z透水層飽和緊縮層透水層0/zu工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算(3) 微分方程的解)cos1(2nnpCnvv2CTtH tHCnZHnCuVnn22214exp2sintHCnZHnnnpuVn22214exp2

14、sincos12VmTMZHMMpu21expsin12 , 2 , 1 , 01221為正整數(shù)，mM工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算vv2CTtH 時間因數(shù)m1，3，5，72v2uuCtz 根本微分方程：微分方程的解：反映孔隙水壓力的散失程度固結(jié)程度v22T4m1mt ,zeH2zmsinm1p4u H取值問題，雙面排水時，取一半單面排水時取H工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算H單面排水時孔隙水壓力分布雙面排水時孔隙水壓力分布zz排水面不透水層排水面排水面HH滲流滲流滲流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u0=p

15、u0=pvv2CTtH 時間因數(shù)VnTMZHMMpu21expsin12 ,2, 1 ,01221為正整數(shù)，mM工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算 一點M： 地 層：一層土的平均固結(jié)度Uz,t=01：表征總應(yīng)力中有效應(yīng)力所占比例zt ,zt ,zU dzdzudzdzUztzHzHtzt,00,1總應(yīng)力分布面積有效應(yīng)力分布面積zt , zzt , zzzzt , zu1uU z t , z t , zuH1、根本概念M工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算2、平均固結(jié)度Ut與沉降量St之間的關(guān)系t時辰： SUStt 確定St的關(guān)鍵是確定Ut 確定Ut的中心問題是確定uz.t SSHe1ad

16、ze1adzdzUt1z1t , zzt , zt總應(yīng)力分布面積總應(yīng)力分布面積有效應(yīng)力分布面積有效應(yīng)力分布面積 SSUtt在時間t的沉降與最終沉降量之比工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算3. 地基沉降過程計算1) 根本計算方法均布荷載，單向排水情況確定地基的平均固結(jié)度Ut.)5 , 3 , 1m( ,eH2zmsinm1p4uv22T4m1mt , z ,dzdzu1UH0zH0t , zt v22T2m1m22tem181U v2T42te81U 4UT2t2v 6 . 0Ut 085. 0U1lg933. 0Ttv 6 . 0Ut 3Tv 1Ut 知解得近似簡化 tvUfT Tv反映固

17、結(jié)程度曲線計算工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算二、固結(jié)度的計算0.00.20.40.60.81.00.0010.010.11時間因數(shù)時間因數(shù)固結(jié)度固結(jié)度曲線1曲線1曲線2曲線2曲線3曲線3不透水邊境透水邊境滲流123工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算1 緊縮應(yīng)力分布不同時2) 常見計算條件1 apbp0 110 實際背景：H小，p大自重應(yīng)力附加應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力緊縮土層底面的附加應(yīng)力還不接近零情況2、3：解析公式4-59和4-60圖表：圖4-29情況4、5：疊加原理，公式4-614-63計算公式：應(yīng)力分布：12534根本情況：

18、abpp應(yīng)應(yīng)力力透透水水界界面面上上作作用用的的壓壓縮縮縮縮應(yīng)應(yīng)力力不不透透水水界界面面上上作作用用的的壓壓 不透水邊境透水邊境工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算2. 地基沉降過程計算4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算二、固結(jié)度的計算0.00.20.40.60.81.00.0010.010.11時間因數(shù)時間因數(shù)固結(jié)度固結(jié)度曲線1曲線1曲線2曲線2曲線3曲線3不透水邊境透水邊境滲流123工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算2) 常見計算條件2雙面排水時無論哪種情況，均按情況1計算；緊縮土層深度H取1/2值4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算二、固結(jié)

