土力学课件土的压缩性及基础沉降量计算教案.ppt

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1、土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土力学课件土的压缩性及基础沉降量计算 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：1709年年右部：右部：

2、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：沉降沉降2.2米，且左右米，且左右两部分存在明显的两部分存在明显的沉降差。左侧建筑沉降差。左侧建筑物于物于1969年加固年加固土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院工工 程程 实实 例例Kiss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土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土

3、木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院工工 程程 实实 例例基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院新新建建筑筑引引起起原原有有建建筑筑物物开开裂裂土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院工工 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土力学与地基基础土力学

4、与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院工工 程程 实实 例例建建筑筑物物立立面面高高差差过过大大土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院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土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土

5、木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院4.3 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算4.2 应力历史对土体压缩性的影响应力历史对土体压缩性的影响本本 章章 内内 容容4.1 土的压缩试验和压缩曲线（指标）土的压缩试验和压缩曲线（指标）4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系 土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院4.1 4.1 土的压缩试验和压缩曲线土的压缩试验和压缩曲线F4.1.1 4.1.1 基本概念基本概念F4.1.2 4.1.2 室内

6、侧限压缩试验室内侧限压缩试验F4.1.3 4.1.3 变形模量和弹性模量变形模量和弹性模量土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院4.1.1 4.1.1 基本概念基本概念土在压力作用下体积减小的特性称为土的土在压力作用下体积减小的特性称为土的土在压力作用下体积减小的特性称为土的土在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性。压缩性。压缩性。压缩性。在一般工程压力（在一般工程压力（在一般工程压力（在一般工程压力（100-600kPa100-600kPa100-600kPa100-

7、600kPa）作用下，固体矿物颗粒和）作用下，固体矿物颗粒和）作用下，固体矿物颗粒和）作用下，固体矿物颗粒和水的压缩量极其微小，一般不到土体总压缩量的水的压缩量极其微小，一般不到土体总压缩量的水的压缩量极其微小，一般不到土体总压缩量的水的压缩量极其微小，一般不到土体总压缩量的1/4001/4001/4001/400，工程，工程，工程，工程上可以忽略不计；孔隙中气体的压缩变形只有在土体饱和度很上可以忽略不计；孔隙中气体的压缩变形只有在土体饱和度很上可以忽略不计；孔隙中气体的压缩变形只有在土体饱和度很上可以忽略不计；孔隙中气体的压缩变形只有在土体饱和度很高，且土中含有封闭气体时才能发生，且所产生的

8、压缩变形量高，且土中含有封闭气体时才能发生，且所产生的压缩变形量高，且土中含有封闭气体时才能发生，且所产生的压缩变形量高，且土中含有封闭气体时才能发生，且所产生的压缩变形量占土体压缩量的比重很小，一般也可以忽略不计。占土体压缩量的比重很小，一般也可以忽略不计。占土体压缩量的比重很小，一般也可以忽略不计。占土体压缩量的比重很小，一般也可以忽略不计。土被压缩的实质是土被压缩的实质是土被压缩的实质是土被压缩的实质是：土颗粒之间产生相对移动而靠拢，水和：土颗粒之间产生相对移动而靠拢，水和：土颗粒之间产生相对移动而靠拢，水和：土颗粒之间产生相对移动而靠拢，水和气体排出，使土体孔隙减小所致气体排出，使土体

9、孔隙减小所致气体排出，使土体孔隙减小所致气体排出，使土体孔隙减小所致。土体在压力作用下，孔隙中。土体在压力作用下，孔隙中。土体在压力作用下，孔隙中。土体在压力作用下，孔隙中的水和气体的排出需要有一个时间过程，压缩量随时间增长的的水和气体的排出需要有一个时间过程，压缩量随时间增长的的水和气体的排出需要有一个时间过程，压缩量随时间增长的的水和气体的排出需要有一个时间过程，压缩量随时间增长的过程称为过程称为过程称为过程称为土的固结，土的固结，土的固结，土的固结，土体压缩完成称为土体压缩完成称为土体压缩完成称为土体压缩完成称为固结完成固结完成固结完成固结完成。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地

