土的压缩性和地基沉降2.ppt

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1、有效应力原理有效应力原理n1 1、饱和土体的任一平面上任一时刻受到的总应力等、饱和土体的任一平面上任一时刻受到的总应力等于有效应力和孔隙水压力之和于有效应力和孔隙水压力之和n2 2、土的强度的变化和变形只取决于有效应力的变化、土的强度的变化和变形只取决于有效应力的变化土体中由孔隙水土体中由孔隙水所传递的压力所传递的压力土骨架所传递的压力，土骨架所传递的压力，颗粒间接触应力颗粒间接触应力宁夏地下水超采形成地面沉降宁夏某地由于地下水长期超量开采，已形成7个深层地下水位降落漏斗，成为全国地下水位降落漏斗面积和地面沉降面积较大的地区。江河湖海水位的涨落对底部土体固体骨架的应力状态有无影响？思考：思考：

2、Why?水水土土试想：海面水深的变化会引起海底A、B两处土骨架发生变形吗？1mu=0.01MPa104mu=100MPaABh1h2hAAn结论：有效应力和地面以上水深无关，即地面以上水深的有效应力和地面以上水深无关，即地面以上水深的变化只引起土体中总应力的变化，而有效应力不变，因此变化只引起土体中总应力的变化，而有效应力不变，因此土骨架不发生变形土骨架不发生变形分析分析A点受力：点受力：第四章第四章土的压缩性和地基沉降计算土的压缩性和地基沉降计算4.1 土的压缩性4.2 地基最终沉降量4.3 饱和土渗流固结理论4.4 建筑物沉降观测与地基容许变形地基沉降变形及其工程问题地基沉降变形及其工程问

3、题土的变形特性的工程应用 地基最终沉降量计算 沉降量与时间的关系建筑物地基沉降变形特征沉降量倾斜沉降差局部倾斜4.1 土的压缩性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土中水的压缩土中水的压缩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，不到，忽略不计忽略不计压缩量主要组成部分压缩量主要组成部分说明：说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果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

4、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段时间压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程F 固结容器：固结容器：环刀、护环、导环、透水石、环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等加压上盖和量表架等F 加压设备：加压设备：杠杆比例杠杆比例1:10F 变形测量设备：变形测量设备：百分表百分表侧限压缩侧限压缩(固结固结)仪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试验装置试验装置一、压缩试验一、压缩试验研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称研究土的压缩性

5、大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验固结试验试样试样水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石传压板传压板百分表百分表 施加荷载，静置施加荷载，静置 至变形稳定至变形稳定 逐级加大荷载逐级加大荷载测定：测定：轴向应力轴向应力 轴向变形轴向变形试验过程试验过程 试验装置试验装置注意：注意：土样在竖直压力作土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形缩，不产生侧向变形研究侧限压缩条件下有效应力与压缩应变之间关系的室内试验方法试验设备：侧限压缩仪（固结仪）侧限压缩试验应力状态 sh K0 sz；s3 sh；s1sz试验方法：

6、逐级加荷，测定应力、变形现象观察：每级荷载作用下压缩变形达到稳定需 要经历一定时间解释：水和气排出需要时间；变形是排气排水，孔隙减小的结果教学试验教学试验2.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)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土样在压缩前后变土样在压缩前后变形量为形量为s，整个过整个过程中土粒体积和底程中土粒体积和底面积不变面积不变土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变整理整理其中其中根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制绘制e-p曲线，曲线，为为压缩

7、曲线压缩曲线pe0eppee-p曲线曲线曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性压缩性曲线曲线B压缩性压缩性二、压缩性指标二、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，土的压缩性愈高增量作用下，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n1.1.压缩系数压缩系数an2.2.压缩指数压缩指数C CC Cn3.3.压缩模量压缩模量Es n4.4.变形模量变形模量E01.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

