土力学-第3章土的压缩与地基沉降计算.ppt
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1、第三章,土的压缩性与地基沉降计算,第一节 土的压缩性 第二节 地基最终沉降量计算第三节 地基变形与时间关系第四节 建筑物的沉降观测与地基容许变形值,土具有压缩性,荷载作用,地基发生沉降,荷载大小,土的压缩特性,地基厚度,一致沉降(沉降量),差异沉降(沉降差),建筑物上部结构产生附加应力,影响结构物的安全和正常使用,概述,土的特点(碎散、三相),沉降具有时间效应沉降速率,工程实例,(墨西哥城),地基的沉降及不均匀沉降,意大利比萨斜塔,基坑开挖,引起阳台裂缝,修建新建筑物:引起原有建筑物开裂,3.2.2 地基变形的弹性力学公式,集中力作用,任意载荷面,由集中力公式积分获得:,对于均布矩形载荷或圆形
2、载荷,可统一表达为:,3.2.3 地基最终沉降量的计算,最终沉降量S:,t时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量,不考虑沉降过程。,不可压缩层,可压缩层,z=p,p,1、基本假定和基本原理,理论上不够完备,缺乏统一理论;单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。,一、分层总和法,(a)假设基底压力为线性分布(b)附加应力用弹性理论计算(c)只发生单向沉降:侧限应力状态(d)只计算固结沉降,不计瞬时沉降和次固结沉降(e)将地基分成若干层,认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和:,2、基本公式,一、分层总和法,在厚度为 的土层上面施加连续均匀荷载,由上述假定,土层在竖直方向产生压缩变形,而没有侧向变形,
3、从土的侧限压缩试验曲线可知竖向应力由 增加到,将引起孔隙比从 减小到,可得:,式中、压缩前后土层厚度,m;、土体受压前后的稳定孔隙比。又,的,式中 地基最终沉降量,m;压缩模量;压缩系数;土层厚度,m;土层厚度内的平均附加应力。,先将地基土分为若干土层,各土层厚度分别为h1,h2,h3,hn。计算每层土的压缩量s1,s2,s3,.,sn。然后累计起来,即为总的地基沉降量s。,3、具体方法,4.计算原理,计算自重应力计算基底压力p增加应力 地基附加应力由 e-p曲线,求e,计算公式:,最终沉降量:,各分层沉降量:,附加应力平均值,附加应力平均值,3、计算步骤:,szi,zi,Hi,(a)分层。分
4、层的原则是以0.4b为分层厚度,同时必须将自然分层处和地下水处作为分层界限。,(b)计算原地基中自重应力分布,(c)基底附加压力p0,p0=p-d,(d)确定计算深度zn,一般土层:z=0.2 sz;软粘土层:z=0.1 sz;基岩或不可压缩土层。,(e)计算每层沉降量Si,计算各层土的平均自重应力与平均附加应力,在根据压缩曲线确定响应的初始孔隙比和压缩稳定后的孔隙比,计算出各层的压缩量。,(f)计算最终沉降量。,二、建筑地基基础设计规范方法,在总结大量实践经验的基础上,对分层总和法的计算结果,作必要的修正。建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)提出的一种计算方法简称“规范法”。,规
5、范法的实质:(1)引入平均附加应力系数的概念(2)引入一个沉降计算经验系数s则修正后的地基沉降量为:,软粘土(应力集中)S偏小,s1 硬粘土(应力扩散)S偏大,s1,沉降经验修正系数,1.计算原理,设地基土层均质、压缩模量不随深度变化,则:,,A应力面积,规范法地基沉降计算简图,基底附加压力,深度Z范围内竖向附加应力面积A的等代值,深度Z范围内竖向附加应力系数,2.地基沉降深度计算,对于地基的计算深度,即受压层深度,可分两种情况:,无相邻荷载的基础中点下:式中b-基础宽度,适用于1m50m范围。,存在相邻荷载影响:,:在计算深度zn范围内,第i层土的沉降值:在zn处向上取厚度z土层的计算沉降量