19、度的計算3. 地基沉降過程計算透水邊境apbp應(yīng)力分布：12534根本情況：透水邊境Hvv2CTtH 工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算三、有關(guān)沉降時間的工程問題三、有關(guān)沉降時間的工程問題1 1、求某一時辰、求某一時辰t t的固結(jié)度與沉降量的固結(jié)度與沉降量2 2、求到達某一固結(jié)度所需求的時間、求到達某一固結(jié)度所需求的時間3 3、根據(jù)前一階段測定的沉降時間曲線，推算以后的、根據(jù)前一階段測定的沉降時間曲線，推算以后的沉降時間關(guān)系沉降時間關(guān)系4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算1 1、求某一時辰、求某一時辰t t的固結(jié)度與沉降量的固結(jié)度與

20、沉降量tTv=Cvt/H2v2vT42)T( , te81USt=Ut S4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算三、有關(guān)沉降時間的工程問題工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算2 2、求到達某一沉降量、求到達某一沉降量( (固結(jié)度固結(jié)度) )所需求的時間所需求的時間Ut= St /S從 Ut 查表計算確定 Tv v2vCHTt 4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算三、有關(guān)沉降時間的工程問題工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算3 3、根據(jù)前一階段測定的沉降時間曲線，推算以后的沉降、根據(jù)前一階段測定的沉降時間曲線，推算以后的沉降時間關(guān)系時間關(guān)系對于各種初始應(yīng)

21、力分布，固結(jié)度均可寫成：對于各種初始應(yīng)力分布，固結(jié)度均可寫成：tte1U 知：t1S1t2S2公式計算，計算t3S34.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算三、有關(guān)沉降時間的工程問題工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算四、固結(jié)系數(shù)確定方法固結(jié)系數(shù) Cv反映固結(jié)速度的目的, Cv 越大，固結(jié)越快。確定方法有四種：方法一：直接計算法緊縮實驗 a浸透實驗 kk與a均是變化的但Cv變化不很大精度較低4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算2v2uuCtz 1vwk(1e )Ca 工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算方法二：直接丈量法l 緊縮實驗 S-t曲線9090t

22、t%90SSU查查 l 由實際公式，v2T42te81U 848. 0T%90Uvt 902vtH848. 0C H取試樣厚度的一半； 缺陷：由于次固結(jié)，S不易確定St S90S90t4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算四、固結(jié)系數(shù)確定方法工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算四、固結(jié)系數(shù)確定方法n當U60%時二者差別逐漸加大vtT2U (2)15. 1TT)2(90v)1(90v 實驗結(jié)果闡明：v22T4m5, 3, 1m22tem181U (1)方法三：時間平方根法閱歷方法工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算4.

23、4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算四、固結(jié)系數(shù)確定方法方法三：時間平方根法閱歷方法OSS90S0=0OAt90t，vtT2U v22T4m5,3, 1m22tem181U (e)Cv=0.848H2/t90(a)消除瞬時沉降，確定原點0(b)實驗曲線的直線段，表示為：vtT2U15. 1 tkSt (c)做直線與實驗曲線交于點AtkS15. 1t (d)點A對應(yīng)于橫坐標 (Tv=0.848)90t工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算方法四：時間對數(shù)法閱歷方法4.4 飽和土體的滲流固結(jié)實際4土的緊縮性與地基沉降計算四、固結(jié)系數(shù)確定方法自學(xué)詳見P153-154工程地質(zhì)及土力學(xué)

24、第六章 地基沉降計算60土孔隙水固體顆粒骨架+三相體系對所受總應(yīng)力，骨架和孔隙流體如何分擔？孔隙氣體+總應(yīng)力總應(yīng)力由土骨架和孔隙流體共同接受它們?nèi)绾蝹魉秃拖嗷マD(zhuǎn)化？它們對土的變形和強度有何影響？受外荷載作用Terzaghi1923有效應(yīng)力原理固結(jié)實際土力學(xué)成為獨立的學(xué)科孔隙流體工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算 粒間應(yīng)力interparticle stress： 由骨架顆粒間接觸點傳送的應(yīng)力。5.1.1土體中兩種性質(zhì)不同的應(yīng)力土體中兩種性質(zhì)不同的應(yīng)力工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算 土體是由固體顆粒和孔隙水及空氣組成的三相集合體。外荷在土體中產(chǎn)生的應(yīng)力是經(jīng)過顆粒間的接觸來傳送的。由顆