8、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p1p2e1e2M1M2e0epe-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，实际采用在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性割线斜率表示土的压缩性ep0p1p2e1e2-e=-(e2-e1)=e1-e2 p a反映了曲线的陡缓反映了曲线的陡缓压缩性大小压缩性大小 a的的大小与应力水平有关大小与应力水平有关 在在压压力力变变化化不不大大的的条条件件下下，孔孔隙隙比比的的变变化与压力的变化成正比化与压力的变化成正比特点特点1、不同土的压缩系数不、

9、不同土的压缩系数不同，同，a越大，土的压缩性越大，土的压缩性越大越大2、同种土的压缩系数、同种土的压缩系数a不不是常数，与应力是常数，与应力p有关有关3、比较不同土的压缩性，、比较不同土的压缩性，应取一标准压力范围应取一标准压力范围规范规范用用p1100kPa、p2200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2评价评价土的压缩性土的压缩性n a1-20.1MPa-1低压缩性土低压缩性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中压缩性土中压缩性土n a1-20.5MPa-1高压缩性土高压缩性土p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线曲线pe2.压缩指数压缩指数Cc土体在侧限条件下孔隙比减少

10、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nCc0.2 低压缩性土低压缩性土n 0.2 Cc0.4 中压缩性土中压缩性土n Cc0.4 高压缩性土高压缩性土3.压缩模量压缩模量Es土在土在侧限侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量侧限模量说明：说明：土的压缩模量土的压缩模量Es与土的的压缩系数与土的的压缩系数a成反比，成反比，Es愈大，愈大，a愈小，土的压缩性愈低愈小，土的压缩性愈低说明：说明：现场原位试验荷载试验、旁压试现场原位试验荷载试验、旁压试验测定验测定弹性理论计算中需应用弹性理论计算中需应用E0

11、可用现场试验测得的可用现场试验测得的E0计算计算Esn4.变形模量变形模量E0变形模量与压缩模量之间关系变形模量与压缩模量之间关系土的泊松比，土的泊松比，一般一般00.5之间之间土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量称为侧限模量四、土的载荷试验四、土的载荷试验4.2 地基最终沉降量计算一、分层总和法一、分层总和法二、二、建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范方法方法三、弹性力学方法三、弹性力学方法地基最终沉降量：地基最终沉降量：地基变形稳定后基础底面的沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量一、分层总和法一、分层总和法1.1.

12、基本假设基本假设n地地基基是是均均质质、各各向向同同性性的的半半无无限限线线性性变变形形体体，可可按按弹弹性理论性理论计算土中应力计算土中应力n在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限侧限条件条件下的压缩性指标下的压缩性指标 n为了弥补假定所引起误差，取为了弥补假定所引起误差，取基底中心点基底中心点下的附加应下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降n地基变形是由基础底面以下地基变形是由基础底面以下一定深度范围一定深度范围（压缩层）（压缩层）内土层的竖向变形引起内土层的竖向变形引起 一、

13、分层总和法一、分层总和法2.2.单一压缩土层的沉降计算单一压缩土层的沉降计算n在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。向变形。p可压缩土层可压缩土层H2H1s土层竖向应力由土层竖向应力由p1增加到增加到p2，引引起孔隙比从起孔隙比从e1减小到减小到e2，竖向应竖向应力增量为力增量为p3.3.单向压缩分层总和法单向压缩分层总和法n分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量s si i,基础的平

14、均沉降量基础的平均沉降量s s等于等于s si i的总和的总和e1i由第由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比的相应孔隙比 e2i由第由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比土的压缩曲线上得到的相应孔隙比4.4.单向压缩分层总和法计算步骤单向压缩分层总和法计算步骤n1.1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线力分布曲线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度n3.3.确定沉降计算深度范围内的分层界面确定沉降计算深度范

15、围内的分层界面n4.4.计算各分层沉降量计算各分层沉降量n5.5.计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量n1.1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线分布曲线dcz线线zz线线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度d地基沉降计算深度地基沉降计算深度cz线线z线线一般土层：一般土层：z=0.2cz软粘土层：软粘土层：z=0.1z=0.1 czcz一般房屋基础：一般房屋基础：Zn=B(2.5-0.4lnB)Zn=B(2.5-0.4lnB)，B(mB(m)基岩或不可压缩土层基岩或不可压缩土层有相邻荷载作用需试算计算深度有相邻荷载作用需试算