10、基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院压缩性指标测试：压缩性指标测试：压缩性指标测试：压缩性指标测试：三轴应力状态三轴应力状态三轴应力状态三轴应力状态弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量E E E E压缩指数压缩指数压缩指数压缩指数C C C Cc c c c抗剪强度指标抗剪强度指标抗剪强度指标抗剪强度指标c c c c、弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量E E E E抗剪强度指标抗剪强度指标抗剪强度指标抗剪强度指标c c c c、室室室室内内内内试试试试验验验验侧限压缩试验侧限压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验无侧限抗

11、压强无侧限抗压强度试验度试验一维问题一维问题一维问题一维问题压缩系数压缩系数压缩系数压缩系数 压缩模量压缩模量压缩模量压缩模量E E E Es s s s原原原原位位位位试试试试验验验验荷载试验荷载试验旁压试验旁压试验其它原位试验其它原位试验变形模量变形模量变形模量变形模量E E E E0 0 0 0地基承载力地基承载力地基承载力地基承载力azazazaz旁压模量旁压模量旁压模量旁压模量E E E Emmmm不排水抗剪强度等不排水抗剪强度等不排水抗剪强度等不排水抗剪强度等标准贯入试验标准贯入试验标准贯入试验标准贯入试验触探试验触探试验触探试验触探试验土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基

12、基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院4.1.2 4.1.2 室内（侧限）压缩试验室内（侧限）压缩试验1.1.侧限侧限试验原理试验原理土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院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水槽水槽护环护环环刀环刀透水石透水石试样试样加压活塞加压活塞百分表百分表测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形2.2.侧限压缩试验装置侧限压缩试验装置土力学与地基

13、基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院3.3.绘制压缩曲线：绘制压缩曲线：epep曲线曲线elgpelgp曲线曲线土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院4.4.土体压缩性指标土体压缩性指标(1)(1)压缩系数压缩系数 侧限压缩试验的侧限压缩试验的e ep p曲线曲线上任一点处切线的斜率上任一点处切线的斜率反映了反映了土体在该压力土体在该压力p p作用下土体压缩作

14、用下土体压缩性的大小。曲线平缓，其斜率小性的大小。曲线平缓，其斜率小,土的压缩性低；曲线陡，其斜率土的压缩性低；曲线陡，其斜率大，土的压缩性高。大，土的压缩性高。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院 从对土评价的一致性出发，我国从对土评价的一致性出发，我国建筑地基基础设建筑地基基础设计规范计规范中规定，取压力中规定，取压力:p p1 1=100kPa (0.1MPa)=100kPa (0.1MPa)p p2 2=200 kPa(0.2MPa)=200 kPa(0.2MP

15、a)对应的压缩系数对应的压缩系数 1-21-2作为判别土体压缩性的标准：作为判别土体压缩性的标准：1-21-20.1MPa-1 0.1MPa-1 属低压缩性土；属低压缩性土；0.1MPa-10.1MPa-1 1-21-20.5 MPa-1 0.5 MPa-1 属中压缩性土；属中压缩性土；1-21-20.5 MPa-1 0.5 MPa-1 属高压缩性土。属高压缩性土。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院(2)(2)压缩指数压缩指数 C Cc c在在在在elgpelgpel

16、gpelgp曲线上其后部很长一段为直线，曲线上其后部很长一段为直线，曲线上其后部很长一段为直线，曲线上其后部很长一段为直线，此直线段的斜率称为土体的压缩指数此直线段的斜率称为土体的压缩指数此直线段的斜率称为土体的压缩指数此直线段的斜率称为土体的压缩指数C C C Cc c c c：压缩指数越大，土的压缩性也越大，压缩指数越大，土的压缩性也越大，压缩指数越大，土的压缩性也越大，压缩指数越大，土的压缩性也越大，C C C Cc c c c 0.2 0.2 0.2 0.2 为低压缩性土；为低压缩性土；为低压缩性土；为低压缩性土；0.2C0.2C0.2C0.2Cc c c c 0.4 0.4 0.4

