工程地質與地基基礎04土變形性質與地基沉降計算

工程地質與地基基礎04土變形性質與地基沉降計算第一頁，共41頁。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）影響結構物的安全和正常使用概述土的特點（碎散、三相）沉降具有時間效應－沉降速率第二頁，共41頁?！?.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：土體在外力作用下，壓縮隨時間增長的過程。本質：孔隙體積減小。第三頁，共41頁。

土的壓縮性高低，常用壓縮性指標定量表示。壓縮性指標，通常由工程地質勘察取天然結構的原狀土樣，進行室內壓縮試驗測定。第四頁，共41頁。一、室內壓縮試驗(1)試驗儀器(2)試驗方法：側限壓縮試驗第五頁，共41頁。(3)試驗結果（孔隙比）的推導第六頁，共41頁。受壓前：受壓后：第七頁，共41頁。(4)試驗結果（土的壓縮曲線圖片）第八頁，共41頁。二、

土的壓縮性指標(1)土的壓縮系數

第九頁，共41頁。為了便于比較，通常采用壓力段由p1=100kPa增加到p2=200kPa時的壓縮系數a1-2來評定土的壓縮性如下：0.10.5高壓縮性中壓縮性低壓縮性第十頁，共41頁。(2)土的壓縮指數

第十一頁，共41頁。(3)土的壓縮模量第十二頁，共41頁。(4)土的回彈再壓縮曲線第十三頁，共41頁。三、土的原位測試及變形模量原位測試方法適用于：地基土為粉、細砂、軟土，取原狀土樣困難。國家一級工程、規(guī)模大或建筑物對沉降有嚴格要求的工程。原位測試方法包括：載荷試驗、靜力觸探試驗、旁壓試驗等第十四頁，共41頁。

載荷試驗示意圖第十五頁，共41頁。反壓重物反力梁千斤頂基準梁荷載板百分表第十六頁，共41頁。載荷試驗結果分析圖－地基土的變形模量第十七頁，共41頁。土的變形模量定義:土體在無側限條件下單軸受壓時的應力與應變之比。第十八頁，共41頁。土的彈性模量定義:土體在無側限條件下瞬時壓縮的應力應變比值。如果在動荷載（如車輛荷載、風荷載、地震荷載）作用時，都是可恢復的彈性變形。第十九頁，共41頁。變形模量、壓縮模量的關系σx=σy=K0σz變形模量壓縮模量無側限條件完全側限條件換算關系第二十頁，共41頁。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)定后的基礎底面的沉降量。

沉降與時間的關系最終沉降量4.2

地基最終沉降量計算第二十一頁，共41頁。2.地基沉降的原因：外因：主要是建筑物荷載在地基中產生的附加應力。（宏觀分析）內因：土的三相組成。（微觀分析）第二十二頁，共41頁。AAgz0pNetstressincreaseA)地基沉降的外因:通常認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生的附加應力。第二十三頁，共41頁。B)內因:土由三相組成，具有碎散性，在附加應力作用下土層的孔隙發(fā)生壓縮變形，引起地基沉降。h第二十四頁，共41頁。3.計算目的：預知該工程建成后將產生的最終沉降量、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，以便在建筑物設計時，為采取相應的工程措施提供科學依據，保證建筑物的安全。

S<[S]滿足設計要求

S>[S]不滿足設計要求第二十五頁，共41頁。（墨西哥城）地基的沉降及不均勻沉降第二十六頁，共41頁。第二十七頁，共41頁。第二十八頁，共41頁。第二十九頁，共41頁。第三十頁，共41頁。計算方法：

分層總和法（道路工程）《規(guī)范》法（建筑工程）彈性力學公式有限單元法第三十一頁，共41頁。1.基本假設地基是均質、各向同性的半無限線性變形體，可按彈性理論計算土中應力。在壓力作用下，地基土不產生側向變形，可采用側限條件下的壓縮性指標。

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

分層總和法第三十二頁，共41頁。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。計算每層土的壓縮量s1,s2,s3,….,sn。然后累計起來，即為總的地基沉降量s。第三十三頁，共41頁。4.計算原理

p1p2p3p4e4e3e2e1epP1=自重應力P2=自重應力+附加應力第三十四頁，共41頁。確定基礎沉降計算深度

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計算各分層沉降量根據自重應力、附加應力曲線、e-p壓縮曲線計算任一分層沉降量

軟土σz=0.1σc（若沉降深度范圍內存在基巖時，計算至基巖表面為止）計算基礎最終沉降量d地基沉降計算深度σc線σz線5.計算步驟第三十五頁，共41頁。6.公式解釋：

σZiσZ(i-1)Hi第三十六頁，共41頁。由《建筑地基基礎設計規(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，并引入平均附加應力系數和地基沉降計算經驗系數

附加應力面積深度z范圍內的附加應力面積附加應力通式σz=K

p0代入引入平均附加應力系數因此附加應力面積表示為因此4.2.2

《規(guī)范》法

第三十七頁，共41頁。zi-1地基沉降計算深度znzi△zzi-1534612b12345612aip0ai-1p0p0p0第n層第i層ziAiAi-1第三十八頁，共41頁。沉降計算深度zn應該滿足當確定沉降計算深度下有軟弱土層時，尚應向下繼續(xù)計算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計算沉降量也滿足上式，若計算深度范圍內存在基巖，zn可取至基巖表面為止當無相鄰荷載影響，基礎寬度在1～30m范圍內，基礎中點的地基沉降計算深度可以按簡化公式計算地基最終沉降量修正公式第三十九頁，共41頁。地基沉降計算中的有關問題1.分層總和法在計算中假定不符合實際情況

假定地基無側向變形

計算結果偏小采用基礎中心點下土的附加應力和沉降

計算結果偏大

2.分層總和法中附加應力計算應考慮:土體在自重作用下的固結程度、相鄰荷