25、粒間的點接觸傳送的應(yīng)力會使土的顆粒產(chǎn)生變形，引起土體的變形和強度的變化，這種對土體變形和強度有效的粒間應(yīng)力就稱為有效應(yīng)力。1 1、有效應(yīng)力、有效應(yīng)力：工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算 2 2、孔隙水壓力、孔隙水壓力U U： 假設(shè)土體中的孔隙是相互連通而又充溢水，那假設(shè)土體中的孔隙是相互連通而又充溢水，那么孔隙中的水服從靜水壓力分布規(guī)律，這種由么孔隙中的水服從靜水壓力分布規(guī)律，這種由孔隙水傳送的應(yīng)力就稱為孔隙水壓力孔隙水傳送的應(yīng)力就稱為孔隙水壓力U U。 由于孔隙水在土中一點的各方向產(chǎn)生的壓力相等，它只能緊縮土顆粒本身而不能使土顆粒產(chǎn)生位移，而土粒本身的緊縮量是可以忽略不計的當壓力值到達6

26、00kpa時，土顆粒體積緊縮5，所以不能直接引起土體變形和強度變化的孔隙水壓力又稱為中性壓力。工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算3、總應(yīng)力、總應(yīng)力 aaA：Aw：As：土單元的斷面積土單元的斷面積顆粒接觸點的面積顆粒接觸點的面積孔隙水的斷面積孔隙水的斷面積a-aa-a斷面經(jīng)過土斷面經(jīng)過土顆粒的接觸點顆粒的接觸點u u：孔隙：孔隙水壓力水壓力 總應(yīng)力總應(yīng)力等于等于該土體單元面該土體單元面積以上土、水積以上土、水自重和所施加自重和所施加的一切外荷之的一切外荷之和。和。工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算4、飽和土中的應(yīng)力形狀：PSPSVaaPSa-aa-a斷面經(jīng)過土斷面經(jīng)過土顆粒的接觸點顆粒

27、的接觸點有效應(yīng)力有效應(yīng)力u u：孔隙：孔隙水壓力水壓力 As 0.03工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算孔隙水壓力的作用 它在各個方向相等，只能使土顆粒本身遭到等向壓力，由于顆粒本身緊縮模量很大，故土粒本身緊縮變形極小。因此孔隙水壓力對變形也沒有直接的影響，土體不會由于遭到水壓力的作用而變得密實； 對土顆粒間摩擦、凝聚力沒有奉獻，并且水不能接受剪應(yīng)力，因此孔隙水壓力對土的強度沒有直接的影響。變形的緣由 顆粒間抑制摩擦相對滑移、滾動與 有關(guān)； 接觸點處應(yīng)力過大而破碎與 有關(guān)。試想：海底與土粒間的接觸壓力哪一種情況下大？1mz=u=0.01MPa104mz=u=100MPa強度的成因 凝聚力和

28、摩擦與 有關(guān)有效應(yīng)力原理的根本概念21土的變形與強度都只取決于有土的變形與強度都只取決于有效應(yīng)力效應(yīng)力工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算1. 自重應(yīng)力情況 5.1.2飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計算飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計算 (1) 靜水條件地下水位海洋土毛細飽和區(qū)(2) 穩(wěn)定滲流條件2. 附加應(yīng)力情況 (1) 單向緊縮應(yīng)力形狀(2) 等向緊縮應(yīng)力形狀(3) 偏向應(yīng)力形狀三軸應(yīng)力形狀工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算sat 1. 自重應(yīng)力情況(1) 靜水條件地下水位地下水位下降引起 增大的部分H1H2=-uu=wH2u=wH2=-u =H1+satH2-wH2 =H1+(sa

