《土力学5沉降计算》PPT课件

第五章第五章地基沉降计算地基沉降计算土具有压缩性荷载作用地基发生沉降本章主要内容§5.2 §5.2 地基的最终沉降量地基的最终沉降量§5.3 §5.3 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响§5.5 §5.5 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系§5.2 §5.2 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算最终沉降量最终沉降量S S∞∞：：t t∞∞时地基最终沉降稳定以后的最时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程大沉降量，不考虑沉降过程不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层σz=pp本节主要内容：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二、粘土地基沉降计算的若干问题二、粘土地基沉降计算的若干问题（（a a）假设基底压力为线性分布）假设基底压力为线性分布 （（b b）附加应力用弹性理论计算）附加应力用弹性理论计算（（c c）只发生单向沉降：侧限应力状态）只发生单向沉降：侧限应力状态（（d d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降（（e e））将地基分成若干层，认为整个地基的将地基分成若干层，认为整个地基的 最终沉降量为各层沉降量之和最终沉降量为各层沉降量之和：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1 1、基本假定和基本原理、基本假定和基本原理理论上不够完备，缺乏统一理论；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单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。

(a)(a)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(b)(b)基底附加压力基底附加压力p p0 0p p0 0 = p - = p -  d d(c)(c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布(d)(d)确定计算深度确定计算深度z zn n① 一般土层一般土层：σσz z=0.2 σ=0.2 σszsz；；② 软粘土层软粘土层：σσz z=0.1 σ=0.1 σszsz；；③ 一般房屋基础一般房屋基础：Z Zn n=B(2.5-0.4lnB)=B(2.5-0.4lnB)；； ④ 基岩或不可压缩土层基岩或不可压缩土层d地面地面基底基底pp0 d 自重应自重应力力附加应附加应力力沉降计算沉降计算深度深度σσszsz从地面算起；从地面算起；σσz z从基底算起；从基底算起；σσz z是由基底附加应力是由基底附加应力 p-γd p-γd 引起的引起的2 2、计算步骤、计算步骤(e)(e)地基分层地基分层HiHi①不同土层界面不同土层界面；②地下水位线地下水位线；③每层厚度不宜超过每层厚度不宜超过0.4B4B 或或1-21-2m m；④ z z 变化明显的土层，适当变化明显的土层，适当 取小取小。

g) (g) 各层沉降量叠加各层沉降量叠加 S Si i(f)(f)计算每层沉降量计算每层沉降量S Si id地面地面基底基底pp0 d 自重应自重应力力附加应力附加应力沉降计算深沉降计算深度度sziziHiee1ie2i szip2i zi3 3、计算公式、计算公式（（a a））e-e-σσ´ ´曲线曲线规范法规范法0zi0z(i-1)Ai附加应力附加应力p0zi-1zi平均附加应力系数平均附加应力系数各种假定导致各种假定导致 S 的误差，如的误差，如①①取中点下附加应力值，取中点下附加应力值，使使 S S 偏大偏大; ;②②侧限压缩使计算值偏小；侧限压缩使计算值偏小； ③③地基不均匀性导致的误差地基不均匀性导致的误差等ΨsΨs为沉降经验修正系数为沉降经验修正系数结果修正结果修正v基底压力线性分布假设基底压力线性分布假设v弹性附加应力计算弹性附加应力计算v单向压缩的假设单向压缩的假设v只计主固结沉降只计主固结沉降v原状土现场取样的扰动原状土现场取样的扰动v参数线性的假设参数线性的假设v按中点下附加应力计算按中点下附加应力计算软粘土软粘土（应力集中）（应力集中）S S偏小偏小, , Ψs>1 Ψs>1 硬粘土硬粘土（应力扩散）（应力扩散）S S偏大偏大, , Ψs<1Ψs<1基底附加应力基底附加应力2.54.07.015.020.0 p0 fk1.41.31.00.40.2 p0  0.75 fk1.11.00.70.40.2表表5 5-3 -3 沉降计算经验系数沉降计算经验系数 s s0zi0z(i-1)Ai附加应力附加应力p0 s s=1.4-0.2, =1.4-0.2, (1)(1)与土质软硬有关与土质软硬有关, ,(2)(2)与基底附加应力与基底附加应力p p0 0/f/fk k的大小有关的大小有关f fk k：地基承载力标准值：地基承载力标准值沉降计算总结：沉降计算总结：沉降计算总结：沉降计算总结：① ① 准备资料准备资料② ② 应力分布应力分布•建筑基础（形状、大小、重量、埋深）建筑基础（形状、大小、重量、埋深）•地基各土层的压缩曲线地基各土层的压缩曲线  原状土压缩曲线原状土压缩曲线•计算断面和计算点计算断面和计算点•自重应力自重应力•基底压力基底压力基底附加应力基底附加应力•附加应力附加应力③ ③ 沉降计算沉降计算•确定计算深度确定计算深度•确定分层界面确定分层界面•计算各土层的计算各土层的 sziszi，， zizi•计算各层沉降量计算各层沉降量•地基总沉降量地基总沉降量④ ④ 结果修正结果修正二、粘土二、粘土地基沉降计算的若干地基沉降计算的若干问题问题研究表明：粘性土地基在基底压研究表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量力作用下的沉降量S由三种不同由三种不同的原因引起：的原因引起：tSS Si i ：初始瞬时沉降：初始瞬时沉降Ss: 次固结沉降次固结沉降S Sc c：主固结沉降：主固结沉降•次固结沉降次固结沉降 S Ss s ：：主固结沉降完成以后，在有效应力不主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起的变形。

