土的变形及沉降计算.pptx

第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算4.1 土的压缩性土的压缩性一、定义：土的压缩性地基土在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性。二、土被压缩的原因：1.土孔隙中的水和气体被挤出。2.土颗粒本身被压缩。3.土中水和被封闭在孔隙中的 气体被压缩。第1页/共66页三、压缩性指标1、压缩系数a第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算4.1 土的压缩性土的压缩性第2页/共66页e P工程上用a1-2判别土的压缩性（P1=100kPa,P2=200kPa）a越大则表示在一定压力范围内孔隙比变化越大，说明土的压缩性越大，说明土的承载力越小。第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算4.1 土的压缩性土的压缩性第3页/共66页2、压缩模量Es土的压缩模量是指在全侧限条件下，土的竖向附加应力与应变增量的比值。第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算4.1 土的压缩性土的压缩性第4页/共66页第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算4.1 土的压缩性土的压缩性四、变形模量 土体在无侧限条件下单轴受压时的土体在无侧限条件下单轴受压时的应力与应变之比。应力与应变之比。第5页/共66页五、变形模量与压缩模量关系 变形模量：现场载荷试验测得，土体压变形模量：现场载荷试验测得，土体压缩过程中没有侧限；缩过程中没有侧限；压缩模量：室内试验获得，土体在完全压缩模量：室内试验获得，土体在完全侧限条件下的压缩。侧限条件下的压缩。第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算4.1 土的压缩性土的压缩性第6页/共66页0第7页/共66页 根据统计资料，可以是 值的几倍，一般说来，土愈坚硬则倍数愈大，而软土的 值与 值比较接近第8页/共66页六、旁压试验和旁压模量 旁压试验：旁压试验：（1）钻孔；（）钻孔；（2）用水加压；（）用水加压；（3）记录；）记录；（4）计算地基土的变形模量及地基承载）计算地基土的变形模量及地基承载能力。能力。第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算4.1 土的压缩性土的压缩性第9页/共66页六、旁压试验和旁压模量4.1 土的压缩性土的压缩性IIIIII第10页/共66页六、旁压试验和旁压模量4.1 土的压缩性土的压缩性第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算适于：黏性土、粉土、软质岩石和风化 岩石。第11页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算分层总和法、规范推荐方法、弹性力学公式分层总和法、规范推荐方法、弹性力学公式第12页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算一、分层总和法第13页/共66页4.2 地基最终地基最终沉降量计算沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算一、分层总和法第14页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算一、分层总和法(1).成层的分界面为当然的分成面。(2).hi0.4b1.分层2.计算深度Zn的确定：软弱土一般土第15页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算一、分层总和法2.计算基底压力和附加压力：第16页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算一、分层总和法3.计算各分层面上的自重应力和附加应力：4.计算各分层土的平均自重应力和平均附加应力：第17页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算一、分层总和法5.计算各分层土的变形量 ：第18页/共66页第19页/共66页第20页/共66页第21页/共66页第22页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算二、规范推荐方法n 平均附加应力系数的物理意义：分层总和法中地基附加应力按均质地基计算，即地基土的压缩模量Es不随深度而变化。第23页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算二、规范推荐方法1.计算原理：第24页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算二、规范推荐方法1.计算原理：第25页/共66页二、规范推荐方法1.计算原理：第26页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算二、规范推荐方法1.计算原理：第27页/共66页二、规范推荐方法2.沉降计算：第28页/共66页第29页/共66页第30页/共66页第31页/共66页第32页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算三、弹性力学方法第33页/共66页4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算四、地基最终沉降量的组成第34页/共66页砂土地基初始沉降是主要的，排水固结变形在荷载作用后很快完成饱和软粘土地基固结沉降是主要的，需要很长时间才能完成n 沉降计算方法初始沉降采用弹性理论求解固结沉降根据固结确定试验参数，采用分层总和法求解次结沉降根据蠕变试验确定参数，采用分层总和法求解四、地基最终沉降量的组成第35页/共66页4.3 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算一、天然土层应力历史第36页/共66页4.3 