29、t-w)H2 =H1+H2地下水位下降會引起增大，土?xí)a(chǎn)生緊縮，這是城市抽水引起地面沉降的主要緣由之一。工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算水下土(1) 靜水條件wH1wH1=-u =wH1+satH2-wH =satH2-w(H-H1) =(sat-w)H2 =H2sat 工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算Hh砂層，承壓水粘土層satHh砂層，排水sat穩(wěn)定滲流條件向上滲流向下滲流工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算土水整體分析A向上滲流:向下滲流:)hH(uw Hh砂層，承壓水粘土層sat滲流壓密浸透壓力:工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算取土骨架為隔離體A向上滲流:Hh砂層，

30、承壓水粘土層sat自重應(yīng)力:浸透力:Hhijww 浸透力產(chǎn)生的應(yīng)力:。，就會發(fā)生流土或管涌只要滿足條件稱為臨界水力坡降。式中：即為發(fā)生流土和管涌。條件，則土層處于懸浮狀態(tài)當向上滲流時，若crcrwcrwiiiHhiHhhH 0- 0w工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算土水整體分析土水整體分析A)hH(uw 滲流壓密滲流壓密浸透壓力浸透壓力: :思索題：水位驟降后，思索題：水位驟降后，原水位到現(xiàn)水位之間的原水位到現(xiàn)水位之間的飽和土層用什么容重？飽和土層用什么容重？向下滲流向下滲流: :Hh砂層，排水砂層，排水sasat t地下水位下降，會在土層中產(chǎn)生朝下的滲流，從而使有效地下水位下降，會在土

31、層中產(chǎn)生朝下的滲流，從而使有效應(yīng)力添加，導(dǎo)致土層發(fā)生壓密變形，稱為滲流壓密。這是應(yīng)力添加，導(dǎo)致土層發(fā)生壓密變形，稱為滲流壓密。這是引起地面沉降的又一個緣由。本質(zhì)上浸透力就是作用于土引起地面沉降的又一個緣由。本質(zhì)上浸透力就是作用于土骨架上的有效應(yīng)力。骨架上的有效應(yīng)力。工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算強度問題強度問題變形問題變形問題地基中的應(yīng)力形狀地基中的應(yīng)力形狀應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系土力學(xué)中應(yīng)力符號的規(guī)定土力學(xué)中應(yīng)力符號的規(guī)定應(yīng)力形狀應(yīng)力形狀自重應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力附加應(yīng)力基底壓力計算基底壓力計算有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理建筑物建筑以后，建筑物建筑物建筑以后，建筑物分量等外荷載在地基中引分

32、量等外荷載在地基中引起的應(yīng)力，所謂的起的應(yīng)力，所謂的“附加附加是指在原來自重應(yīng)力根是指在原來自重應(yīng)力根底上添加的應(yīng)力。底上添加的應(yīng)力。建筑物建筑以前，地基建筑物建筑以前，地基中由土體本身的有效分中由土體本身的有效分量所產(chǎn)生的應(yīng)力。量所產(chǎn)生的應(yīng)力。5.2地基土中的自重應(yīng)力與基底壓力計算工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算5.2.1地基中自重應(yīng)力的計算程度地基中的自重應(yīng)力程度地基中的自重應(yīng)力假定：程度地基假定：程度地基半無限空間體半無限空間體半無限彈性體半無限彈性體 側(cè)限應(yīng)變條件側(cè)限應(yīng)變條件一維問題一維問題3 土體中的應(yīng)力計算定義：在建筑建筑物以前，地基中由土體本身的有效分量而產(chǎn)生的應(yīng)力。定義：

33、在建筑建筑物以前，地基中由土體本身的有效分量而產(chǎn)生的應(yīng)力。目的：確定土體的初始應(yīng)力形狀目的：確定土體的初始應(yīng)力形狀計算：地下水位以上用天然容重，地下水位以下用浮容重計算：地下水位以上用天然容重，地下水位以下用浮容重工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算;HHH332211sz iiszH成層地基成層地基1. 計算公式均質(zhì)地基均質(zhì)地基zAzAAWsz 豎直向：豎直向：sz0sysxK ii0sz0sysxHKKZ1H2H3Hzsz 程度向：程度向： 1K0豎直向：豎直向：程度向：程度向：容重：地下水位以上用天然容重容重：地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重地下水位以下用浮容重22331

