土的压缩性与地基沉降计算资料.pptx
第三章第三章土的压缩性与 地基沉降计算3.13.1 土的压缩性3.23.2 地基最终沉降量3.33.3 建筑物沉降观测与地基容许变形第1页/共37页荷载作用下土体的压缩性荷载作用下土体的压缩性;土的压缩试验和固结试验土的压缩试验和固结试验;地基最终沉降量的计算地基最终沉降量的计算;土的变形与时间关系土的变形与时间关系(一维固结理论一维固结理论)。主要内容:重点：u土的压缩性和压缩性指标的确定土的压缩性和压缩性指标的确定;u用分层总和法和规范法用分层总和法和规范法计算基础沉降的计算基础沉降的;u了解固结原理和固结随时间变化的概念了解固结原理和固结随时间变化的概念.第2页/共37页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均匀沉降（沉降量）不均匀沉降（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第3页/共37页工程实例工程实例问题：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显的沉存在明显的沉降差。左侧建降差。左侧建筑物于筑物于19691969年年加固。加固。墨西哥某宫殿左部：17091709年；右部：16221622年；地基：2020多米厚的粘土第4页/共37页美国双子大厦受外力撞击建筑物倾斜。美国双子大厦受外力撞击建筑物倾斜。第5页/共37页3.1 土的压缩性土压缩的原因固体土颗粒本身被压缩土空隙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土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性1 1 1 1、压缩性、压缩性一、基本概念第6页/共37页2 2 2 2、固结与固结度、固结与固结度 作用于饱和土体内某截面上总的正应力作用于饱和土体内某截面上总的正应力s s由两部分组成：一部分为孔隙由两部分组成：一部分为孔隙水压力水压力u u，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水自重引起，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水自重引起的称为静水压力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力（孔隙水压力）的称为静水压力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力（孔隙水压力）；另一部分为有效应力；另一部分为有效应力，它作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由，它作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由土粒自重引起的即为土的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应土粒自重引起的即为土的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应力。饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系力。饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系：（1 1）任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和；（2 2）土的变形是有效应力引起的。固结固结：土的压缩随时间而增长的过程土的压缩随时间而增长的过程第7页/共37页加荷瞬间，加荷瞬间，=u而而=0。随着时间的增长，。随着时间的增长，u u下下降，而降，而增长。增长。当固结变相稳定时，当固结变相稳定时，u=0而而=，由此可见饱和土压密过程实际上是孔隙水，由此可见饱和土压密过程实际上是孔隙水压力逐渐消散，有效压力增加的过程，则饱和土完压力逐渐消散，有效压力增加的过程，则饱和土完全固结。全固结。固结度固结度u ut:土的固结过程中某一时间土的固结过程中某一时间t的固结沉降量的固结沉降量s s1 1与固结稳定的最终沉降量与固结稳定的最终沉降量s s之比称为固结度之比称为固结度u ut。