这种变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起的变形这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，既包括剪应变，又包括体应变性质，既包括剪应变，又包括体应变•初始沉降初始沉降( (瞬时沉降瞬时沉降) ) S Sd d：：有限范围的外荷载作用下有限范围的外荷载作用下地基由于发生侧向位移地基由于发生侧向位移( (即剪切变形即剪切变形) )引起的•主固结沉降主固结沉降( (渗流固结沉降渗流固结沉降) ) S Sc c ：：由于超孔隙水压力由于超孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的是地基变形的主要部分是地基变形的主要部分§5.3 §5.3 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响一、先期固结一、先期固结压力压力先期固结压力：先期固结压力：历史上所经受到的最大压力历史上所经受到的最大压力 p p（指有效应力）（指有效应力） s s= =  z z：自重压力：自重压力 p p= =  s s：正常固结土：正常固结土 p p> >  s s：超固结土：超固结土 p p< <  s s：欠固结土：欠固结土OCR=1OCR=1：：正常固结正常固结OCR>1OCR>1：：超固结超固结OCR<1OCR<1：：欠固结欠固结超固结比：超固结比：e eABCDmrmin1 12 23 3先期固结压力先期固结压力σσp p的确定：的确定：Casagrande Casagrande 法法(f) B(f) B点对应于先期固结压点对应于先期固结压力力 p p(b) (b) 作水平线作水平线m1m1(c) (c) 作作m m点切线点切线m2m2(d) (d) 作作m1,m2 m1,m2 的角分线的角分线m3m3(e) m3(e) m3与试验曲线的直与试验曲线的直线段交于点线段交于点B B(a) (a) 在在e-lge-lgσσ’’压缩试验压缩试验曲线上，找曲率最大点曲线上，找曲率最大点 m m p plgP二、原位压缩曲线及原位再压缩曲线二、原位压缩曲线及原位再压缩曲线地下水位上升地下水位上升 土层剥蚀土层剥蚀冰川融化冰川融化引起卸载，引起卸载，使土处于回弹状态使土处于回弹状态正常固结土：正常固结土：超固结土：超固结土：欠固结土：欠固结土：e e压缩曲线再压缩曲线回弹曲线lgP① ① 确定先期固结压力确定先期固结压力σσp p② ② 过过e e0 0 作水平线与作水平线与σσp p作用线交于作用线交于B B。

由假定由假定①①知，知，B B点必然位于原状点必然位于原状土的初始压缩曲线上；土的初始压缩曲线上；③ ③ 以以e e0 0 在压缩曲线上确定在压缩曲线上确定C C点，点，由假定由假定②②知，知，C C点也位于原状土的点也位于原状土的初始压缩曲线上；初始压缩曲线上；a. a. 正常固结土正常固结土原位压缩曲线的近似推求原位压缩曲线的近似推求④ ④ 通过通过B B、、C C两点的直线即为所两点的直线即为所求的位压缩曲线求的位压缩曲线lgPb.b.超固结土超固结土① ① 确定确定σσs s ，，σσp p的作用线；的作用线；② ② 过过e e0 0作水平线与作水平线与σσs s作用线作用线交于交于D D点；点；⑤ ⑤ 过过B B和和C C点作直线即为原点作直线即为原位压缩压缩曲线位压缩压缩曲线③ ③ 过过D D点作斜率为点作斜率为C Ce e的直线，的直线，与与σσp p作用线交于作用线交于B B点，点，DBDB为原为原位再压缩曲线位再压缩曲线④ ④ 过过e e0 0 作水平线与作水平线与e-lgPe-lgP曲曲线交于点线交于点C C；；lgP三、三、地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算1 1、计算公式、计算公式正常固结土：正常固结土：超固结土超固结土( (并假定并假定p p2 2> > p p) )：： p plgPlgP正常固结土正常固结土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 sziziHilgP pipi超固结土超固结土lgPd地面地面基底基底p’szizi自重应力自重应力附加应力附加应力欠固结土欠固结土lgP§5.5 §5.5 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系一、土的一、土的固结度的定义固结度的定义U Uz,tz,t=0=0－－1 1：表征总应力中有效应力所占比例：表征总应力中有效应力所占比例1 1、基本概念、基本概念M2 2、平均固结度、平均固结度U Ut t与沉降量与沉降量S St t之间的关系之间的关系t t时刻：时刻：在时间在时间t t的沉降与最终沉降量之比的沉降与最终沉降量之比二、固结度的计算二、固结度的计算 地基沉降过程计算地基沉降过程计算1) 1) 基本计算方法基本计算方法————均布荷载，单向排水情况均布荷载，单向排水情况§已知已知§解得解得§近似近似T Tv v－反映固结程度－反映固结程度不透水边界不透水边界透水边界透水边界渗渗流流123三、有关沉降－时间的工程问题三、有关沉降－时间的工程问题1 1、求某一时刻、求某一时刻t t的固结度与沉降量的固结度与沉降量2 2、求达到某一固结度所需要的时间、求达到某一固结度所需要的时间3 3、根据前一阶段测定的沉降－时间曲线，、根据前一阶段测定的沉降－时间曲线，推算以后的沉降－时间关系推算以后的沉降－时间关系1 1、求某一时刻、求某一时刻t t的固结度与沉降量的固结度与沉降量tTv=Cvt/H2St=Ut S 2 2、求达到某一沉降量、求达到某一沉降量( (固结度固结度) )所需要的时间所需要的时间Ut= St /S 从从 Ut 查表（计算）确定查表（计算）确定 Tv 3 3、根据前一阶段测定的沉降－时间曲线，推、根据前一阶段测定的沉降－时间曲线，推算以后的沉降－时间关系算以后的沉降－时间关系对于各种初始应力分布，固结度均可写成：对于各种初始应力分布，固结度均可写成：已知：已知：t t1 1－－S S1 1t t2 2－－S S2 2公式计算公式计算 ，， 计算计算t t3 3－－S S3 3。