16、计算深度n3.3.确定地基分层确定地基分层不同土层界面不同土层界面地下水位线地下水位线 z变化明显的土层，适当取小变化明显的土层，适当取小每层厚度每层厚度hi 0.4bn4.4.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 n5.5.计算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线线二、二、规范规范法法n由由建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范（GB500072002）提出提出n分层总和法的另一种形式分层总和法的另一种形式n沿用分层总和法的假设；沿用分层总

17、和法的假设；假设同一土层均质，侧限压缩模量不变；假设同一土层均质，侧限压缩模量不变；引入平均附加应力系数的概念；引入平均附加应力系数的概念；规定了沉降计算深度标准和经验修正系数。规定了沉降计算深度标准和经验修正系数。均质地基土，在侧限条件下，压缩模量均质地基土，在侧限条件下，压缩模量Es不不随深度而变，从基底至深度随深度而变，从基底至深度z的压缩量为的压缩量为深度深度z范围内的范围内的附加应力面积附加应力面积二、二、规范规范法法dcz线线zz线线附加应力面积附加应力面积附加应力通附加应力通式式z=a p0代入代入引入平均附引入平均附加应力系数加应力系数1234p0ziAiaip0zi-1地基沉

18、降计算深度地基沉降计算深度znzizzi-153 4612b12345612p0p0第第n层层第第i层层ziAiAi-1地基沉降计算深度地基沉降计算深度zn应该满足的条件应该满足的条件表4.6aip0ai-1p0 当确定沉降计算深度下有当确定沉降计算深度下有软弱土层软弱土层时，尚应向下继续计时，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，若计算深度范围内存在式，若计算深度范围内存在基岩基岩，zn可取至基岩表面为止可取至基岩表面为止 当无相邻荷载影响，基础宽度在当无相邻荷载影响，基础宽度在130m范围内，基础中范围内，基础

19、中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算地基沉降计算深度地基沉降计算深度zn应该满足的条件应该满足的条件zi、zi-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面的层土底面的距离距离(m)a ai、a ai-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面层土底面范围内平均附加应力系数范围内平均附加应力系数 为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经沉降计算经验系数验系数ys，可以查有关系数表得到可以查有关系数表得到-表表4.5三、地基沉降计算中的有关问题三、地基沉降计算中的有关问题n1.1.分

20、层总和法在计算中假定不符合实际情况分层总和法在计算中假定不符合实际情况假定地基无侧向变形假定地基无侧向变形 计算结果偏小计算结果偏小计算采用基础中心点下土的附加应力和沉降计算采用基础中心点下土的附加应力和沉降 计算结果偏大计算结果偏大两者在一定程度上相互抵消误差，但精确误差难以估计两者在一定程度上相互抵消误差，但精确误差难以估计n2.2.分分层层总总和和法法中中附附加加应应力力计计算算应应考考虑虑土土体体在在自自重重作作用用下下的的固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量n3.3.相相邻邻荷荷载载对对沉沉降降量量有有较较大大的的影影响

21、响，在在附附加加应应力力计计算算中中应应考虑相邻荷载的作用考虑相邻荷载的作用 四、弹性力学方法四、弹性力学方法沉降影沉降影响系数响系数五、例题分析五、例题分析n【例】某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为为4m4m，埋深埋深d1.0m，地基为粉质粘土，地下水位距地基为粉质粘土，地下水位距天然地面天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面上部荷重传至基础顶面F1440kN,土的土的天然重度天然重度 16.0kN/m,饱和重度饱和重度 sat17.2kN/m，有关有关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算基计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范

