土的壓縮性和地基沉降計(jì)算課件

4、土的壓縮性和地基沉降計(jì)算

4.1土的壓縮性4.2地基最終沉降量計(jì)算4.3地基沉降與時(shí)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(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。4.1.1

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)(4)試驗(yàn)結(jié)果（孔隙比）的推導(dǎo)4.1.2

土的壓縮性指標(biāo)(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(shí)的壓縮系數(shù)a1-2來(lái)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(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(cè)試原位測(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(guó)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－地基土的變形模量土的彈性模量定義:土體在無(wú)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。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(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。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?jī)A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（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(jì)算每層土的壓縮量s1,s2,s3,….,sn。然后累計(jì)起來(lái)，即為總的地基沉降量s。4.計(jì)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(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6.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

zi-1地基沉降計(jì)算深度znzi△zzi-1534612b12345612aip0ai-1p0p0p0第n層第i層ziAiAi-1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(wú)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(jiǎn)化公式計(jì)算地基最終沉降量修正公式地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問(wèn)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(wú)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(kāi)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沉降分析中的若干問(wèn)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(shuō)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(shuō)明土經(jīng)過(guò)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3.土的應(yīng)力歷史對(duì)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(guò)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(guò)的最大有效固結(jié)壓力討論：對(duì)試樣施加壓力p時(shí)，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(duì)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(shí)的土壓力p0的比值描述土層的應(yīng)力歷史，將粘性土進(jìn)行分類1.正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力pc＝p02.超固結(jié)土先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pc>p03.超固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力pc<p04.3

地基沉降與時(shí)間的關(guān)系地基的變形不是瞬時(shí)完成的，地基在建筑物荷載作用下要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到最終沉降量。在工程設(shè)計(jì)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(shí)間的變化過(guò)程即沉降與時(shí)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(guò)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(shí)間的分布3、不同排水條件下一維滲流固結(jié)過(guò)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(yuǎn)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(dá)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(shí)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(jì)算公式（地基中附加應(yīng)力上下均勻分布）