4地基沉降計算

第第#頁計算，則可發(fā)現(xiàn)以單向壓縮分層總和法計算所得的固結(jié)沉降、對一般的正常固結(jié)和超固結(jié)土，都是偏大的。所以，通常粗略地把單向壓縮分層總和法的計算結(jié)果看成是地基最終沉降，而不另行考慮地基的瞬時沉降。傳統(tǒng)的和規(guī)范推薦的兩種單向壓縮分層總和法，就計算方法而言并無太大差別，規(guī)范法的重要特點在于引入了沉降計算經(jīng)驗系數(shù)．以校正計算值與實測值的偏差。砂土地基在荷載作用下由土的體積變形和剪切變形引起的沉降在短時間內(nèi)幾乎同時完成。地基沉降計算深度用于確定地基沉降有影響的土層范圍．保證滿足沉降計算的精度要求。地基沉降計算深度的確定標(biāo)準(zhǔn)有二種：應(yīng)力比法和與變形比法。土的應(yīng)力歷史前期固結(jié)應(yīng)力pc:土在歷史上曾受到過的最大有效應(yīng)力超固結(jié)比OCR:前期固結(jié)應(yīng)力與現(xiàn)有有效應(yīng)力之比,即0。庫pc/p1正常固結(jié)土：OCR=1超固結(jié)土：OCR>1,OC愈大，土受到的超固結(jié)作用愈強(qiáng)，在其他條件相同的情況下，其壓縮性愈低。欠固結(jié)土：OCRvI土在自重作用下還沒有完全固結(jié)，土的固結(jié)應(yīng)力末全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，即尚有一部分由孔隙水所承擔(dān)。應(yīng)力歷史對地基沉降的影響在a、b、c三個土層現(xiàn)有地面以下同一深度z處，土的現(xiàn)有應(yīng)力雖然相同，但是由于它們經(jīng)歷的應(yīng)力歷史不同，因而在壓縮曲線上處于不同的位置。對于正常固結(jié)土，它在沉積過程中巳從 e0開始在自重應(yīng)力作用下沿現(xiàn)場壓縮曲線至a點固結(jié)穩(wěn)定。對于超固結(jié)土，它曾在自重應(yīng)力力作用下沿現(xiàn)場壓縮曲線至b點，后因上部土層沖蝕，現(xiàn)巳回彈穩(wěn)定在 b'點。對于欠固結(jié)土，由于在自重應(yīng)力作用下還未完全固結(jié)．日前它處于現(xiàn)場壓縮曲線上的c點。若對三種土再施加相同的固結(jié)應(yīng)力 Dp那么，正常固結(jié)和欠固結(jié)土將分別由a和c點沿現(xiàn)場壓縮曲線至d點固結(jié)穩(wěn)定，而超固結(jié)土：則由b'點沿觀場再壓縮曲線至d點固結(jié)穩(wěn)定。顯然，三者的壓縮量是不同的，其中欠固結(jié)土最大，超固結(jié)土最小，而正常固結(jié)土則介于兩者之間。這個問題用e~p曲線法是無法考慮，只有采用e~logp曲線法才能解決。前期固結(jié)壓力的確定(Casagrandemethod,1936)確定先期固結(jié)壓力步驟如下：從e?logp曲線上找出曲率半徑最小的一點 A，過A點作水平線A1和切線A42;作DlA2的平分線A3,,與e?logp曲線中直線段的延長線相交于B點；B點所對應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力 pc。初始(原始)壓縮曲線確定試樣的前期固結(jié)應(yīng)力一旦確定，就可通過它與試樣現(xiàn)有固結(jié)應(yīng)力 pl的比較，來判定它是正常固結(jié)的、超固結(jié)的、還是欠固結(jié)的。然后，再依據(jù)室內(nèi)壓縮曲線的特征，來推求原始壓縮曲線。原始壓縮曲線是指室內(nèi)壓縮試驗e~logp曲線經(jīng)修正后得出的符合原始原始土體孔隙比與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線。若pc=p1，則試樣是正常固結(jié)的，它的原始壓縮曲線推求:一般可假定取樣過程中試樣不發(fā)生體積變化，即試樣的初始孔隙比e0就是它的原位孔隙比，由e0和pc值，在e~logp坐標(biāo)上定出b點，此即試樣在原始壓縮的起點，然后從縱軸坐標(biāo)0.42e0處作一水平線交室內(nèi)壓縮曲線于c點,連接bc即為所求的原始壓縮曲線。若pc>pl，則試樣是超固結(jié)的。由于超固結(jié)土由前期固結(jié)壓力pc減至現(xiàn)有有效應(yīng)力p1期間曾在原位經(jīng)歷了回彈。因此，當(dāng)超固結(jié)土后來受到外荷引起的附加應(yīng)力Dp時，它開始將沿著原始再壓縮曲線壓縮。如果 Dp較大，超過(pc－p1)，它才會沿原始壓縮曲線壓縮。超固結(jié)土原始壓縮曲線推求:先作b1點，其橫、縱坐標(biāo)分別為試樣的現(xiàn)場自重壓力p1和現(xiàn)場孔隙比e0； (2)過b1點作一直線，其斜率等于室內(nèi)回彈曲線與再壓縮曲線的平均斜率，該直線與通過B點垂線(其橫坐標(biāo)相應(yīng)于先期固結(jié)壓力值)交于b1點,b1b就作為原始再壓縮曲線。