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算一、天然土层应力历史第37页/共66页一、天然土层应力历史第38页/共66页二、先期固结压力的确定4.3 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响第39页/共66页4.3 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算三、考虑应力历史影响的地基最终沉降计算第40页/共66页三、考虑应力历史影响的地基最终沉降计算第41页/共66页三、考虑应力历史影响的地基最终沉降计算第42页/共66页三、考虑应力历史影响的地基最终沉降计算第43页/共66页四、最终沉降量方法讨论分层总和法：概念明确、方便实用；分层总和法：概念明确、方便实用；规范推荐法：简化的平均附加应力系数、合规范推荐法：简化的平均附加应力系数、合理的沉降计算深度、关键的沉降计算经验系理的沉降计算深度、关键的沉降计算经验系数；数；弹性力学法：假设均质线性变形半空间的假弹性力学法：假设均质线性变形半空间的假设，计算结果偏大。设，计算结果偏大。第44页/共66页n各分层总和法的特点及应用（1）对于大面积荷载下的薄压缩层地基，其应力和变形状态都接近于压缩仪中土样所处的完全侧限状态，对此，单向压缩分层总和法最为适用。四、最终沉降量方法讨论第45页/共66页四、最终沉降量方法讨论（2）对于一般基础，其地基压缩层厚度与基底尺寸比较，不能作为薄层看待时，以单向压缩分层总和法计算就没有考虑地基的三维（三向）应力状态的影响，忽略了地基土因剪切畸变所产生的瞬时沉降。第46页/共66页（3）以单向压缩总和法计算所得的固结沉降，对一般的正常固结和超固结土，都是偏大的。所以，通常粗略地把单向压缩分层总和法的计算结果看成是地基最终沉降，而不另行考虑地基的瞬时沉降。四、最终沉降量方法讨论第47页/共66页（4）规范法的重要特点在于引入了沉降计算经验系数，以校正计算值对实测值的偏差。（5）对超固结（或似超固结）土的地基沉降计算宜考虑应力历史影响。四、最终沉降量方法讨论第48页/共66页（6）线性变形分层总和法公式和，以弹性半空间的竖向位移解答为基础，考虑了局部刚性荷载下的三维应力状态。四、最终沉降量方法讨论第49页/共66页（7）砂土地基在荷载作用下由土的体积变形和剪切畸变引起的沉降在短时间内几乎同时完成。四、最终沉降量方法讨论（8）确定地基沉降计算深度的意义是：界定对地基沉降有影响的土层范围即压缩层厚度，保证满足沉降计算的精度要求。第50页/共66页4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系一、饱和土的渗透固结第51页/共66页4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系第四章第四章 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算二、太沙基一维固结理论基本假设：1.土层是均质，各向同性和完全饱和的2.土的压缩完全是由于孔隙体积的减少土粒和水是不可压缩的3.水的渗流和土层的压缩仅在竖向发生4.水的渗流遵从达西定律第52页/共66页6.外荷载一次瞬时施加保持不变5.渗透系数k和压缩系数a保持不变4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系二、太沙基一维固结理论基本假设：第53页/共66页根据渗流的连续条件，一维固结微分方程如下：初始条件和边界条件如下：4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系第54页/共66页应用傅立叶级数，可求得满足初始条件和边界条件的解答如下：在某一固结应力作用下，经某一时间t后，土体发生固结或孔隙水应力消散的程度第55页/共66页二、太沙基一维固结理论第56页/共66页某一时间t的沉降量等于矩形(I)和三角形(II)两部分沉降之和(情况4)二、太沙基一维固结理论第57页/共66页某建筑物地基中有一厚为6.1m的正常固结粘性土层，该层上下面均为排水砂层，在建筑物荷载作用下，设该层附加应力为均匀分布，其值为9t/m2，由试验得Cv=1.210-3cm2/sec，试求多少天内建筑物的固结沉降量为最终固结沉降量的一半？解：得：由可得：即 在181.6天内建筑物的固结沉降量为最终沉降量的一半。由第58页/共66页试简述如何用固结理论求解下列两种课题的步骤：（1）已知历时求沉降量；（2）估算达到某沉降量的历时。答:(1)已知历时求沉降量的步骤 a 估计该土层的最终沉降量S；b 计算该土层的竖向固结系数c 计算竖向固结时间因数 d 应用公式 计算固结度,或查 系曲线求 f 应用公式，可求竖向应力于已知历时的沉降量。第59页/共66页(2)估计达到某沉降量的历时a 由公式，可求固结度Uz b 查曲线 或用弹力公式计算 c 计算竖向固结系数 d 由 可求历时。第60页/共66页 如下图所示正常固结粘土地基，其基本物理力学指标为：含水量58%，比重2.71，重度18.5kN/m3，孔隙比1.0440，固结系数1.7510-7m2/s，变形模量6.0103kPa，泊松比0.5，次压缩系数0.005，中心沉降影响系数1.24。今在地基表面有80kPa的4m5m均布矩形荷载。试计算该土层在荷载中心点处20年时的地面沉降；该地基固结沉降有无极限？若有，是多少？若没有，请给出理由。注：假定地基平均固结度为95%时发生次固结。附：（1）土样压缩试验结果：第61页/共66页 (2)均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数；不可压缩层不可压缩层粘土粘土5m80kPa地下水位地下水位第62页/共66页解：故固结沉降20年后总沉降 该地基固结沉降无极限，瞬时沉降和主固结沉降都是有限的，而次固结沉降则是无限的，当第63页/共66页如图所示地基土层厚，压缩模量，渗透系数问：加载一年后地基的固结沉降多大？若土层的厚度、压缩模量、渗透系数均增大一倍；问：与原来相比，该地基的固结沉降有何变化？，地表作用有大面积均布荷载，荷载瞬时施加；解：(1)最终固结沉降量 由得：qHk，Es不排水地基第64页/共66页 又由 得一年时的沉降量：（2）(不变)因故固结沉降不变。第65页/共66页感谢您的观看。第66页/共66页