当t=0时，st=0，则ut=0，即固结完成0%当固结稳定时，st=s,则ut=1.0，即固结基本上达到100%完成。固结度的变化范围为01，它表示在某一荷载作用下经过t时间后土体所能达到的固结程度。第8页/共37页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逐级施加荷载逐级施加荷载，至变形稳定测定：测定：竖向压应力竖向压应力竖向变形竖向变形试验结果：试验结果：二、室内压缩试验与压缩性指标第9页/共37页1、压缩试验与、压缩试验与e-p曲线曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vve0Vs1h0/(1+e0)h0VveiVs1hi/(1+e)phisi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土样体积在受土样体积在受压前后不变压前后不变其中其中由于逐级（一般为由于逐级（一般为6 6级）施加荷载在不同压力级）施加荷载在不同压力p作用下，可得作用下，可得到相应的孔隙比到相应的孔隙比e，根据一一对应关系，以横座标表示压力，根据一一对应关系，以横座标表示压力，以纵座标表示孔隙比，绘制以纵座标表示孔隙比，绘制e-p曲线，称为压缩曲线曲线，称为压缩曲线第10页/共37页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。e0eppi压缩曲线再压缩曲线残余残余变形变形e-p曲线曲线压缩曲线的绘制方式压缩曲线的绘制方式e-e-p p曲线曲线e-lge-lgp p曲线曲线 回弹曲线弹性弹性变形变形第11页/共37页10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce ee-lge-lgp p曲线曲线第12页/共37页2 2、压缩性指标、压缩性指标（MPMPa a-1-1）1 1）、压缩系数：压缩系数：一般取压缩曲线上M M1 1M M2 2两点切线的斜率值，称为土的压缩系数。实际工程中，往往用割线斜率表示：土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.10.5低压缩性土低压缩性土0.1p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线曲线pe规范规范用用p1100kPa、p2200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2评评价土的压缩性价土的压缩性根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条直线来代替。直线来代替。第13页/共37页2）、压缩指数压缩指数C Cc c：10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce e压缩指数压缩指数Ce回弹指数（再压缩指数）Ce 1 硬粘土硬粘土（应力扩散）（应力扩散）S偏大偏大,s1沉降计算经验系数沉降计算经验系数第22页/共37页1.1.计算原理计算原理设地基土层均质、压缩模量不随深度变化设地基土层均质、压缩模量不随深度变化，则：，则：:深度深度Z Z范围内竖向附加应力面积范围内竖向附加应力面积A A的等代值的等代值:深度深度Z Z范围内竖向附加范围内竖向附加应力系数应力系数,，A应力面积第23页/共37页规范法地基沉降计算简图：第24页/共37页2.2.地基沉降计算深度（地基压缩层厚度）地基沉降计算深度（地基压缩层厚度）对于地基的计算深度，即地基压缩层厚度，可分两种情况：对于地基的计算深度，即地基压缩层厚度，可分两种情况：无相邻荷载的基础中点下无相邻荷载的基础中点下:式中式中b-b-基础宽度，适用于基础宽度，适用于1m1m30m30m范围。范围。有相邻荷载影响有相邻荷载影响:或或：在计算深度：在计算深度z zn n范围内，第范围内，第i i层土的变形值层土的变形值：在：在z zn n处向上取厚度处向上取厚度z z土层的计算变形值，土层的计算变形值，z z按规定确定。按规定确定。计算层厚度计算层厚度 z z值的选取值的选取：表表3-53-5第25页/共37页在计算地基变形时，应考虑相邻荷载的影响，其值可在计算地基变形时，应考虑相邻荷载的影响，其值可按应力叠加原理，采用角点法计算。按应力叠加原理，采用角点法计算。