其斜率為回彈指數(shù)Ce；(3)作c點，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等0.42e0處確定； (4)連接bc直線，即得原始壓縮曲線的直線段，取其斜率作為壓縮指標(biāo) Cc。若pcvpl,則試樣是欠固結(jié)的，由于自重作用下的壓縮尚未穩(wěn)定，實質(zhì)上屬于正常固結(jié)土一類，它的現(xiàn)場壓縮曲線的推求方法完全與正常固結(jié)土一樣考慮應(yīng)力歷史的地基沉降計算正常固結(jié)土欠固結(jié)土考慮應(yīng)力歷史的地基沉降計算超固結(jié)土飽和土體一維固結(jié)理論在荷載作用下，土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，在排水條件下，隨著時間發(fā)展，土體中水被排出，土體孔隙比減小；超靜孔隙水壓力逐步消散，土體中有效應(yīng)力逐步增大，直至超孔隙水壓力完全消散，這一過程稱為固結(jié)。工程設(shè)計中，我們不但需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最終沉降量，而且需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)達(dá)到某一沉降量所需的時間，亦即需要知道沉降與時間的變化過程。目前均以飽和土體一維固結(jié)理論為研究基礎(chǔ)。一維固結(jié)力學(xué)模型一維固結(jié)又稱單向固結(jié)。土體在荷載作用下土中水的滲流和土體的變形僅發(fā)生在一個方向的固結(jié)問題。嚴(yán)格的一維固結(jié)問題只發(fā)生在室內(nèi)有側(cè)限的固結(jié)試驗中，實際工程中并不存在。然而，當(dāng)土層厚度比較均勻，其壓縮土層厚度相對于均布外荷作用面較小時，可近似為一維固結(jié)問題。在壓力作用下，土體中孔隙水向外排出，體積減小的本質(zhì)是什么?下面我們以土的固結(jié)模型來說明土固結(jié)的力學(xué)機(jī)理。固結(jié)的力學(xué)機(jī)理有效應(yīng)力原理整個滲流固結(jié)過程中 U和都是在隨時間t而不斷變化.滲流固結(jié)過程的實質(zhì)就是土中兩種不同應(yīng)力形態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。超靜孔隙水壓力，是由外荷載引起，超出靜水位以上的那部分孔隙水壓力。它在固結(jié)過程中隨時間不斷變化，固結(jié)完成應(yīng)等于零， 飽水土層中任意時刻的總孔隙水壓力應(yīng)是靜孔隙水壓力與超靜孔隙水壓力之和。側(cè)限條件下t=0時，飽和土體的初始超靜孔隙水壓力 uO數(shù)值上就等于施加的外荷載強(qiáng)度 (T(總應(yīng)力).一維固結(jié)理論基本假設(shè)：土層是均質(zhì)、各向同性和完全飽和的；土的壓縮完全是由于孔隙體積的減少，土粒和水是不可壓縮的；水的滲流和土層的壓縮僅在豎向發(fā)生；水的滲流遵從達(dá)西定律；滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a保持不變。外荷載一次瞬時施加。一維固結(jié)微分方程根據(jù)滲流的連續(xù)條件,一維固結(jié)微分方程如下:初始條件和邊界條件如下:t=0和0冬z<H時,u=uO=p0<t<x和z=0時，u二0第第18頁0<t<x和z=H時,t=x和0冬z<H時，u=0式中Cv——固結(jié)系數(shù)，a――土的壓縮系數(shù)k 土的滲透系數(shù)應(yīng)用傅立葉級數(shù)，可求得滿足初始條件和邊界條件的解答如下：時間因素：H土層最遠(yuǎn)的排水距離，當(dāng)土層為單面（上面或下面）排水時，H取土層厚度；雙面排水時，水由土層中心分別向上下兩方向排出，此時 H應(yīng)取土層厚度之半。固結(jié)度在某一固結(jié)應(yīng)力作用下，經(jīng)某一時間 t后，土體發(fā)生固結(jié)或孔隙水應(yīng)力消散的程度。對于土層任一深度 z處經(jīng)時間t后的固結(jié)度：平均固結(jié)度Uz,tU平均固結(jié)度Uz,tUouz,tUo1妝Uo起始超靜水壓力分布情況1：基礎(chǔ)底面積很大而壓縮土層較薄情況2:大面積沖填土層，由于自重應(yīng)力而產(chǎn)生固結(jié)。情況3:基礎(chǔ)底面積較小，在壓縮土層底面的附加應(yīng)力已接近零。情況4：相當(dāng)于地基在自重作用下尚未固結(jié)完成就在上面修建建筑物基礎(chǔ)。情況5:與情況3相似，但相當(dāng)于在壓縮土層底面的附加應(yīng)力還不接近于J—\—^^零O情況4和情況5的固結(jié)度Ut4、Ut5可以根據(jù)土層平均固結(jié)度的物理第17頁概念，利用情況1、2、3的Ut?Tv關(guān)系推求孔隙水壓力梯形分布的固結(jié)度計算運用疊加原理求解如下：某一時間t的沉降量等于矩形⑴和三角形（II）兩部分沉降之和