22、法计算基础最终沉降（已知础最终沉降（已知fak=94kPa）3.4md=1mb=4mF=1440kN50 1002003000.900.920.940.96e【解答解答】nA.A.分层总和法计算分层总和法计算1.1.计算分层厚度计算分层厚度每层厚度每层厚度hi 0.4b=1.6m，地下水地下水位以上分两层，各位以上分两层，各1.2m，地下水地下水位以下按位以下按1.6m分层分层2.2.计算地基土的自重应力计算地基土的自重应力自重应力从天然地面起算，自重应力从天然地面起算，z的取值从基底面起算的取值从基底面起算z(m)cz(kPa)01.22.44.05.67.21635.2 54.4 65.9

23、 77.4 89.03.3.计算基底压力计算基底压力4.4.计算基底附加压力计算基底附加压力3.4md=1mF=1440kNb=4m自重应力曲线自重应力曲线附加应力曲线附加应力曲线5.5.计算基础中点下地基中附加应力计算基础中点下地基中附加应力z(m)z/bz z(kPa)czcz(kPa)z /czzn(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.60.25000.22290.15160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.2用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分

24、，计算边长用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长l=b=2m，z=4Kcp0,Kc由表确定由表确定1635.254.465.977.489.094.083.857.031.618.912.35.5.计算基础中点下地基中附加应力计算基础中点下地基中附加应力6.6.确定沉降计算深度确定沉降计算深度znzn根据根据z=0.2c的确定原则，由计算结果，取的确定原则，由计算结果，取zn=7.2m7.7.最终沉降计算最终沉降计算根据根据e-曲线曲线，计算各层的沉降量，计算各层的沉降量z(m)z/bz z(kPa)czcz(kPa)z /czzn(m)01.22.44.05.67.200.61.2

25、2.02.83.60.25000.22290.15160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.2用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长l=b=2m，z=4Kcp0,Kc由表确定由表确定z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.0cz(kPa)h(mm)12001600160016001600cz(kPa)25.644.860.271

26、.783.2z(kPa)88.970.444.325.315.6z+cz(kPa)114.5115.2104.597.098.8e10.9700.9600.9540.9480.944e20.9370.9360.9400.9420.940e1i-e2i1+e1i0.01680.01220.00720.00310.0021si(mm)20.214.611.55.03.4按分层总和法求得基础最终沉降量为按分层总和法求得基础最终沉降量为s=si=54.7mm3.4mF=1440kN50 1002003000.900.920.940.96e1635.254.465.977.489.094.083.857

27、.031.618.912.3nB.B.规范规范法计算法计算1.1.cz 、z分布及分布及p0计算值见分层总和法计算过程计算值见分层总和法计算过程2.2.确定沉降计算深度确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3.3.确定各层确定各层Esi4.4.根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数3.4md=1mF=1440kN5.5.列表计算各层沉降量列表计算各层沉降量siz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.6152925771615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94058.87.8

28、l/bz/b3.9aaz(m)0.25000.24230.21490.17460.14330.12050.113600.29080.51580.69840.80250.86760.8861aizi-ai-1zi-1(m)0.29080.22500.18260.10410.06510.0185Esi(kPa)7448s(mm)24.814.711.24.83.30.9s(mm)59.7根据计算表所示根据计算表所示z=0.6m,sn=0.9mm 0.025 si=1.49mm满足规范要求满足规范要求 6.6.沉降修正系数沉降修正系数j s 根据根据Es=6.0MPa，p0 fak，查表得到，查表得

29、到ys=1.17.7.基础最终沉降量基础最终沉降量 s=ys s=61.2mmnC.C.规范规范法计算法计算1.1.cz 、z分布及分布及p0计算值见分层总和法计算过程计算值见分层总和法计算过程2.2.确定沉降计算深度确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3.3.确定各层确定各层Esi4.4.根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数3.4md=1mF=1440kN5.5.列表计算各层沉降量列表计算各层沉降量siz(m)02.47.27.801.23.63.93.61529257715771742958.8l/bz/b3.9aaz(m)0.2

