大学课程《土力学与地基基础》PPT课件：4.土的压缩性和地基沉降计算.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 土的压缩性和地基沉降计算,4.1 土的压缩性,4.2 地基最终沉降量,4.3 饱和土渗流固结理论,4.4 建筑物沉降观测与地基容许变形,4.1,土的压缩性,土的压缩性,是指土在压力作用下体积缩小的特性,压缩量的组成,固体颗粒的压缩,土中水的压缩,空气的排出,水的排出,占总压缩量的,1/400,不到，忽略不计,压缩量主要组成部分,说明：,土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果,无粘性土,粘性土,透水性好，水易于排出,压缩稳定很快完成,透水性差,，,水不易排出,压缩稳定需要很长一段时间,土的固结：,土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程,一、压缩试验,研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验,三联固结仪,刚性护环,加压活塞,透水石,环刀,底座,透水石,土样,荷载,注意：,土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形,1.,压缩仪示意图,2.,e,-,p,曲线,研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律,V,v,e,0,V,s,1,H,0,/(1+,e,0,),H,0,V,v,e,V,s,1,H,1,/,(,1+,e,),p,H,1,s,土样在压缩前后变形量为,s,，,整个过程中土粒体积和底面积不变,土粒高度在受压前后不变,整理,其中,根据不同压力,p,作用下，达到稳定的孔隙比,e,，,绘制,e,-,p,曲线，为压缩曲线,p,e,0,e,p,p,e,e,-,p,曲线,二、压缩性指标,压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高,根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标,1.压缩系数,a,2.压缩模量,E,s,3.变形模量,E,0,曲线,A,曲线,B,曲线,A,压缩性,曲线,B,压缩性,1.,压缩系数,a,土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压,应,力增量的比值,p,1,p,2,e,1,e,2,M,1,M,2,e,0,e,p,e,-,p,曲线,p,e,利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低,在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性,规范,用,p,1,100kPa、,p,2,200kPa,对应的压缩系数,a,1-2,评价土的压缩性,a,1-2,0.1MPa,-1,低压缩性土,0.1MPa,-1,a,1-2,0.5MPa,-1,中压缩性土,a,1-2,0.5MPa,-1,高压缩性土,2.,压缩模量,E,s,土在,侧限,条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量,说明：,土的压缩模量,E,s,与土的的压缩系数,a,成反比，,E,s,愈大，,a,愈小，土的压缩性愈低,3.,变形模量,E,0,土在,无侧限,条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。

变形模量与压缩模量之间关系,其中,土的泊松比，一般,0,0.5,之间,4.2 地基最终沉降量计算,一、分层总和法,地基最终沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量,1.,基本假设,地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力,在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标,为了弥补假定所引起误差，取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降,2.,单一压缩土层的沉降计算,在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形p,可压缩土层,H,1,H,0,s,土层竖向应力由,p,1,增加到,p,2,，,引起孔隙比从,e,1,减小到,e,2,，,竖向应力增量为,p,由于,所以,3.单向压缩分层总和法,分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量,s,i,基础的平均沉降量,s,等于,s,i,的总和,e,i,第,i,层土的压缩应变,4.单向压缩分层总和法计算步骤,e,1,i,由第,i,层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比,e,2,i,由第,i,层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比,e,i,土的压缩应变,1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线,2.确定地基沉降计算深度,3.确定沉降计算深度范围内的分层界面,4.计算各分层沉降量,5.计算基础最终沉降量,绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线,确定基础沉降计算深度,一般取附加应力与自重应力的比值为,20,处，即,z,=0.2,c,处的深度作为沉降计算深度的下限,确定地基分层,1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面,2.