规范法计算基础沉降量的步骤为：规范法计算基础沉降量的步骤为：（1）计算基底附加应力；（2）以天然土层作为分层面（即按Es分层）；（3）确定压缩层厚度zn，采用变形比（4）分别计算每层土的变形量（5）计算基础总沉降量第26页/共37页【例例】试按规范推荐的方法计算图试按规范推荐的方法计算图所示基础所示基础的最终沉降量，并考虑的最终沉降量，并考虑基础基础的影响。已知基础的影响。已知基础和和各各承受相应于准永久组合的总荷载值承受相应于准永久组合的总荷载值Q=1134KNQ=1134KN，基础底面尺寸，基础底面尺寸bl=2m3m,bl=2m3m,基础埋置身度基础埋置身度d=2md=2m。其他条件见图。其他条件见图。【解答解答】、计算基底压力计算基底压力基底处总压力基底处总压力基底处土的自重压力基底处土的自重压力、计算压缩层范围内各土层压缩量计算压缩层范围内各土层压缩量计算过程见图表计算过程见图表第27页/共37页zi(m)基础基础基础基础对基础对基础的影响的影响ain=l/bm=l/bain=l/bm=l/bai01.501.0003.32.0002.01.520.75761.30.00420.76074.01.540.50852.70.01420.52273.71.53.70.53652.50.01300.5495zi(m)aizi(m)aizi-ai-1zi-1(m)Esi(kPa)s i=p0(aizi-ai-1zi-1)/Esi(mm)s I (mm)s n/s i002.01.5221.522829.129.14.02.0910.569108.737.83.72.0330.058100.880.023第28页/共37页、确定压缩层下限确定压缩层下限 在基底下在基底下4m4m深范围内土层的总变形量深范围内土层的总变形量 ，在，在 处以上处以上 （基础宽度（基础宽度 b=2mb=2m，查表，查表3-53-5得得 ）厚土层变）厚土层变形值形值 。故所取沉降计算深度故所取沉降计算深度 满足规范要求。满足规范要求。、确定沉降计算经验系数确定沉降计算经验系数压缩层范围内土层压缩模量的平均值压缩层范围内土层压缩模量的平均值 查表查表3-33-3得得s s=0.9=0.9。、计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量第29页/共37页三、土的沉降与时间的关三、土的沉降与时间的关系系 饱和粘性土地基在建筑物荷载作用下要经过相当长时间才饱和粘性土地基在建筑物荷载作用下要经过相当长时间才能达到最终沉降，不是瞬时完成的。为了建筑物的安全与正能达到最终沉降，不是瞬时完成的。为了建筑物的安全与正常使用，对于一些重要或特殊的建筑物应在工程实践和分析常使用，对于一些重要或特殊的建筑物应在工程实践和分析研究中掌握沉降与时间关系的规律性，这是因为较快的沉降研究中掌握沉降与时间关系的规律性，这是因为较快的沉降速率对于建筑物有较大的危害。例如，在第四纪一般粘性土速率对于建筑物有较大的危害。例如，在第四纪一般粘性土地区，一般的四、五层以上的民用建筑物的允许沉降仅地区，一般的四、五层以上的民用建筑物的允许沉降仅10cm左右，沉降超过此值就容易产生裂缝；而沿海软土地区，沉左右，沉降超过此值就容易产生裂缝；而沿海软土地区，沉降的固结过程很慢，建筑物能够适应于地基的变形。因此，降的固结过程很慢，建筑物能够适应于地基的变形。因此，类似建筑物的允许沉降量可达类似建筑物的允许沉降量可达20cm甚至更大。甚至更大。碎石土和砂土的压缩性小而渗透性大，在受荷后固结稳碎石土和砂土的压缩性小而渗透性大，在受荷后固结稳定所需的时间很短，可以认为在外荷载施加完毕时，其固结定所需的时间很短，可以认为在外荷载施加完毕时，其固结变形就已经基本完成。饱和粘性土与粉土地基在建筑物荷载变形就已经基本完成。饱和粘性土与粉土地基在建筑物荷载作用下需要经过相当长时间才能达到最终沉降，例如厚的饱作用下需要经过相当长时间才能达到最终沉降，例如厚的饱和软粘土层，其固结变形需要几年甚至几十年才能完成。因和软粘土层，其固结变形需要几年甚至几十年才能完成。因此，工程中一般只考虑粘性土和粉土的变形与时间的关系。此，工程中一般只考虑粘性土和粉土的变形与时间的关系。第30页/共37页一、建筑物沉降观测3.3 3.3 建筑物沉降观测与地基容许变形值建筑物沉降观测与地基容许变形值（1）验证工程设计与沉降计算的正确性；）验证工程设计与沉降计算的正确性；（2）判别建筑物施工的质量；）判别建筑物施工的质量；（3）发生事故后作为分析事故原因和加固处理依据。）发生事故后作为分析事故原因和加固处理依据。能够及时发现建筑物变形并防止有害变形的扩大。