《压缩与基础沉降》PPT课件.ppt

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1、土的压缩性土的压缩性及沉降计算及沉降计算土的压缩变形问题土的压缩变形问题土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算试验方法试验方法压缩性指标压缩性指标沉降的大小沉降的大小F土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法F一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标F地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算（墨西哥城）（墨西哥城）地基的沉降及不均匀沉降地基的沉降及不均匀沉降概述概述 19861986年：开工年：开工19901990年：人工岛完成年：人工岛完成19941994年：机场运营年：机场运营面积：面积：4370m1250m4370m1250m填筑量：填筑量：18010180106 6m m3 3平均厚

2、度：平均厚度：33m33m地基：地基：15-21m15-21m厚粘土厚粘土问题：沉降大问题：沉降大 且不均匀且不均匀日本关西国际机场日本关西国际机场世界最大人工岛世界最大人工岛概述概述 概述概述 墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：1709年年右部：右部：1622年年地基：地基：20多米厚粘土多米厚粘土工工 程程 实实 例例问题：问题：沉降米，且左右两沉降米，且左右两部分存在明显的沉部分存在明显的沉降差。左侧建筑物降差。左侧建筑物于于1969年加固年加固概述概述 工工 程程 实实 例例由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触概述概述 工工 程程 实实

3、 例例基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝概述概述 新新建建筑筑引引起起原原有有建建筑筑物物开开裂裂概述概述 工工 程程 实实 例例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除概述概述 工工 程程 实实 例例建建筑筑物物立立面面高高差差过过大大47m3915019419917587沉降曲线沉降曲线(mm)工工 程程 实实 例例建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1概述概述 土的压缩性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成压缩量的组成n固体颗粒的压缩固体颗粒的压缩n土中水及封闭气体被压缩土中水及

4、封闭气体被压缩n空气的排出空气的排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/400不到，忽略不计不到，忽略不计压缩量主要组成压缩量主要组成部分部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土无粘性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差透水性差，水不易排出水不易排出压缩稳定需要很长一压缩稳定需要很长一段时间段时间概述概述 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法土的变形特性测定方法土的变形特性测定方法现场试验现场试验荷载试验荷载试验旁压试验旁压试验三轴应力状态三轴应力状态侧限压缩试验

5、侧限压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验其他特殊试验其他特殊试验室内试验室内试验一维问题一维问题土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法F 固结容器：固结容器：环刀环刀、护环护环、导环导环、透水透水石石、加压上盖加压上盖和量表架等和量表架等F 加压设备：加压设备：杠杆比例杠杆比例1:101:10F 变形测量设备变形测量设备侧限压缩（固结）仪侧限压缩（固结）仪支架支架加加压压设设备备固结容器固结容器变形测量变形测量土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法施加荷载，静置至施加荷载，静置至变形稳定变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器n

6、侧限压缩试验P1s1e1e0pte stn 测定：测定：轴向压缩应力轴向压缩应力 轴向压缩变形轴向压缩变形P2s2e2P3s3e3一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标侧限压缩试验侧限压缩试验百分表百分表试样试样环刀环刀P1S1e1e0pte stP2S2e2P3S3e3n 已知：已知：试样初始高度试样初始高度H H0 0 试样初始孔隙比试样初始孔隙比e e0 0n 试验结果：试验结果：每级压力每级压力p p作用下，作用下，试样的压缩变形试样的压缩变形S S一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标1e0e孔隙孔隙固体固体颗粒颗粒H0Se侧限压缩试验侧限压缩试验由三相草图：由三相草图：可得到可得到e-

7、p关系关系e0eppee-p曲线曲线压缩性指标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根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标nan2.2.压缩模量压缩模量Es n3.3.变形模量变形模量E0曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性曲线压缩性曲线B压缩性压缩性压缩系数压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应应力增量的比值力增量的比值p1p2e1e2M1

