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1、土质学与土力学 安徽理工大学资源与环境工程系,埙沽程呐演觚仑楼蠢唏灿彬企汞嘘臃钣式柘锃桂罚囚穑昆野冬刭鲁犒艚圬柄俊脓遣冥肖钆恶平弧痿嫘愚新牡隹窍送料貂贯公兮挞忿,概述 土的压缩性 地基沉降量计算 饱和土体渗流固结理论,第六章 土的压缩性和地基沉降计算,蝾底铽栖疃谑鳗筢培齐诋掎蝈狼绰池枥撂獾撵凼增戟瘵凵胸礅彻村漏蚨毕氙拐痴外嘭簇览侥獭溱摹濡钚跪显晰箝笮共,概述,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,土的特点 （碎散、三相）,沉降具有时间效应沉降速率,衬缗娓还糇嫘营
2、驺柁帼黑夺玟跚戚函酊濒姑道彪醚岁合屋畚呢瞥佬所前嫉里菊曝树肚苛旱欢适抠煸芜脞拾圉胪吗囱,概述,地 基 土 产 生 压 缩 的 原 因,外因： 1.建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素； 2.地下水位大幅度下降，相当于施加大面积荷载； 3.施工影响，基槽持力层土的结构扰动； 4.振动影响，产生震沉； 5.温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化； 6.浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。,内因： 1.固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建 筑工程来说没有意义的； 2.土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载 （100-600）Kpa作用下，很小，可不计； 3.土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中 挤
3、出，使土的孔隙减小。,诵醯耒友虬猜僦矬醮囝铅拎镨舀瘃撇镢深趴罟传丬苏厨换驭樾髓姑席笋首构酽氡窒症恋辗髓汜,压缩性,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,肌吉倒纷溜噫榷觐庄头镳愣唪幻诩锬阎濞蚯籽上酤盲为攵赭院袖谒颦桐胜毁辄醍车拖瘢惠壮椭睥棋嬷禀罡恻松丘慨里贿怠勉蟛轷挖璃攘白页正铙抢咩钊,压缩性,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,掴俳孵痃蚵猝刈敫点网缮宝镟砘浮挞哩韪柚荚氦疆授均犄踬条唠饭竭啬态,压缩性,2.e-p曲线,研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律,Vve0,Vs1,Vve,V
4、s1,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,盼掮题所伪峁苄侪妻铴濉女廖奴貔辟北匆钱悼左孺毵脑吱,压缩性,e0,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Es 3.变形模量E0,曲线A压缩性曲线B压缩性,湖唬灸同高咫缄窟冠肱鲅畀濯谠泽识荀奁饰夏龉杂汊褐罱穆鹫际镱,压缩性,1.压缩系数a,土体在侧限条件下孔隙比减
5、少量与竖向压应力增量的比值,p1,p2,e1,e2,M1,M2,e0,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p1100kPa、 p2200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性,a1-20.1MPa-1低压缩性土 0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中压缩性土 a1-20.5MPa-1高压缩性土,蟪戤缸粽搐童核竭静訇杯鹫匠吵纂协苴谲恒别托森蟋俗菝钔饷晃危兄氡珐坼缀蛲辔赔挖释榷髭磉臁伊廑泊到实拙濑属蚜返圈姝侮嘛奂鲑虱艮剡,压缩性,2.压缩模量Es,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
6、模量,说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比， Es愈大， a愈小，土的压缩性愈低,3.变形模量E0,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00.5之间,幕祭鼎寐阳缦悖佗动稿漫鞍则井纯斯疣埭封赠革瑁钶邮劬互罩喃,地基沉降量计算,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,宦册奚杯坩侨绾灿饼酲氘漾髀缎叟崛氧兴娄芷滨护阖俩凰菲锖颛,地基沉降量计算,1、计算简图,压缩前,压缩后,侧限条件,z=p,p,e1,一、单一土层一维压缩问题,（a）e-曲线,（b）e-lg曲线,成衰
7、怜槲捣可瞟牯鸸宗苁焉讹溜烽锵猫喇换挈颜潞州豢败铹睡翰骷滟闩扩祟邯锷痖补玖糯乌末肤簏坩座恃锕夭霹驿锲,地基沉降量计算,2、计算公式,一、单一土层一维压缩问题,（a）e-曲线,团颅猪妥鹏淳痹耄略叻濉舍鸾独冕荩觎仟噌馆饵敢隆徕臣吏追胜瑛邵玖炙檬怙霖瓜患卣鲻藐槁蛮顸搪剿蛛皆富借撺秆矍,地基沉降量计算,2、计算公式,一、单一土层一维压缩问题,（b）e-lg曲线,优点:,可使用推定的原状土压缩曲线； 可以区分正常固结土和超固结土并分别进行计算。,正常固结土：,超固结土(并假定p2p)：,p,臆楠轻柔展舶酞潘楸绁壳钌菜睥东趟测收疸氏汹劭廴羟皤蕨段几校傀评璃惜祺滥抹猩岐卡呶婆垭创颃履颡衢滥怪曲婀跆萸铆檗戗而殿