30、5000.21490.12050.11360.12050.113600.51580.86760.8861aizi-ai-1zi-1(m)0.51580.35180.01850.06510.0185Esi(kPa)7448(mm)36.6522.921.2053.30.9s(mm)59.760.7859.573.4md=1mF=1440kN5.5.列表计算各层沉降量列表计算各层沉降量siz(m)02.47.27.801.23.63.93.61529257715771742958.8l/bz/b3.9aaz(m)0.25000.21490.12050.11360.12050.113600.5158

31、0.86760.8861aizi-ai-1zi-1(m)0.51580.35180.01850.06510.0185Esi(kPa)7448(mm)36.6522.921.2053.30.9s(mm)59.760.7859.57根据计算表所示根据计算表所示z=0.6m,sn=1.205mm 0.025 si=1.52mm满足规范要求满足规范要求 6.6.沉降修正系数沉降修正系数j s 根据根据Es=5.48MPa，p0 fak，查表得到，查表得到ys=1.1527.7.基础最终沉降量基础最终沉降量 s=ys s=70.02mm【作业作业】用分层总和法和规范法计算矩形基础甲的最终沉降量。用分层总

32、和法和规范法计算矩形基础甲的最终沉降量。6m2m甲填土 17.5kN/m3F=1755KN甲水位面水位面1.512粉质粘土 19kN/m3粘土 19.5kN/m34.2 地基最终沉降量计算 分层总和法分层总和法建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范方法方法地基最终沉降量：地基最终沉降量：地基变形稳定后基础底面的沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量一、分层总和法一、分层总和法n1.1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线力分布曲线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度n3.3.确定沉降计算深度范围内的分层界面确定沉降计算深度范围内的

33、分层界面n4.4.计算各分层沉降量计算各分层沉降量n5.5.计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量n1.1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线分布曲线dcz线线zz线线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度（1 1）一般取）一般取z=0.2cz处的深度作为沉降计算深度的下限处的深度作为沉降计算深度的下限（2 2）软土，取）软土，取z=0.1cz处，若沉降深度范围内存在基岩处，若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止时，计算至基岩表面为止d地基沉降计算深度地基沉降计算深度cz线线z线线n3.3.确定地基分层确定地基分层1.1.

34、不同土层的分界面与地下水不同土层的分界面与地下水位面为天然层面位面为天然层面2.2.每层厚度每层厚度hi 0.4bn4.4.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 n5.5.计算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线线二、二、规范规范法法n1.1.绘制基础中心点下地基中附加应力分布曲线绘制基础中心点下地基中附加应力分布曲线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度n3.3.计算各分层沉降量计算各分层沉降量n4.4.验算计算深度验算计算深度n

35、5.5.计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量n1.1.绘制基础中心点下地基中附加应力分布曲线绘制基础中心点下地基中附加应力分布曲线dzz线线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度zi-1地基沉降计算深度地基沉降计算深度znzizi-153 4612b12345612p0p0第第i层层ziAiAi-1aip0ai-1p0n3.3.计算各分层沉降量计算各分层沉降量n4.4.验算计算深度验算计算深度地基沉降计算深度地基沉降计算深度zn应该满足的条件应该满足的条件zi-1地基沉降计算深度地基沉降计算深度znzizzi-153 4612b12345612p0p0第第n层层第第i层层ziAiA

36、i-1表4.6aip0ai-1p0zi、zi-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面的层土底面的距离距离(m)a ai、a ai-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面层土底面范围内平均附加应力系数范围内平均附加应力系数n5.5.计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量n1.土的回弹与再压缩土的回弹与再压缩pe弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形adbcb 压缩曲线压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压缩曲线再压缩曲线n1.1.土的卸荷回弹曲线不与原土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分完全弹性体，其中有一部分为不

37、能恢复的塑性变形为不能恢复的塑性变形n2.2.土的再压缩曲线比原压缩土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低其压缩性明显降低4.3 应力历史对地基沉降的影响1 1、当基础开挖量很大，开、当基础开挖量很大，开挖时间较长时，可造成基坑挖时间较长时，可造成基坑土回弹，要考虑回弹量土回弹，要考虑回弹量2 2、孔隙比的变化不仅与荷、孔隙比的变化不仅与荷载有关，还和受荷历史有关载有关，还和受荷历史有关n2.2.土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史：土的应力历史：土体在历史上