17、0.4 为中压缩性土；为中压缩性土；为中压缩性土；为中压缩性土；C C C Cc c c c0.4 0.4 0.4 0.4 为高压缩性土。为高压缩性土。为高压缩性土。为高压缩性土。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土体在侧限条件下，其竖向压力的变化增量与相应竖向应变土体在侧限条件下，其竖向压力的变化增量与相应竖向应变土体在侧限条件下，其竖向压力的变化增量与相应竖向应变土体在侧限条件下，其竖向压力的变化增量与相应竖向应变的比值，称为土的压缩模量的比值，称为土的压缩模量的

18、比值，称为土的压缩模量的比值，称为土的压缩模量E E E Es s s s，即：即：即：即：(3)(3)压缩模量压缩模量 E Es s同样可以用相应于同样可以用相应于同样可以用相应于同样可以用相应于p p p p1 1 1 1=100 kPa=100 kPa=100 kPa=100 kPa、p p p p2 2 2 2=200 kPa=200 kPa=200 kPa=200 kPa范围内的压缩模量范围内的压缩模量范围内的压缩模量范围内的压缩模量EsEsEsEs值评价地基土的压缩性。值评价地基土的压缩性。值评价地基土的压缩性。值评价地基土的压缩性。EsEsEsEs1-21-21-21-24MPa

19、 4MPa 4MPa 4MPa 高压缩性土；高压缩性土；高压缩性土；高压缩性土；4MpaEs4MpaEs4MpaEs4MpaEs1-21-21-21-215MPa 15MPa 15MPa 15MPa 中压缩性土；中压缩性土；中压缩性土；中压缩性土；EsEsEsEs1-21-21-21-215MPa 15MPa 15MPa 15MPa 低压缩性土。低压缩性土。低压缩性土。低压缩性土。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院4.4.土的回弹和再压缩曲线土的回弹和再压缩曲线当土体

20、历史上曾受过的固结压力大于目前所受压力作用时，土体压缩当土体历史上曾受过的固结压力大于目前所受压力作用时，土体压缩当土体历史上曾受过的固结压力大于目前所受压力作用时，土体压缩当土体历史上曾受过的固结压力大于目前所受压力作用时，土体压缩量将大大减小，因而地基的变形也较小。根据这一原理，为了减小高量将大大减小，因而地基的变形也较小。根据这一原理，为了减小高量将大大减小，因而地基的变形也较小。根据这一原理，为了减小高量将大大减小，因而地基的变形也较小。根据这一原理，为了减小高压缩性地基的沉降量，往往在修建筑物前对其进行预压处理。同时要压缩性地基的沉降量，往往在修建筑物前对其进行预压处理。同时要压缩性

21、地基的沉降量，往往在修建筑物前对其进行预压处理。同时要压缩性地基的沉降量，往往在修建筑物前对其进行预压处理。同时要考虑基坑开挖引起的地基土回弹问题。考虑基坑开挖引起的地基土回弹问题。考虑基坑开挖引起的地基土回弹问题。考虑基坑开挖引起的地基土回弹问题。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce elg p(kPa)C Ce e 回弹指数回弹指数 （再压缩指数）（再压缩指数）C Ce e C1OCR1OCR1

22、OCR1C C C C：欠固结土：欠固结土：欠固结土：欠固结土 OCR1OCR1OCR1OCR1A A A A：正常固结土：正常固结土：正常固结土：正常固结土 OCR=1OCR=1OCR=1OCR=1沉积土的应力历史沉积土的应力历史土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院e ep(lg)CDMrmin1 12 23 3P Pc cAB确定确定确定确定先期固结压力先期固结压力先期固结压力先期固结压力-美国学者美国学者美国学者美国学者Casagrande Casagrande