能够及时发现建筑物变形并防止有害变形的扩大。（1）埋设地点要靠近观测对象，但必须在建筑物所产生的压力影响范围以外。埋设地点要靠近观测对象，但必须在建筑物所产生的压力影响范围以外。（2）在一个观测区内，水准基点在一个观测区内，水准基点3个，埋置深度应与建筑物基础的埋深相应。个，埋置深度应与建筑物基础的埋深相应。（1）根据建筑物的平面形状，结构特点和工程地质条件考虑布置观测点。根据建筑物的平面形状，结构特点和工程地质条件考虑布置观测点。（2）一般设置在四周的角点、转角处、纵横墙的中点、沉降缝和新老建筑物的一般设置在四周的角点、转角处、纵横墙的中点、沉降缝和新老建筑物的 连接处。连接处。（3）数量一般不小于数量一般不小于6点，间距一般为点，间距一般为612米。米。1.目的 2.必要性 3.水准基点的设置 4.观测点的设置第31页/共37页沉降观测采用精密水准仪，观测精度为沉降观测采用精密水准仪，观测精度为0.010.01。民用建筑每增高一层观测一次；民用建筑每增高一层观测一次；工业建筑在不同荷载阶段分别进行观测，施工期间不应少于工业建筑在不同荷载阶段分别进行观测，施工期间不应少于4次；次；竣工后第一年不少于竣工后第一年不少于35次；次；第二年不少于第二年不少于2次；次；以后每年一次，直到稳定。（稳定标准为半年沉降量不超过以后每年一次，直到稳定。（稳定标准为半年沉降量不超过2）减速沉降（沉降速率减少到减速沉降（沉降速率减少到0.05/d以下时）：认为沉降趋于稳以下时）：认为沉降趋于稳定。定。等速沉降：导致地基丧失稳定的危险。等速沉降：导致地基丧失稳定的危险。加速沉降：表示地基加速沉降：表示地基 已丧失稳定，应及时采取措施，防止发生事已丧失稳定，应及时采取措施，防止发生事故。故。5.仪器与精度6.观测次数和时间7.观测资料的整理第32页/共37页 建筑物地基变形的特征，可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜4种。1.沉降量沉降量(mm)定义:特指基础中心的沉降差，以mm为单位；作用:若沉降量过大，势必影响建筑物的正常使用。（一）地基变形分类（一）地基变形分类二、地基允许变形值2.沉降差沉降差(mm)定义:指同一建筑物中相邻两个基础沉降的差值；作用:若沉降差过大，建筑物将发生裂缝、倾斜和破坏。第33页/共37页 3.倾斜倾斜（）定义:指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值，以表示。作用:若建筑物倾斜过大，将影响正常使用，遇台风或强烈地震时危及建筑物整体稳定，甚至倾覆。4.局部倾斜局部倾斜（）定义:指砖石砌体承重结构，沿纵向6m10m内基础两点的沉降差与其距离的比值，以表示。作用:若建筑物局部倾斜过大，往往使砖石砌体承受弯矩而拉裂。第34页/共37页（二）地基变形允许值（二）地基变形允许值第35页/共37页土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法一、侧限压缩试验及其表示方法一、侧限压缩试验及其表示方法一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e-e-p p曲线曲线形状可以反映土压缩性 高低，平缓压缩性低，陡峻高。二、压缩系数、压缩模量是评定地二、压缩系数、压缩模量是评定地 基土压缩性高低的重要指标。基土压缩性高低的重要指标。通过有侧限条件下压缩试验测通过有侧限条件下压缩试验测 定得到。定得到。三、回弹曲线说明地基变形包括两三、回弹曲线说明地基变形包括两 种弹性变形和残余变形。种弹性变形和残余变形。四、土的固结是指地基变形随时间四、土的固结是指地基变形随时间 的增长的过程。的增长的过程。一、用一、用分层总和法计算地基最终沉降量地基最终沉降量二、用规范法计算地基最终沉降量二、用规范法计算地基最终沉降量三、区分两种方法在计算上的异同点三、区分两种方法在计算上的异同点地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算小结小结一、采用平均附加应力系数是计算简化一、采用平均附加应力系数是计算简化二、土层划分二、土层划分三、压缩层厚度的确定，分层总和法采三、压缩层厚度的确定，分层总和法采用应力比，规范法采用变形比用应力比，规范法采用变形比四、规范法采用沉降均匀变形系数调整四、规范法采用沉降均匀变形系数调整了误差，是计算结果更接近实际。了误差，是计算结果更接近实际。第36页/共37页感谢您的观看。第37页/共37页