34、1工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算5.2.2基底壓力計算基底壓力：根底底面?zhèn)魉突讐毫Γ焊椎酌鎮(zhèn)魉徒o地基外表的壓力，也稱給地基外表的壓力，也稱基底接觸壓力。基底接觸壓力。3 土體中的應(yīng)力計算基底壓基底壓力力附加應(yīng)力附加應(yīng)力地基沉降變形地基沉降變形基底反基底反力力根底構(gòu)造的外荷載根底構(gòu)造的外荷載上部構(gòu)造的自重及各上部構(gòu)造的自重及各種荷載都是經(jīng)過根底種荷載都是經(jīng)過根底傳到地基中的。傳到地基中的。 影響要素影響要素 計算方法計算方法 分布規(guī)律分布規(guī)律上部構(gòu)造上部構(gòu)造根根底底地地基基建筑物設(shè)計建筑物設(shè)計v暫不思索上部構(gòu)造的影響，暫不思索上部構(gòu)造的影響，使問題得以簡化；使問題得以簡化；v用荷載替

35、代上部構(gòu)造。用荷載替代上部構(gòu)造。工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算基底壓力基底壓力根底條根底條件件剛剛度度外外形形大大小小埋埋深深大大小小方方向向分分布布土類土類密度密度土層構(gòu)造等土層構(gòu)造等基底壓力的影響要素荷載條荷載條件件地基條地基條件件工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算抗彎剛度EI= M0；反證法：假設(shè)基底壓力與荷載分布一樣，那么地基變形與柔性根底情況必然一致；分布：中間小，兩端無窮大?；讐毫Ψ植紡椥缘鼗^對剛性根底彈性地基，絕對剛性根底根底抗彎剛度EI=0 M=0；根底變形能完全順應(yīng)地基外表的變形；根底上下壓力分布必需完全一樣，假設(shè)不同將會產(chǎn)生彎矩。條形根底，豎直均布荷載條形

36、根底，豎直均布荷載工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算彈塑性地基，有限剛度根底彈塑性地基，有限剛度根底基底壓力分布 荷載較小荷載較小 荷載較大荷載較大砂性土地基砂性土地基粘性土地基粘性土地基 接近彈性解接近彈性解 馬鞍型馬鞍型 拋物線型拋物線型 倒鐘型倒鐘型工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算根據(jù)圣維南原理，基底壓力的詳細分布方式對地基應(yīng)根據(jù)圣維南原理，基底壓力的詳細分布方式對地基應(yīng)力計算的影響僅局限于一定深度范圍；超出此范圍以力計算的影響僅局限于一定深度范圍；超出此范圍以后，地基中附加應(yīng)力的分布將與基底壓力的分布關(guān)系后，地基中附加應(yīng)力的分布將與基底壓力的分布關(guān)系不大，而只取決于荷載合力的

37、大小、方向和位置。不大，而只取決于荷載合力的大小、方向和位置。基底壓力的適用簡化計算基底壓基底壓力的分力的分布方式布方式非常復(fù)非常復(fù)雜雜簡化計算方法：簡化計算方法：假定基底壓力按直線分布的資假定基底壓力按直線分布的資料力學(xué)方法料力學(xué)方法根底尺寸較根底尺寸較小小荷載不是很荷載不是很大大工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算B BL Lx xy yN1 1、矩形面積中心荷載、矩形面積中心荷載AGFANp注注: G: G:為根底自重及上覆回為根底自重及上覆回填土的總量；填土的總量； 為根底及回填土之平均為根底及回填土之平均重度，普通取重度，普通取20KN/m320KN/m3，地，地下水位以下以浮容重