23、Casagrande Casagrande 法：法：法：法：1.1.在在e-lge-lgp p曲线上，找出曲率曲线上，找出曲率最大点最大点MM2.2.作水平线作水平线M-1M-13.3.作作MM点切线点切线M-2M-24.4.作作M-1,M-2 M-1,M-2 的角分线的角分线M-3M-35.M-35.M-3与试验曲线的直线段与试验曲线的直线段交于点交于点B B6.B6.B点对应先期固结压力点对应先期固结压力p pc c土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院4.3 4.3

24、 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算F4.3.1 4.3.1 分层总和法计算地基最终沉降分层总和法计算地基最终沉降F4.3.2 4.3.2 规范法计算地基最终沉降量规范法计算地基最终沉降量F4.3.3 应力历史法(e-lgp曲线法)计算 最终沉降量土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院 为了弥补假定为了弥补假定所引起误差，取所引起误差，取基底中心点下的基底中心点下的附加应力进行计附加应力进行计算，以基底中点算，以基底中点的沉降代表基础的沉降代表基础的平均沉降的平均沉降4

25、.3.1 4.3.1 分层总和法计算地基最终沉降量分层总和法计算地基最终沉降量1.1.基本假设基本假设 地基是均质、各向同性的半无限地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中线性变形体，可按弹性理论计算土中应力。应力。在压力作用下，地基土不产生侧在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标。指标。2.2.单一压缩土层的沉降计算单一压缩土层的沉降计算 在一定均匀厚度土层上施加连续在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧应减小，土层产生压缩变形，

26、没有侧向变形。向变形。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院3.3.3.3.定义：定义：定义：定义：先将地基土分为若干先将地基土分为若干先将地基土分为若干先将地基土分为若干 土层，各土层厚度分别为土层，各土层厚度分别为土层，各土层厚度分别为土层，各土层厚度分别为h h h h1 1 1 1,h,h,h,h2 2 2 2,h,h,h,h3 3 3 3,h,h,h,hn n n n。计算每层土的压缩量计算每层土的压缩量计算每层土的压缩量计算每层土的压缩量s s s s1 1

27、1 1,s,s,s,s2 2 2 2,s,s,s,s3 3 3 3,.,s,.,s,.,s,.,sn n n n。然后累计然后累计然后累计然后累计起来，即为总的地基沉降起来，即为总的地基沉降起来，即为总的地基沉降起来，即为总的地基沉降量量量量s s s s。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院4.4.计算原理计算原理p1p2p3p4e4e3e2e1epP1=自重应力自重应力P P2 2=自重应力自重应力+附加应力附加应力土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土

28、力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院n确定基础沉降计算深度确定基础沉降计算深度 一般一般z=0.2cn确定地基分层确定地基分层1.1.不同土层的分界面与地下水位不同土层的分界面与地下水位面为天然层面面为天然层面2.2.每层厚度每层厚度hi 0.4bn计算各分层沉降量计算各分层沉降量 根据自重应力、附加应力曲线、根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量压缩曲线计算任一分层沉降量 软土软土z=0.1c（若沉降深度若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止）岩表面为止）n计算

29、基础最终沉降量计算基础最终沉降量d地基沉降计算深度地基沉降计算深度c线线z线线5.5.计算步骤计算步骤土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院ZiZ(i-1)Hi6.6.公式解释公式解释（根据根据p1i，p2i在已知的在已知的ep的的曲线中查取曲线中查取e1i和和e2i）：土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院分层总和法具体计算步骤分层总和法具体计算步

30、骤1.1.分层：分层：不同土层的分界面与地下水位面为天然层面；不同土层的分界面与地下水位面为天然层面；每层厚度每层厚度h hi i 0.40.4b b 当基础地面积较大时取当基础地面积较大时取h hi i 0.250.25b b2.2.计算基底压力计算基底压力p p 及基底附加压力及基底附加压力p p0 03.3.计算各分层上、下表面自重应力计算各分层上、下表面自重应力 czcz（自地表算起），根据（自地表算起），根据p p0 0计算附加应力计算附加应力 z z4.4.确定计算深度确定计算深度z zn n 根据步骤根据步骤3 3的计算结果，当某层下表面满足的计算结果，当某层下表面满足 z z0