38、曾经受到过土体在历史上曾经受到过的的应力状态应力状态先期固结压力先期固结压力pc：土在其生成历史中曾受过的最大有土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力效固结压力讨论：讨论：对试样施加压力对试样施加压力p时，压缩曲线形状时，压缩曲线形状ppc正常压缩曲正常压缩曲线，斜率陡，线，斜率陡，土体压缩量土体压缩量大大pe弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形adbcb 压缩曲线压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压缩曲线再压缩曲线n2.2.土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史对土的压缩性的影响n1.1.正常固结土正常固结土先期固结压力等于现时的土压力先期固结压力等于现时的土压力pcp1，OCR=1n2.2.超

39、固结土超固结土先期固结压力大于现时的土压力先期固结压力大于现时的土压力pcp1，OCR1n3.3.欠固结土欠固结土先期固结压力小于现时的土压力先期固结压力小于现时的土压力pc30%近似取第一项近似取第一项n土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分布和排水条件土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分布和排水条件相同时，达到同一固结度时时间因素相等相同时，达到同一固结度时时间因素相等 土质相同、厚度不同土层，土质相同、厚度不同土层，荷载和排水条件相同时，达到荷载和排水条件相同时，达到相同固结度所需时间之比等于相同固结度所需时间之比等于排水距离平方之比排水距离平方之比n结论：结论：对于同一地基情况，

40、将单面排水改为双面排水，要达对于同一地基情况，将单面排水改为双面排水，要达到相同的固结度，所需历时应减少为原来的到相同的固结度，所需历时应减少为原来的1/4 有效应力原理有效应力原理n1 1、饱和土体的任一平面上受到的总应力等于有效应、饱和土体的任一平面上受到的总应力等于有效应力和孔隙水压力之和力和孔隙水压力之和n2 2、土的强度的变化和变形只取决于有效应力的变化、土的强度的变化和变形只取决于有效应力的变化饱和土体的渗透固结饱和土体的渗透固结n饱饱和和土土体体在在压压力力作作用用下下，孔孔隙隙中中的的一一些些自自由由水水将将随随时时间间的的延延续续而而逐逐渐渐被被挤挤出出，同同时时孔孔隙隙体体

41、积积也也随随着着缩缩小小，孔孔隙隙水水压压力力逐逐渐渐转转变变为为由由骨骨架架承承受受的的有有效效应应力力这这个个过过程程为为饱饱和和土土的的渗渗透透固固结结过过程程，即即为为土土中中孔孔隙隙水水压压力力消消散散和和有有效效应力相应增长的过程应力相应增长的过程排水排水压缩压缩压力转移压力转移太沙基的一维固结理论太沙基的一维固结理论H岩层岩层pu0=puzz有效应力原理有效应力原理u0起始孔隙水压力起始孔隙水压力n（1 1）土层是均质的、完全饱和的土层是均质的、完全饱和的n（2 2）土土的的压压缩缩完完全全由由孔孔隙隙体体积积减减小小引引起起，土土体体和和水水不不可可压缩压缩n（3 3）土的压缩

42、和排水仅在竖直方向发生）土的压缩和排水仅在竖直方向发生n（4 4）土中水的渗流服从达西定律土中水的渗流服从达西定律n（5 5）在在渗渗透透固固结结过过程程中中，土土的的渗渗透透系系数数k和和压压缩缩系系数数a视视为常数，土的固结速度取决于孔隙中自由水的挤出速度为常数，土的固结速度取决于孔隙中自由水的挤出速度n（6 6）外荷载为一次瞬时施加的）外荷载为一次瞬时施加的地基固结度：地基固结度：地基固结过程中任一时刻地基固结过程中任一时刻t的固结沉降量的固结沉降量sct与其最终固结沉降量与其最终固结沉降量sc之之比，反映土中孔隙水压力向有效应力转化过程的完成程度比，反映土中孔隙水压力向有效应力转化过程