6、,z按规定确定。,计算层厚度 z值的选取:,例.3-1 已知柱下独立方形基础,基础地面尺寸为2.5m*2.5m,埋深2m,作用于基础上(设计地面标高处)的轴向荷载F=1250kN,有关地基勘察资料与基础剖面见图3-7.用单向分层总和法计算基础中点做种沉降量。(注:地下水水位以下给出的各层土的饱和重度),解(1)计算分层厚度。每层厚度hi0.4b=1.0m,这里按1.0m分层。,(2)计算地基中土的自重应力。自重应力从天然地面算起,z自基地标高算起。,(3)基地压力计算。基础地面以上,基础与填土的混合重度为20kN/m3.,例.3-1 已知柱下独立方形基础,基础地面尺寸为2.5m*2.5m,埋深
7、2m,作用于基础上(设计地面标高处)的轴向荷载F=1250kN,有关地基勘察资料与基础剖面见图3-7.用单向分层总和法计算基础中点做种沉降量。,解(4)基地附加压力计算。,(5)基础中点下地基中竖向附加应力计算。用脚点法计算,过基地中心将荷载面四等分,l=1.25m,b=1.25,l/b=1,m,由表2-5确定后,计算结果见下表:,例.3-1 已知柱下独立方形基础,基础地面尺寸为2.5m*2.5m,埋深2m,作用于基础上(设计地面标高处)的轴向荷载F=1250kN,有关地基勘察资料与基础剖面见图3-7.用单向分层总和法计算基础中点做种沉降量。,解(6)确定沉降计算深度Zn.考虑第三层图压缩性比
8、第二层土大,经计算后确定Zn=7m,各层图沉降量建下表所示:,故,总沉降量为:40.9+18.3+9.2+6.1+6.1+6+6=92.6mm,例.3-1 已知柱下独立方形基础,基础地面尺寸为2.5m*2.5m,埋深2m,作用于基础上(设计地面标高处)的轴向荷载F=1250kN,有关地基勘察资料与基础剖面见图3-7.用单向分层总和法计算基础中点做种沉降量。,解(6)确定沉降计算深度Zn.考虑第三层图压缩性比第二层土大,经计算后确定Zn=7m,各层图沉降量建下表所示:,故,总沉降量为:39.5+29.4+29.8+24+18.1+11.9+6=158.7mm,三、斯肯普顿-比伦法(Skempto
9、n)计算地基最终沉降量,瞬时沉降,主固结沉降,次固结沉降,瞬时沉降:紧随加压之后地基即时发生的沉降。地基土只发生剪切变形,体积来不及变化。,固结沉降:由于在载荷作用下随着饱和黏土中超孔隙水压力的消散,有效应力的增长而完成的。,次固结沉降:超孔隙水压力已经消散、有效应力增长基本不变之后随时间而缓慢增长的压缩变形,在力学上表现为土骨架的蠕变变形。,3.2.3.3 土的应力历史对压缩性的影响,土的应力历史:土体在历史上曾经受到过的应力状态,先期固结压力PC:土层历史上所经受到的最大压力p,OCR=1:正常固结OCR1:超固结OCR1:欠固结,超固结比:,如土层当前承受的自重压力为,相同 时,一般OC
10、R越大,土越密实,压缩性越小,一、沉积土的应力历史,p,e,p,p,e,e,正常固结状态,超固结状态,欠固结状态,在e-lgp曲线上,找出曲率半径最小的点A作水平线m1作A点切线m2作m1,m2 的角分线m3m3与试验曲线的直线段交于点BB点对应于先期固结压力,先期固结压力 的确定,Casagrande 法,rmin,斯开普顿在对大量资料进行统计分析的基础上提出了按塑性指数近似确定 的公式可供参考。式中,-土的不排水剪抗剪强度,kpa,-塑性指数,先作b点,其横坐标为试样的现场自重压力p1,由e-lgp曲线资料分析p1等于先期固结压力pc,纵坐标为现场孔隙比;再作c点,由室内压缩曲线上孔隙比等
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