《安徽理工大学精品课程土力学教案ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安徽理工大学精品课程土力学教案ppt课件（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章第四章地基的沉降地基的沉降第一第一第一第一节节 土的土的土的土的紧缩紧缩特性特性特性特性第二第二第二第二节节 地基最地基最地基最地基最终终沉降量的沉降量的沉降量的沉降量的计计算算算算第三第三第三第三节节 单单向固向固向固向固结实际结实际第四第四第四第四节节 固固固固结结沉降随沉降随沉降随沉降随时间变时间变化的化的化的化的预测预测第五第五第五第五节节 与固与固与固与固结结相关的施工方法相关的施工方法相关的施工方法相关的施工方法荷载作用下土体的紧缩性;土的紧缩实验和固结实验;地基最终沉降量的计算; 土的变形与时间关系(一维固结实际)。主要内容主要内容:重点：重点：u土的紧缩性和紧缩性目的确实
2、定;u计算根底沉降的分层总和法和规范法;u了解固结原理和固结随时间变化的概念.土具有紧缩性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的紧缩特性地基厚度一致沉降沉降量差别沉降沉降差建筑物上部构造产生附加应力影响构造物的平安和正常运用概述概述土的特点碎散、三相沉降具有时间效应沉降速率工程工程实例例问题：沉降沉降2.22.2米，米，且左右两部分且左右两部分存在明存在明显的沉的沉降差。左降差。左侧建建筑物于筑物于19691969年年加固。加固。墨西哥某墨西哥某宫殿殿左部：左部：17091709年；右部：年；右部：16221622年；地基：年；地基：2020多米厚的粘土多米厚的粘土由于沉降相互影响，两由于沉降相互影
3、响，两栋相相邻的建筑物上部接触的建筑物上部接触基坑开挖，引起阳台裂痕基坑开挖，引起阳台裂痕建筑新建筑物：引起原有建筑物开裂建筑新建筑物：引起原有建筑物开裂比比萨斜塔地基的不均匀沉降斜塔地基的不均匀沉降4.1 土的土的紧缩性性土紧缩性的组成固体土颗粒被紧缩土中水及封锁气体被紧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紧缩性土体在压力作用下体积减小的特性称为土的紧缩性水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表施加荷施加荷载，静置至，静置至变形形稳定定逐逐级加大荷加大荷载测定：定：轴向向应力力轴向向变形形实验结果：果：一、一、一、一、侧侧限限限限紧缩实验
4、紧缩实验紧缩实验中,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,那么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).实验过程中的两个根本条件:受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不变。紧缩曲线的绘制方式紧缩曲线的绘制方式e - e - 曲曲线e - lge - lg曲曲线0100200 3004000.60.70.80.91.0e ee - e - 曲曲线10010000.60.70.80.9e eCcCc1 11 1CeCee - lge -
5、 lg曲曲线二、二、紧缩性目的性目的，KPa-1KPa-1或或MPa-MPa-1 11、紧缩系数： 紧缩曲线上任一点的切线斜率a的值，称为土的紧缩系数。实践工程中，往往用割线斜率表示：实践工程中，往往用割线斜率表示：0100200 3004000.60.70.80.91.0e ea1-2a1-2常用作常用作比比较土的土的紧缩性大小性大小土的类别土的类别a1-2 (MPa-1)高紧缩性土高紧缩性土0.5中紧缩性土中紧缩性土0.1-0.5低紧缩性土低紧缩性土0.12、紧缩指数Cc：10010000.60.70.80.9e eCcCc1 11 1CeCe紧缩指数指数Ce回回弹指数再指数再紧缩指数指数
6、Ce Cc，普通，普通Ce0.1-0.2Cce-e-曲曲线缺陷：缺陷：不能反映土的不能反映土的应力力历史史 特点：有一段较长的直线段目的：目的：3、紧缩模量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。土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。侧限限紧缩模量模量单位：位：Kpa ,MpaKpa ,Mpa三、土的回三、土的回弹曲曲线与再与再紧缩曲曲线土的回土的回弹曲曲线与再与再紧缩曲曲线4.2 地基最终沉降量的计算地基最终沉降量的计算最最终沉降量沉降量S：t t时地基最地基最终沉降沉降稳定以后的定以后的最大沉降量，不思索沉降最大沉降量，不思索沉降过程。程。不可不可紧缩层可可紧缩