31、.20.2 czcz，该点深，该点深度为计算深度，若土层为软弱土，要求满足度为计算深度，若土层为软弱土，要求满足 z z0.10.1 czcz。p1ip2ie4e3e2e1epP P1i1i=自重应力自重应力P P2i2i=自重应力自重应力+附加应力附加应力土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院5.5.根据步骤根据步骤4 4的计算深度后，计算在的计算深度后，计算在z zn n范围内每个土层的范围内每个土层的平均自重应力平均自重应力和和平均附加平均附加应力应力6.6.令土层

32、压缩前后受到的荷载令土层压缩前后受到的荷载p p1i1i，p p2i2i分别为：分别为：7.7.根据根据p p1i1i，p p2i2i在已知的在已知的e ep p的曲线中查取的曲线中查取e e1i1i和和e e2i2i8.8.根据公式计算根据公式计算每层沉降量：每层沉降量：9.9.计算总沉降量：计算总沉降量：土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院【例题例题例题例题1 1 1 1】以分层总和法求以分层总和法求以分层总和法求以分层总和法求b=3.6mb=3.6mb=3.6mb

33、=3.6m的条形基础的最终沉降量。的条形基础的最终沉降量。的条形基础的最终沉降量。的条形基础的最终沉降量。【解解解解】（1 1 1 1）地基分层厚）地基分层厚）地基分层厚）地基分层厚度为度为度为度为1m1m1m1m。（2 2 2 2）地基竖向自重应力）地基竖向自重应力）地基竖向自重应力）地基竖向自重应力计算。计算。计算。计算。（3 3 3 3）地基竖向附加应力）地基竖向附加应力）地基竖向附加应力）地基竖向附加应力计算。计算。计算。计算。（4 4 4 4）地基分层自重应力）地基分层自重应力）地基分层自重应力）地基分层自重应力平均值和附加应力平均值平均值和附加应力平均值平均值和附加应力平均值平均值

34、和附加应力平均值计算。计算。计算。计算。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院（5 5 5 5）地基各分层土的孔隙）地基各分层土的孔隙）地基各分层土的孔隙）地基各分层土的孔隙比变化值的确定。按各分层比变化值的确定。按各分层比变化值的确定。按各分层比变化值的确定。按各分层的的的的p p p p1i1i1i1i 及及

35、及及p p p p2i2i2i2i值从土样值从土样值从土样值从土样4-14-14-14-1或或或或土样土样土样土样4-24-24-24-2的压缩曲线查取孔的压缩曲线查取孔的压缩曲线查取孔的压缩曲线查取孔隙比隙比隙比隙比e e e e1i1i1i1i、e e e e2i2i2i2i 。（6 6 6 6）地基沉降计算深度的）地基沉降计算深度的）地基沉降计算深度的）地基沉降计算深度的确定。一般按确定。一般按确定。一般按确定。一般按 z z z z=0.2=0.2=0.2=0.2 c c c c 的要求来确定沉降计算深度的要求来确定沉降计算深度的要求来确定沉降计算深度的要求来确定沉降计算深度的下限，的

36、下限，的下限，的下限，8m8m8m8m处满足要求。处满足要求。处满足要求。处满足要求。（7 7 7 7）地基各分层量计算。）地基各分层量计算。）地基各分层量计算。）地基各分层量计算。（8 8 8 8）计算最终沉降量。）计算最终沉降量。）计算最终沉降量。）计算最终沉降量。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院【例题例题例题例题2 2 2 2】某建筑物地基的应力分布及土的压缩曲线如图某建筑物地基的应力分布及土的压缩曲线如图某建筑物地基的应力分布及土的压缩曲线如图某建筑物地基的

37、应力分布及土的压缩曲线如图,计计计计算第二层土的变形量。算第二层土的变形量。算第二层土的变形量。算第二层土的变形量。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院（2 2）计算第二层土的附加应力平均值：计算第二层土的附加应力平均值：（3 3）自重应力与附加应力平均值之和：自重应力与附加应力平均值之和：【解解解解】（1 1）计算第二层土的自重应力平均值：）计算第二层土的自重应力平均值：土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学