8、M2e0epe-p曲线曲线pe利用单位压力增量所引起利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压得孔隙比改变表征土的压缩性高低缩性高低在压缩曲线中，实际采在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压用割线斜率表示土的压缩性缩性一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标F不同土的压缩系数不同，不同土的压缩系数不同，a越大，土越大，土的压缩性越大的压缩性越大F同种土的压缩系数同种土的压缩系数a不是常数，与应不是常数，与应力力p有关有关n压缩系数压缩系数KPa-1，MPa-1规范用规范用p1100kPa、p2200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性评价土的压缩性n a1-2-1 低压缩性

9、土低压缩性土n-1a1-2-1 中压缩性土中压缩性土n a1-2-1 高压缩性土高压缩性土一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce ep(kPa，lg)e-lgp曲线曲线n 特点特点：在压力较大部分，在压力较大部分，接近接近直线段直线段n 指标：指标：反映了土的应力历史反映了土的应力历史 压缩指数压缩指数一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标初始初始加载加载卸载卸载再加载再加载一次一次加载加载侧限压缩试验侧限压缩试验n 卸载和再加载曲线卸载和再加载曲线 pF在试验曲线的卸载和再加在试验曲线的卸载和再加载段，土样的变形特性同载段，

10、土样的变形特性同初始加载段明显不同，前初始加载段明显不同，前者的刚度较大者的刚度较大F在再加载段，当应力超过在再加载段，当应力超过卸载时的应力卸载时的应力 p时，曲线时，曲线逐渐接近一次加载曲线逐渐接近一次加载曲线F卸载和再加载曲线形成滞卸载和再加载曲线形成滞回圈回圈一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标侧限压缩试验侧限压缩试验n 应力历史及影响应力历史及影响n土体在历史上所承受过的土体在历史上所承受过的应力情况（包括最大应力应力情况（包括最大应力等）称为等）称为应力历史应力历史初始初始加载加载卸载卸载再加载再加载 p应力历史的影响应力历史的影响非常显著非常显著F土样在土样在A和和B点所处的应力

11、点所处的应力状态完全相同，但其变形状态完全相同，但其变形特性差别很大特性差别很大AB 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标先期固结压力先期固结压力n 先期固结压力：先期固结压力：土层历史上所经受到的最大压力土层历史上所经受到的最大压力 p p p=s：正常固结土正常固结土 p s：超固结土超固结土 p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR1：欠固结欠固结n 超固结比：超固结比：如土层当前如土层当前承受的自重承受的自重压力为压力为 sF 相同相同 s 时，一般时，一般OCROCR越大，土越密实，压缩性越小越大，土越密实，压缩性越小地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算tSn粘性土地基的沉降量粘

12、性土地基的沉降量S由机由机理不同的三部分沉降组成：理不同的三部分沉降组成：F初始瞬时沉降初始瞬时沉降 Sd：在不排在不排水条件下，由剪应变引起水条件下，由剪应变引起侧向变形导致侧向变形导致F主固结沉降主固结沉降 Sc：由超静孔由超静孔压消散导致的沉降，通常压消散导致的沉降，通常是地基变形的主要部分是地基变形的主要部分F次固结沉降次固结沉降 Ss：由于土骨由于土骨架的蠕变特性引起的变形架的蠕变特性引起的变形粘性地基的沉降类型粘性地基的沉降类型S Sd d：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：主固结沉降总变形：总变形：地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计

13、算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 最终沉降量最终沉降量S：t t时地基最终沉降稳定以后的时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。最大沉降量，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z=pp以一维侧限应力状态土的压缩特性为以一维侧限应力状态土的压缩特性为基础的基础的分层总和法分层总和法n 计算方法计算方法：地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算HH/2H/2,e,e1 1单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题n 计算简图计算简图pz=p压缩前压缩前压缩后压缩后（a a）e-pe-p曲线曲线（b b）e-lgpe-lgp曲线曲线地基的最终沉降量计算地基的最终

