《地基最终沉降量分层总和法幻灯片课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地基最终沉降量分层总和法幻灯片课件（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第四章,地基的沉降,第一节 土的压缩特性 第二节 地基最终沉降量的计算 第三节 单向固结理论 第四节 固结沉降随时间变化的预测 第五节 与固结相关的施工方法,荷载作用下土体的压缩性; 土的压缩试验和固结试验; 地基最终沉降量的计算; 土的变形与时间关系(一维固结理论)。,主要内容:,重点：,土的压缩性和压缩性指标的确定; 计算基础沉降的分层总和法和规范法; 了解固结原理和固结随时间变化的概念.,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
2、）,沉降具有时间效应沉降速率,工程实例,问题： 沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固。,墨西哥某宫殿,左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土,由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触,修建新建筑物：引起原有建筑物开裂,比萨斜塔地基的不均匀沉降,4.1 土的压缩性,土压缩性的组成,固体土颗粒被压缩,土中水及封闭气体被压缩,水和气体从孔隙中被挤出,土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性,水槽,内环,环刀,透水石,试样,传压板,百分表,施加荷载，静置至变形稳定 逐级加大荷载,测定： 轴向应力 轴向变形,试验结果：,一、侧限压缩试验,压缩试
3、验中,土样的变化和计算方法： 受荷后土样的高度变化: 设初始高度H0,受压后的高度Hi,则Hi=H0Si, Si为每级荷载作用下的变形量. 求土样稳定后的孔隙比ei: 加荷前Vs=H0/(1+ e0)(设土样横截面积为1),加荷后Vs=Hi/(1+ei). 试验过程中的两个基本条件:受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不变。,压缩曲线的绘制方式,e - 曲线,e - lg曲线,e - 曲线,e,e - lg曲线,二、压缩性指标,，KPa-1或MPa-1,1、压缩系数：,压缩曲线上任一点的切线斜率a的值，称为土的压缩系数。,实际工程中，往往用割线斜率表示：,a1-2常用作比较土的压缩性大小,2、
4、压缩指数Cc：,e,压缩指数,Ce,回弹指数（再压缩指数）,Ce Cc，一般Ce0.1-0.2Cc,e-曲线缺点： 不能反映土的应力历史,特点：有一段较长的直线段,指标：,3、压缩模量Es：,土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。,侧限压缩模量单位：Kpa ,Mpa,三、土的回弹曲线与再压缩曲线,土的回弹曲线与再压缩曲线,在进行室内试验过程中，当土压力加到某一数值后，逐渐卸压，土样将发生回弹，土体膨胀，孔隙比增大，若测得回弹稳定后的孔隙比，则可绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线称为回弹曲线。,4.2 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
5、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、地基最终沉降量分层总和法,（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、计算公式：,最终沉降量：,各分层沉降量：,3、计算步骤：,szi,zi,Hi,(a)计算原地基中自重应力分布,(b)基底附加压力p0,(c)确定地基中附加应力z分布,(d)确定计算深度zn,(e)地基分层Hi,不同
6、土层界面； 地下水位线； 每层厚度不宜0.4B或4m； z 变化明显的土层，适当取小。,(g) 各层沉降量叠加Si,(f)计算每层沉降量Si,p0 = p - d,z是由基底附加应力 p-d 引起的, 一般土层：z=0.2 sz； 软粘土层：z=0.1 sz； 一般房屋基础：Zn=B(2.5-0.4lnB)； 基岩或不可压缩土层。,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
7、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：,: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,，A应力面积,规范法地基沉降计算简图：,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， z按规定确定。,计算层厚度 z值的选取：,4.3 单向固结理论,一、饱和土的
8、渗透固结,实践背景：大面积均布荷载,p,不透水岩层,饱和压缩层,z=p,p,侧限应力状态,1、一维渗流固结理论（Terzaghi渗流固结理论）,物理模型,p,p,附加应力:z=p 超静孔压: u = z=p 有效应力:z=0,附加应力:z=p 超静孔压: u 0,附加应力:z=p 超静孔压: u =0 有效应力:z=p,土层均匀且完全饱和； 土颗粒与水不可压缩； 变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）； 荷载均布且一次施加；假定z = const 渗流符合达西定律且渗透系数保持不变； 压缩系数a是常数。,基本假定：,求解思路：,总应力已知,有效应力原理,超静孔隙水压力的时空分布,数学模型
9、,建立方程：,微小单元（11dz） 微小时段（dt）,孔隙体积的变化流出的水量,土的压缩特性,有效应力原理,达西定律,超静孔隙水压力的时空分布,超静孔隙水压力,超静孔隙水压力,土骨架的体积变化,z,固体体积：,孔隙体积：,dt时段内：,孔隙体积的变化流出的水量,dt时段内：,孔隙体积的变化流出的水量,土的压缩性：,有效应力原理：,达西定律:,孔隙体积的变化土骨架的体积变化,Cv 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度； Cv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比； （cm2/s；m2/year）,固结系数,线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。 给出定解条件，求解渗流固结
10、方程，就可以解出uz,t。,（1）求解思路：,求解方程：,0 z H: u=p,z=0: u=0 z=H: uz,0 z H: u=0,（2）边界、初始条件：,z,(3) 微分方程的解,时间因数,m1，3，5，7,0 z H: u=p,z=0: u=0 z=H: uz,0 z H: u=0,基本微分方程：,初始边界条件：,微分方程的解：,反映孔隙水压力的消散程度固结程度,单面排水时孔隙水压力分布,双面排水时孔隙水压力分布,z,z,排水面,不透水层,排水面,排水面,渗流,渗流,渗流,Tv=0,Tv=0.05,Tv=0.2,Tv=0.7,Tv=,Tv=0,Tv=0.05,Tv=0.2,Tv=0.7
11、,Tv=,时间因数,m1，3，5，7,4.4 固结沉降随时间变化的预测,一、固结度的计算,一点M：,地 层：,一层土的平均固结度,Uz,t=01：表征总应力中有效应力所占比例,1、基本概念,2、平均固结度Ut与沉降量St之间的关系,t时刻：,确定St的关键是确定Ut 确定Ut的核心问题是确定uz.t,在时间t的沉降与最终沉降量之比,3. 地基沉降过程计算,1) 基本计算方法均布荷载，单向排水情况,确定地基的平均固结度Ut,已知,解得,近似,Tv反映固结程度,固结度Uz与时间因数Tv的关系曲线,（1） 压缩应力分布不同时,2) 常见计算条件,实践背景：,H小，p大,自重应力,附加应力,自重应力
12、附加应力,压缩土层底面的附加应力还不接近零,应力分布：,（2）双面排水时,无论哪种情况，均按情况1计算； 压缩土层深度H取1/2值,二、有关沉降时间的工程问题,1、次固结沉降问题 2、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉降时间关系 3、与固结相关的施工方法,见教材P105-107,土的压缩性测试方法,一、侧限压缩试验及其表示方法,一维压缩性及其指标,一、e -曲线 二、e - lg曲线 三、原位压缩曲线及再压缩曲线,一、单一土层一维压缩问题 二、地基最终沉降量分层总和法 三、地基最终沉降量规范法,地基的最终沉降量计算,一、一维渗流固结理论 二、固结度的计算 三、固结沉降随时间的变化关系 四、与固结有关的施工方法,饱和土体的渗流固结理论,小结,