38、土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院（5 5）计算第二层的变形量：）计算第二层的变形量：（4 4）查压缩曲线求）查压缩曲线求e e1 12 2 、e e2 22 2土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院4.3.2 4.3.2 规范法计算地基沉降量规范法计算地基沉降量 由于地基土的不均匀性，所取土样的代表性与实际情况难免存在诸多问由于地基土的不均匀性，所取土样的代表性与实际情况难免存在诸多问题，再加之分层总和法的几点假定与实际情况不完全符合，使得

39、理论计算题，再加之分层总和法的几点假定与实际情况不完全符合，使得理论计算值与建筑物沉降实际观测量出现差异，根据统计发现计算的沉降量对于值与建筑物沉降实际观测量出现差异，根据统计发现计算的沉降量对于软软弱地基数值偏小弱地基数值偏小，最多可差，最多可差40%40%；而对于；而对于坚实地基，计算量远大于实测沉坚实地基，计算量远大于实测沉降量降量，最多甚至大，最多甚至大5 5倍。且分层总和法需要将土体分为若干层，计算工作量倍。且分层总和法需要将土体分为若干层，计算工作量繁杂。根据上述情况，我国繁杂。根据上述情况，我国建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)(GB50007-

40、2002)推荐了地基最终沉降量计算公式，常简称推荐了地基最终沉降量计算公式，常简称“规范法规范法”其原理其原理是利用附加应力分布图形的面积计算土层变形量，因此也称为是利用附加应力分布图形的面积计算土层变形量，因此也称为“应力面积法应力面积法”。该法是在总结大量实践经验的基础上，对分层总和法地基。该法是在总结大量实践经验的基础上，对分层总和法地基沉降量计算结果做出必要修正，使计算值更符合实际。沉降量计算结果做出必要修正，使计算值更符合实际。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程

41、学院1.1.计算原理计算原理 在基底以下深度在基底以下深度在基底以下深度在基底以下深度z z z z处取一微薄土层处取一微薄土层处取一微薄土层处取一微薄土层d d d dz z z z，在附加应力的作用下产生的变，在附加应力的作用下产生的变，在附加应力的作用下产生的变，在附加应力的作用下产生的变形量为形量为形量为形量为d d d ds s s s，因此其应变为：，因此其应变为：，因此其应变为：，因此其应变为：=d=d=d=ds s s s/d/d/d/dz z z z，dsds =dz dz其中：其中：其中：其中：为计算土层附加应力分布图形的面积为计算土层附加应力分布图形的面积为计算土层附加应

42、力分布图形的面积为计算土层附加应力分布图形的面积A A A Ai i i i，根据附加，根据附加，根据附加，根据附加应力的计算原理应力的计算原理应力的计算原理应力的计算原理 z z z z=p p p p0 0 0 0,则：则：则：则：土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院z zi i-1-1zizzi-135 6412b12563412a a a ai ip p0 0a a a ai i-1-1p p0 0p p0 0p p0 0第第n层层第第i层层z zi iA Ai

43、 iA Ai i-1-1沉降计算深度沉降计算深度zn如右图，第如右图，第如右图，第如右图，第i i i i层沉降量为层沉降量为层沉降量为层沉降量为土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院s sn n计算深度向上取厚度为计算深度向上取厚度为z z的土层变形量计算值，的土层变形量计算值，z z见由表见由表2-132-13确定；确定；s si i在计算深度范围内，第在计算深度范围内，第i i层土的计算变形值。层土的计算变形值。当当当当无无无无相邻荷载影响，基础相邻荷载影响，基础相

44、邻荷载影响，基础相邻荷载影响，基础宽度宽度宽度宽度在在在在1 1 1 130303030m m m m范围内，基础中点的地基沉降计算范围内，基础中点的地基沉降计算范围内，基础中点的地基沉降计算范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算深度可以按简化公式计算深度可以按简化公式计算深度可以按简化公式计算2.2.确定计算深度确定计算深度z zn n 当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式。中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式。规范规定：规范规定：经验公式（最常用）：