每层厚度,h,i,0.4,b,计算各分层沉降量,根据自重应力、附加应力曲线、,e,-,p,压缩曲线计算任一分层沉降量,对于软土，应该取,z,=0.2,c,处，若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止,计算基础最终沉降量,d,地基沉降计算深度,c,线,z,线,二、规范法,由建筑地基基础设计规范,（,GB500072002）,提出,分层总和法的另一种形式,沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数,均质地基土，在侧限条件下，压缩模量,E,s,不随深度而变，从基底至深度,z,的压缩量为,附加应力面积,深度,z,范围内的附加应力面积,附加应力通式,z,=,K,p,0,代入,引入平均附加应力系数,因此附加应力面积表示为,因此,利用附加应力面积,A,的等代值计算地基任意深度范围内的沉降量，因此第,i,层沉降量为,根据分层总和法基本原理可得成层地基最终沉降量的基本公式,z,i,-1,地基沉降计算深度,z,n,z,i,z,z,i,-1,5,3,4,6,1,2,b,1,2,3,4,5,6,1,2,a,i,p,0,a,i,-1,p,0,p,0,p,0,第,n,层,第,i,层,z,i,A,i,A,i,-1,地基沉降计算深度,z,n,应该满足的条件,z,i,、,z,i,-1,基础底面至第,i,层土、第,i,-1,层土底面的距离,(,m),a,i,、,a,i,-1,基础底面至第,i,层土、第,i,-1,层土底面范围内平均附加应力系数,当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，,z,n,可取至基岩表面为止,当无相邻荷载影响，基础宽度在,130,m,范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算,为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经验系数,y,s,，,可以查有关系数表得到,地基最终沉降量修正公式,三、地基沉降计算中的有关问题,1.分层总和法在计算中假定不符合实际情况,假定地基无侧向变形,计算结果偏小,计算采用基础中心点下土的附加应力和沉降,计算结果偏大,两者在一定程度上相互抵消误差，但精确误差难以估计,2.分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用下的固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量,相邻荷载对沉降量有较大的影响，在附加应力计算中应考虑相邻荷载的作用,3.,当建筑物基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑物施工时又产生地基土再压缩的情况,回弹在压缩影响的变形量,计算深度取至基坑底面以下,5,m,，,当基坑底面在地下水位以下时取,10,m,s,c,考虑回弹再压缩影响的地基变形,E,ci,土的回弹再压缩模量，按相关试验确定,y,c,考虑回弹影响的沉降计算经验系数，取,1.0,P,c,基坑底面以上土的自重应力，,kPa,式中：,四、例题分析,【例】,某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为,4,m4m,，,埋深,d,1.0m,，,地基为粉质粘土，地下水位距天然地面,3.4,m,。

上部荷重传至基础顶面,F,1440kN,土的天然重度,16.0kN/m,饱和重度,sat,17.2kN/m,，,有关计算资料如下图试分别用分层总和法和规范法计算基础最终沉降（已知,f,k,=,94kPa,）,3.4,m,d,=,1m,b,=,4m,F=,1440kN,50,100,200,300,0.90,0.92,0.94,0.96,e,【,解答】,A.,分层总和法计算,1.计算分层厚度,每层厚度,h,i,0.4,b=,1.6m,，,地下水位以上分两层，各,1.2,m,，,地下水位以下按,1.6,m,分层,2.计算地基土的自重应力,自重应力从天然地面起算，,z,的取值从基底面起算,z,(,m,),c,(,kPa,),0,1.2,2.4,4.0,5.6,7.2,16,35.2,54.4,65.9,77.4,89.0,3.计算基底压力,4.计算基底附加压力,3.4,m,d,=,1m,F=,1440kN,b,=,4m,自重应力曲线,附加应力曲线,5.计算基础中点下地基中附加应力,用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长,l,=,b,=,2m,，,z,=,4,K,c,p,0,K,c,由表确定,z,(,m,),z/b,K,c,z,(,kPa,),c,(,kPa,),z,/,c,z,n,(,m,),0,1.2,2.4,4.0,5.6,7.2,0,0.6,1.2,2.0,2.8,3.6,0.2500,0.2229,0.1516,0.0840,0.0502,0.0326,94.0,83.8,57.0,31.6,18.9,12.3,16,35.2,54.4,65.9,77.4,89.0,0.24,0.14,7.2,6.确定沉降计算深度,z,n,根据,z,=0.2,c,的确定原则，由计算结果，取,z,n,=7.2m,7.最终沉降计算,根据,e,-,曲线,，计算各层的沉降量,z,(,m,),z,(,kPa,),0,1.2,2.4,4.0,5.6,7.2,94.0,83.8,57.0,31.6,18.9,12.3,16,35.2,54.4,65.9,77.4,89.0,c,(,kPa,),h,(,mm,),1200,1600,1600,1600,1600,c,(,kPa,),25.6,44.8,60.2,71.7,83.2,z,(,kPa,),88.9,70.4,44.3,25.3,15.6,z,+,c,(,kPa,),114.5,115.2,104.5,97.0,98.8,e,1,0.970,0.960,0.954,0.948,0.944,e,2,0.937,0.936,0.940,0.942,0.940,e,1,i,-e,2,i,1+,e,1,i,0.0618,0.0122,0.0072,0.0031,0.0021,s,i,(,mm,),20.2,14.6,11.5,5.0,3.4,按分层总和法求得基础最终沉降量为,s,=,s,i,=,54.7mm,B.,规范法计算,1.,c,、,z,分布及,p,0,计算值见分层总和法计算过程,2.,确定沉降计算深度,z,n,=b,(2.50.4,lnb,)=7.8m,3.,确定各层,E,si,4.,根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数,5.列表计算各层沉降量,s,i,z,(,m,),0,1.2,2.4,4.0,5.6,7.2,0,0.6,1.2,2.0,2.8,3.6,1,5292,5771,6153,8161,7429,e,2,0.937,0.936,0.940,0.942,0.940,54.7,7.8,l/b,z/b,3.9,a,a,z,(,m),0.2500,0.2423,0.2149,0.1746,0.1433,0.1205,0.1136,0,0.2908,0.5158,0.6984,0.8025,0.8676,08861,a,i,z,i,-,a,i,-1,z,i,-1,(,m),0.2908,0.2250,0.1826,0.1041,0.0651,0.0185,E,si,(,kPa,),7448,s,(,mm),20.7,14.7,11.2,4.8,3.3,0.9,s,(,mm),55.6,根据计算表所示,z=,0.6m,s,n,=,0.9mm,0.025,s,i,=55.6mm,满足规范要求,6.。