38、計算下水位以下以浮容重計算 GAdGGd工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算db(a)p(b)bp室內(nèi)設(shè)計地面室外設(shè)計地面+0.00FG+0.00FGd中心荷載下的基底壓力分布中心荷載下的基底壓力分布 (a)內(nèi)墻或內(nèi)柱根底根底內(nèi)墻或內(nèi)柱根底根底 (b)外墻或外柱根底外墻或外柱根底d為根底埋深，假設(shè)室內(nèi)外不一樣高，取室內(nèi)外平均值為根底埋深，假設(shè)室內(nèi)外不一樣高，取室內(nèi)外平均值A(chǔ)GFANp工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算偏心荷載作用下的基底壓力F+G eelbpmaxpminWMAGFppminmax作用于根底底面作用于根底底面形心上的力矩形心上的力矩M=(F+G)e 根底底面的抵根底底面的

39、抵抗矩；矩形截抗矩；矩形截面面W=bl2/6 leblGFpp61minmax工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算leblGFpp61minmax討論：討論：當e0，基底壓力呈梯形分布 當e=l/6時，pmax0，pmin=0，基底壓力呈三角形分布 當el/6時，pmax0，pmin0，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，基底壓力重分布 pmaxpminel/6pmaxpmin0pmaxpmin=0基底壓力重分布工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算基底壓力重分布belpGF2321max偏心荷載作用在偏心荷載作用在基底壓力分布圖基底壓力分布圖形的形心上形的形心上 belGFp232max工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六

40、章 地基沉降計算基底附加壓力 由于工程建筑活動或其它緣由，使基底處額外添加的壓力 -0dpp基底壓力基底附加壓力基底附加壓力 地基中各點附加壓力地基中各點附加壓力上部荷載上部荷載F根底自重根底自重G工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算1 1、地下水位下的密度取有效密度；、地下水位下的密度取有效密度；2 2、根底埋深、根底埋深d d，從設(shè)計地面或室內(nèi)外平均設(shè)計地面，從設(shè)計地面或室內(nèi)外平均設(shè)計地面算起，對于新填土場地那么從老天然地面算起；算起，對于新填土場地那么從老天然地面算起；3 3、對多層地基，取加權(quán)目的計算。、對多層地基，取加權(quán)目的計算。niiiniihh110dpp00 -0dpp00p

41、時的設(shè)計補償作用時的設(shè)計補償作用.工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算豎直豎直集中集中力力矩形面積豎直均布荷載矩形面積豎直均布荷載矩形面積豎直三角形荷載矩形面積豎直三角形荷載程程度度集集中中力力矩形面積程度均布荷載矩形面積程度均布荷載豎直線布荷載豎直線布荷載條形面積豎直均布荷載條形面積豎直均布荷載圓形面積豎直均布荷載圓形面積豎直均布荷載特殊面積、特特殊面積、特殊荷載殊荷載主要討主要討論豎直論豎直應(yīng)力應(yīng)力荷載方向荷載方向荷載分布荷載分布作用面作用面5.3地基土中的附加應(yīng)力計算附加應(yīng)力：由外荷在地基中引起的應(yīng)力。附加應(yīng)力：由外荷在地基中引起的應(yīng)力。工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算一. 豎直

42、集中力作用下的附加應(yīng)力計算布辛內(nèi)斯克課題yzxox y xy yz zx z PMxyzrRMx y xy yz zx z P；x,y,z；R, , 222222zyxzrR tgz/r工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算x:y:z:zxzyz 222222zyxzrR tgz/r系數(shù)查表系數(shù)查表集中力作用下的集中力作用下的應(yīng)力分布系數(shù)應(yīng)力分布系數(shù)工程地質(zhì)及土力學(xué) 第六章 地基沉降計算0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0r/zr/z0.50.50.40.40.30.30.20.20.10.10 0K KyzxoPMxyzrRM特點特點1.