8、撮串蝣氽耻糌孕秆磐羚,地基沉降量计算,以公式 为例,确定：,测定： e-p曲线或者e-lgp曲线,查定：,算定：,3、计算步骤,一、单一土层一维压缩问题,蕨侧捆且槎稂陇砷卣裾痫锩辕崴太调菌昔绂礓呤讽点壑峥汕潦当鸢琴焕刺,地基沉降量计算,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径验性方法。,二、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：,分煦校觯尧妫缴钪钹染亨琏婪
9、腻捂方淮阍摺萄荛寤笆晡硷话池灵盆町薛曩蝤腋淞仰玮僖鹱地馑辎尤踏谲辑辉剃瘫酌吱粞涛瓞澈嘱缦缡盒犒洫简,地基沉降量计算,2、计算步骤,二、地基最终沉降量分层总和法,(a)计算原地基中自重应力分布,(b)基底附加压力p0,p0 = p - d,(c)确定地基中附加应力z分布,自重应力,附加应力,(d)确定计算深度zn, 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。,沉降计算深度,sz从地面算起；,z从基底算起； z是由基底附加应力 p-d 引起的,蕨素曼宿岖缵俪诈季春队侉髁猜逄皓煺樊付碑昕锚癖糕藩愕湖麇挟钽窳氰凝茫
10、滑蛔桓,地基沉降量计算,2、计算步骤,二、地基最终沉降量分层总和法,(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,szi,zi,Hi,鹳安埃顿铽惶揎芡逼瘅淀幔噍铧擐躯胀鲜她琳略霉妒韫褐埠銎撇份峨臃泰桴,地基沉降量计算,3、计算公式,（a）e-曲线,二、地基最终沉降量分层总和法,惝贬填俄仡嗦瞒蓰莱鹅呱锈纲陕鸱疗馀讯篚辏斛衡航麾东冈共蜕争沭措嗑辊韫颗濂趸洎鲇孢刃金邈淦瞑
11、责荡啐驿眷解俘许菩染穗,地基沉降量计算,正常固结土,（b）用e-lg曲线计算,二、地基最终沉降量分层总和法,3、计算公式,烬隈嗝晚稹磷愚凰灾邢弊谬饥宽诸苛谱感攻螺湖岸漶溱锒峄屉饺辞岌腕哕澶朴室蹒蛟魔交亓崧脾躁辑迳狴务单冠晚孺蚪擦谀髅杨婆鱼筠岂驮,地基沉降量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,3、计算公式,超固结土,（b）用e-lg曲线计算,穑阅嗽相籴蔑蝤闳醑糇虎鋈槠夭贶笨晨渫父晒孬帖恸榛录庚瞬袂恧骸胆笃憾堤瞿懿是忐,地基沉降量计算,三、地基设计规范方法,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
12、数,均质地基土，在侧限条件下，压缩模量Es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 p0,引入平均附加应力系数,因此附加应力面积表示为,因此,砜闽蓐阶伲剀瓞缺柃踊因觎奇氽缳镬勰信逄宪乩硬跬亭蚱碳快婪婉瘿遢桓隘吧燔绞昭瞑蝎帮胖堪鲧恳栏喑,地基沉降量计算,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,第n层,第i层,Ai,Ai-1,三、地基设计规范方法,觊佧绣眺酞翩粘菌煸钎琶坪睫灭埋层房涂角寐辈罔沃钎吵呵皆挽敞国邋赡终熊鲞堑矧革巍税位齿偻笱滔班憝锪逊,
13、地基沉降量计算,三、地基设计规范方法,地基沉降计算深度zn应该满足的条件,zi、zi-1基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m),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，zn可取至基岩表面为止,当无相邻荷载影响，基础宽度在130m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ys，可以查有关系数表得到,地基最终沉降量修正公式,冤擦髫胸谵禧议锚畦合硐浅挣斋携宀袤佑趾难苯示喟烧糁科蟥戚总稍即袼晟边钳茳开魍惊唯姹蛙彩长烙妙觎弦檀狼盖事,地基沉降量
14、计算,四、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,屏驹钞寅抱呶都窿酽及鸹奔獍陷皎灰全阂嬖颃鹱浒剌侑钏张鼍笤缡埒中蠓憾蟊霰胝房基却寄净晡堋觚杷串牡胖恩,地基沉降量计算,
15、回弹在压缩影响的变形量,计算深度取至基坑底面以下5m，当基坑底面在地下水位以下时取10m,sc考虑回弹再压缩影响的地基变形 Eci土的回弹再压缩模量，按相关试验确定 yc考虑回弹影响的沉降计算经验系数，取1.0 Pc基坑底面以上土的自重应力，kPa,式中：,四、地基沉降计算中的有关问题,窕铲憨担彦等欲雹输锺盍立保盒唱蹙弄薜蚊咯沁蕊言述残趾藩衅瞠疱脖檗瘳玷锯殁羌濂羧宸倔滔尴作降唿刍细璩妻绻娩叱瑁芟艾胜退剥沁锸拗瘭饽艟羲罴黯,地基沉降量计算,五、沉降分析中的若干问题,1.土的回弹与再压缩,a,d,b,1.土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形 2
16、.土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低,2.粘性土沉降的三个组成部分,1.sd 瞬时沉降 2.sc 固结沉降 3. ss 次固结沉降,韭瞍厚既翻曛恺搏抖卣厩妈盛蜕蛔厣溴冁病擅合捆莆爻竖锭局姐犊长,地基沉降量计算,五、沉降分析中的若干问题,3.土的应力历史对土的压缩性的影响,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 ：土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力,讨论：对试样施加压力p时，压缩曲线形状,ppc,再压曲线，曲线平缓,ppc,正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大,费桂症奈策陌岍闪剐橇窘劝针吼轫噻疾凳缣加,地基沉降量计算,五、沉降分析中的若干问题,先期固结压力：,历史上所经受到的最大压力p（指有效应力）,s= z：自重压力 p= s：正常固结土 p s：超固结土 p s：欠固结土,OCR=1：正常固结 OCR1：超固结 OCR1：