7、层z=pp1 1、根本假定和根本原理、根本假定和根本原理实际上不上不够完完备，缺乏一致，缺乏一致实际；单向向紧缩分分层总和法是一个半和法是一个半阅历性方法。性方法。一、地基最终沉降量分层总和法一、地基最终沉降量分层总和法a a假假设基底基底压力力为线性分布性分布 b b附加附加应力用力用弹性性实际计算算c c只只发生生单向沉降：向沉降：侧限限应力形状力形状d d只只计算固算固结沉降，不沉降，不计瞬瞬时沉降和次固沉降和次固结沉降沉降e e将地基分成假将地基分成假设干干层，以，以为整个地基的最整个地基的最终沉沉降量降量为各各层沉降量之和：沉降量之和：2 2、计算公式：算公式：最最终沉降量：沉降量：
8、各分各分层沉降量：沉降量：3 3、计算步算步骤：d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度sziziHi(a)(a)计算原地基中自重算原地基中自重应力分布力分布(b)(b)基底附加基底附加压力力p0p0(c)(c)确定地基中附加确定地基中附加应力力 z z分布分布(d)(d)确定确定计算深度算深度znzn(e)(e)地基分地基分层HiHi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) (g) 各各层沉降量叠加沉降量叠加 SiSi(f)(f)计算每算每层沉降量沉降量SiSip0 = p - p0 = p -
9、d dzz是由基底附加是由基底附加应力力 p-d p-d 引起的引起的 普通土层：z=0.2 sz； 软粘土层：z=0.1 sz； 普通房屋根底：Zn=B(2.5-0.4lnB)； 基岩或不可紧缩土层。二、二、 方法方法 在在总结大量大量实际阅历的根底上，的根底上，对分分层总和法的和法的计算算结果，作果，作必要的修正。必要的修正。 GB50007-2002GB50007-2002提出的一提出的一种种计算方法算方法简称称“规范法。范法。规范范 法的本法的本质：(1)(1)引入平均附加引入平均附加应力系数的概念力系数的概念(2)(2)引入一个沉降引入一个沉降计算算阅历系数系数ss那那么修正后的地基
10、沉降量么修正后的地基沉降量为：软粘土粘土应力集中力集中S偏小偏小, s1 硬粘土硬粘土应力分散力分散S偏大偏大, s1沉降沉降阅历修正系数修正系数1.计算原理设地基土层均质、紧缩模量不随深度变化，那么：设地基土层均质、紧缩模量不随深度变化，那么：: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应力面积地基沉降计算简图：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：对于地基的计算深度，即受压层深度，可分两种情况：无相无相邻荷荷载的根底中点下的根底中点下: :式中式中b-b-根底根底宽度，适用于度，适用于1m50m1m50m范范围
11、。存在相存在相邻荷荷载影响影响: :：在：在计算深度算深度znzn范范围内，第内，第i i层土的沉降土的沉降值：在：在znzn处向上取厚度向上取厚度zz土土层的的计算沉降量，算沉降量， z z按按规定确定。定确定。计算算层厚度厚度 z z值的的选取：取：4.3 单向固结实际单向固结实际一、饱和土的浸透固结一、饱和土的浸透固结 实际背景：大面背景：大面积均布荷均布荷载p不透水岩不透水岩层饱和和紧缩层z=pp侧限限应力形状力形状1 1、一、一维渗流固渗流固结实际TerzaghiTerzaghi渗流固渗流固结实际 物理模型物理模型ppp附加附加应力力:z=p超静孔超静孔压: u = z=p有效有效应
12、力力:z=0附加附加应力力:z=p超静孔超静孔压: u 0附加附加应力力:z=p超静孔超静孔压: u =0有效有效应力力:z=p土土层均匀且完全均匀且完全饱和；和；土土颗粒与水不可粒与水不可紧缩；变形是形是单向向紧缩水的渗出和土水的渗出和土层紧缩是是单向的；向的；荷荷载均布且一次施加；均布且一次施加；假定假定 z = constz = const渗流符合达西定律且浸透系数渗流符合达西定律且浸透系数坚持不持不变；紧缩系数系数a a是常数。是常数。根本假定：根本假定：求解思求解思绪：总应力知力知有效有效应力原理力原理超静孔隙水超静孔隙水压力的力的时空分布空分布 数学模型数学模型建立方程：建立方程：