14、沉降量计算n 计算公式：计算公式：e-pe-p曲线曲线单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题e ee e1 1e e2 2p p1 1p p2 2p pp自重应自重应力状态力状态附加应附加应力状态力状态地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算pH,e,e1 1e epH/2H/2z=pn 计算步骤：计算步骤：单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题 确定确定：查定查定：算定算定：以公式以公式 为例为例e e1 1e e2 2p pp p1 1p p2 2地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算理论上不够完备，缺乏统一理论理论上不够完备，缺乏统一理论,是一个半经验性方法是一个半经验性方法F假设

15、基底压力为线性分布假设基底压力为线性分布 F附加应力用弹性理论计算附加应力用弹性理论计算F侧限应力状态侧限应力状态,只发生单向沉降只发生单向沉降F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F将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和各层沉降量之和：n 基本假定和基本原理：基本假定和基本原理：地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算d地面地面基底基底n 施工步骤施工步骤地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法F基坑开挖：基础土层卸基坑开挖：基础

16、土层卸载，基础底面回弹载，基础底面回弹F基础施工：基础土层重基础施工：基础土层重加载，基础底面再压缩加载，基础底面再压缩F基坑回填：基础土层重基坑回填：基础土层重加载，基础地面再压缩加载，基础地面再压缩F建筑物施工：基础土层建筑物施工：基础土层压缩沉降压缩沉降地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 计算步骤计算步骤地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法d地面地面基底基底计算深度计算深度 pp0 d z sza)原地基的自重应力分布原地基的自重应力分布 szb)基底附加压力基底附加压力p0c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z分布分布d)确定计算深度确定计算深度zne)地基分

17、层地基分层Hif)计算每层沉降量计算每层沉降量Sig)各层沉降量叠加各层沉降量叠加 Si sz从地面算起；从地面算起；z从基底算起，由基底从基底算起，由基底附加应力附加应力p0=p-d引起引起地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 计算步骤计算步骤地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法 .d)确定计算深度确定计算深度zne)地基分层地基分层Hif)计算每层沉降量计算每层沉降量Sig)各层沉降量叠加各层沉降量叠加 Si经验法：经验法：一般土层：一般土层：zsz 软土层：软土层：zsz规范法：规范法：经验公式：经验公式：Zn=B(2.5-0.4lnB)计算到压缩性较大土层底面计算到压

18、缩性较大土层底面d地面地面基底基底计算深度计算深度 pp0 d z sz z地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 计算步骤计算步骤地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法a)原地基的自重应力分布原地基的自重应力分布 szb)基底附加压力基底附加压力p0c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z分布分布d)确定计算深度确定计算深度zne)地基分层地基分层Hif)计算每层沉降量计算每层沉降量Sig)各层沉降量叠加各层沉降量叠加 Si不同土层界面不同土层界面地下水位线地下水位线每层厚度不宜每层厚度不宜 或或4m z 变化明显的土层，适变化明显的土层，适当取小当取小Hid地面地面基底基

19、底计算深度计算深度 pp0 d z szszizi地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 准备资料准备资料 应力分布应力分布 沉降计算沉降计算建筑基础（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 结果修正结果修正分层总和法分层总和法要点小结要点小结地基的最终沉

20、降量计算地基的最终沉降量计算C 可计算成层地基可计算成层地基C 可计算不同形状基础可计算不同形状基础 -条性、矩形和园形等条性、矩形和园形等C 可计算不同基底压力分布可计算不同基底压力分布 -均匀、三角和梯形分布均匀、三角和梯形分布C 参数的试验测定方法简单参数的试验测定方法简单C 已经积累了几十年应用的经验，适当修正。已经积累了几十年应用的经验，适当修正。F 基本假定基本假定：F 优优 点：点：（a a）基底压力为线性分布）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单向分层总和法的评价单向分层总和法的评价