45、经验公式（最常用）：对于地基中较坚硬的粘土层，其孔隙比小于对于地基中较坚硬的粘土层，其孔隙比小于0.50.5、压缩模量大于、压缩模量大于50MPa50MPa，压，压缩模量大于缩模量大于80Mpa80Mpa的密实砂卵石层或基岩可以不计算变形量。的密实砂卵石层或基岩可以不计算变形量。b b（m m）b2b22 2b4b44 4b8b88 8b bzz（m m）0.30.30.60.60.80.81.01.0土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院3.3.最终沉降量修正最终沉降量

46、修正因为有一定的假定的条件，总结大量计算经验，规范中引入了修正系数因为有一定的假定的条件，总结大量计算经验，规范中引入了修正系数s s，与与计算深度内压缩模量当量值有关计算深度内压缩模量当量值有关:查教材查教材查教材查教材P79P79P79P79表表表表2-142-142-142-14得得得得s s4.4.最终沉降量最终沉降量土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院例题：例题：如图某建筑物的柱基础，基底为正方形，边长为如图某建筑物的柱基础，基底为正方形，边长为4.0m4.0

47、m，基础埋置深度为，基础埋置深度为d=1.0md=1.0m，上部结构传至基础顶面的荷载，上部结构传至基础顶面的荷载P=1440kNP=1440kN，地基为粉质粘土，其天然，地基为粉质粘土，其天然重度重度=16.0kN/m=16.0kN/m3 3，土的天然孔隙比，土的天然孔隙比e=0.97e=0.97，地下水位埋深，地下水位埋深3.4m3.4m，地下水位以，地下水位以下土体的饱和重度下土体的饱和重度 satsat=18.2kN/m=18.2kN/m3 3。土层压缩模量为：地下水位以上。土层压缩模量为：地下水位以上E Es1s1=5.5MPa=5.5MPa，地下水位以下，地下水位以下E Es2s2

48、=6.5MPa=6.5MPa，地基土的承载力特征值，地基土的承载力特征值f fakak=94kPa=94kPa，试用试用规范规范法计算柱基中点的沉降量。法计算柱基中点的沉降量。解解:计算确定地基压缩层深度计算确定地基压缩层深度ZnZ Zn n=b=b（2.5-0.4lnb2.5-0.4lnb）=4.0 =4.0（2.5-0.4ln42.5-0.4ln4）=7.8=7.8（m m）计算基底附加压力计算基底附加压力平均附加应力系数的计算平均附加应力系数的计算 根据根据l/b=1和和 z/b查查P77，表，表2-12计算平均附加应力系数，具体数值见下表，计算平均附加应力系数，具体数值见下表，（注意：

49、（注意：z的起始点为基础底面的起始点为基础底面）土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院土木建筑工程学院0.4520.214*4=0.8560.25*4=13.91.20.0z/bia沉降计算经验修正系数的确定沉降计算经验修正系数的确定计算柱基中点的沉降量计算柱基中点的沉降量 z z1 1=2400mm=2400mm，z z2 2=7800mm=7800mm 土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础开封大学开封大学开封大学开封大学 土木建筑工程学院土木建筑工程学院土

50、木建筑工程学院土木建筑工程学院例题：如图所示的基础例题：如图所示的基础底面尺寸底面尺寸4.8m3.2m4.8m3.2m，埋深，埋深1.5m1.5m，传至基础，传至基础顶面的中心荷载顶面的中心荷载Fk=1800kNFk=1800kN，地基土，地基土层分层及各层土的压缩层分层及各层土的压缩模量（相应于自重应力模量（相应于自重应力至自重应力加附加应力至自重应力加附加应力段）如图，用规范法计段）如图，用规范法计算基础中点的最终沉降算基础中点的最终沉降量。量。Z=2.4D=1.5填土r=18kN/m3粘土粘土淤泥质粘土淤泥质粘土Z=3.2Z=1.8Z=0.6粉土粉土粉土粉土土力学与地基基础土力学与地基基