13、微小微小单元元11dz微小微小时段段dt孔隙体孔隙体积的的变化流出的水量化流出的水量土的土的紧缩特性特性有效有效应力原理力原理达西定律达西定律超静孔隙水超静孔隙水压力的力的时空分布空分布超静孔隙水超静孔隙水压力力超静孔隙水超静孔隙水压力力土骨架的体土骨架的体积变化化不透水岩层不透水岩层饱和紧缩层饱和紧缩层z z固体体固体体积：孔隙体孔隙体积：dt时段内：段内：孔隙体孔隙体积的的变化流出的水量化流出的水量dt时段内：段内： 孔隙体孔隙体积的的变化流出的水量化流出的水量土的土的紧缩性：性：有效有效应力原理：力原理：达西定律达西定律: :孔隙体孔隙体积的的变化土骨架的体化土骨架的体积变化化Cv Cv
14、 反映了土的固反映了土的固结性性质：孔：孔压散失的快慢固散失的快慢固结速度；速度；Cv Cv 与浸透系数与浸透系数k k成正比，与成正比，与紧缩系数系数a a成反比；成反比；cm2/scm2/s；m2/yearm2/year固结系数固结系数 线性性齐次抛物次抛物线型微分方程式，普通可用分型微分方程式，普通可用分别变量方法求解。量方法求解。 给出定解条件，求解渗流固出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出方程，就可以解出uz,t。1 1求解思求解思绪：求解方程：求解方程：不透水岩层不透水岩层饱和紧缩层饱和紧缩层z=pp0 z H:u=pz=0: u=0z=H: uz 0 z H: u=02 2边
15、境、初始条件：境、初始条件：z z(3) (3) 微分方程的解微分方程的解时间因数时间因数m1，3，5，70 z H:u=pz=0: u=0z=H: uz 0 z H: u=0根本微分方程：根本微分方程：初始初始边境条件：境条件：微分方程的解：微分方程的解：反映孔隙水压力的散失程度固结程度反映孔隙水压力的散失程度固结程度H单面排水面排水时孔隙水孔隙水压力分布力分布双面排水双面排水时孔隙水孔隙水压力分布力分布z zz z排水面排水面不透水不透水层排水面排水面排水面排水面渗流渗流渗流渗流渗流渗流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=
16、u0=pu0=pu0=pu0=p时间因数时间因数m1，3，5，7HH4.4 固结沉降随时间变化的预测固结沉降随时间变化的预测一、固一、固结度的度的计算算 一点一点M M： 地地 层：一一层土的平均固土的平均固结度度Uz,t=01：表征：表征总应力中有效力中有效应力所占比例力所占比例1 1、根本概念、根本概念2 2、平均固、平均固结度度UtUt与沉降量与沉降量StSt之之间的关系的关系t时辰：辰： 确定确定St的关的关键是确定是确定Ut 确定确定Ut的中心的中心问题是确定是确定uz.t在在时间t t的沉降与最的沉降与最终沉降量之比沉降量之比3. 3. 地基沉降地基沉降过程程计算算1) 根本根本计
17、算方法算方法均布荷均布荷载，单向排水情况向排水情况确定地基的平均固确定地基的平均固结度度Ut知知解得解得近似近似Tv反映固反映固结程度程度不透水边境不透水边境透水边境透水边境渗渗流流123固结度固结度UzUz与时间因数与时间因数TvTv的关系曲线的关系曲线1 紧缩应力分布不同力分布不同时2) 2) 常常见计算条件算条件实际背景：背景：H H小，小，p p大大自重自重应力力附加附加应力力自重自重应力力附加附加应力力紧缩土土层底面的附加底面的附加应力力还不接近零不接近零应力分布：力分布：12534根本情况：根本情况：不透水边境不透水边境透水边境透水边境二、有关沉降时间的工程问题二、有关沉降时间的工
18、程问题1 1、次固、次固结沉降沉降问题2 2、根据前一、根据前一阶段段测定的沉降定的沉降时间曲曲线，推算以后的，推算以后的沉降沉降时间关系关系3 3、与固、与固结相关的施工方法相关的施工方法见教材教材P105-107土的紧缩性测试方土的紧缩性测试方法法一、一、侧限限紧缩实验及其表示方法及其表示方法一维紧缩性及其目一维紧缩性及其目的的一、一、e -e -曲曲线二、二、e - lge - lg曲曲线三、原位三、原位紧缩曲曲线及再及再紧缩曲曲线一、一、单一土一土层一一维紧缩问题二、地基最二、地基最终沉降量分沉降量分层总和和法法三、地基最三、地基最终沉降量沉降量规范法范法地基的最终沉降量计地基的最终沉降量计算算一、一一、一维渗流固渗流固结实际二、固二、固结度的度的计算算三、固三、固结沉降随沉降随时间的的变化关系化关系四、与固四、与固结有关的施工方法有关的施工方法饱和土体的渗流固结实饱和土体的渗流固结实际际小结小结