43、的完成程度TV表示时间因素表示时间因素nH待固结土层最长排水距离待固结土层最长排水距离(m)，单面排水土层取土层厚单面排水土层取土层厚度，双面排水土层取土层厚度一半度，双面排水土层取土层厚度一半l5 5、各种情况下地基固结度的求解、各种情况下地基固结度的求解地基固结度基本表达式中的地基固结度基本表达式中的Ut随地基所受随地基所受附加应力和排水条件附加应力和排水条件不同而不同，因此在计算固结度与时间的关系时也应区别对待不同而不同，因此在计算固结度与时间的关系时也应区别对待1 12 23 34 45 5H 利用压缩层透水面上压缩应力与不透水面上压缩应力之比，绘利用压缩层透水面上压缩应力与不透水面上

44、压缩应力之比，绘制定固结度与时间因素曲线，确定相应固结度制定固结度与时间因素曲线，确定相应固结度a=透水面上的压缩应力透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力n1 1适用于地基土在其自重作用下已固结完成，基底面积很大而压缩土适用于地基土在其自重作用下已固结完成，基底面积很大而压缩土层又较薄的情况层又较薄的情况n2 2适用于大面积新填土层适用于大面积新填土层(饱和时饱和时)由于本土层自重应力引起的固结；由于本土层自重应力引起的固结；或者土层由于地下水大幅度下降，在地下水变化范围内，自重应力随深度或者土层由于地下水大幅度下降，在地下水变化范围内，自重应力随深度增加的情况。增加的情

45、况。n3 3适用于地基土在自重作用已固结完成，基底面积较小，压缩土层较适用于地基土在自重作用已固结完成，基底面积较小，压缩土层较厚，外荷在压缩土层的底面引起的附加应力已接近于零厚，外荷在压缩土层的底面引起的附加应力已接近于零n4 4视为视为1、2种附加应力分布的叠加，土层在自重应力作用下尚未固结，种附加应力分布的叠加，土层在自重应力作用下尚未固结，又在其上施加荷载。又在其上施加荷载。n5 5视为视为1、3种附加应力分布的叠加，附加应力随深度增加而减少，但种附加应力分布的叠加，附加应力随深度增加而减少，但底部的附加应力大于零。底部的附加应力大于零。n6 6双面排水双面排水1 12 23 34 4

46、5 5Ha=透水面上的压缩应力透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力l6 6、地基固结过程中任一时刻的沉降量计算步骤、地基固结过程中任一时刻的沉降量计算步骤u（1 1）计算地基附加应力沿深度的分布）计算地基附加应力沿深度的分布u（2 2）计算地基最终沉降量）计算地基最终沉降量u（3 3）计算土层的竖向固结系数和时间因素）计算土层的竖向固结系数和时间因素u（4 4）求解地基固结过程中任一时刻的沉降量，或沉）求解地基固结过程中任一时刻的沉降量，或沉降达某一值所需时间降达某一值所需时间n1.1.sd 瞬时沉降瞬时沉降(不排水沉降、畸变沉降）不排水沉降、畸变沉降）:加荷瞬间加荷瞬间

47、土孔隙中水来不及排出，孔隙体积尚未变化，地基土在土孔隙中水来不及排出，孔隙体积尚未变化，地基土在荷载作用下仅产生剪切变形时的地基沉降荷载作用下仅产生剪切变形时的地基沉降n2.2.sc 固结沉降固结沉降：在荷载作用下，随着土孔隙水分的：在荷载作用下，随着土孔隙水分的逐渐挤出，孔隙体积相应减少，土体逐渐压密而产生的逐渐挤出，孔隙体积相应减少，土体逐渐压密而产生的沉降沉降n3.3.ss 次固结沉降次固结沉降：土中孔隙水已经消散，有效应力：土中孔隙水已经消散，有效应力增长基本不变之后仍随时间而缓慢增长所引起的沉降增长基本不变之后仍随时间而缓慢增长所引起的沉降四、地基最终沉降量组成四、地基最终沉降量组成

48、五、例题分析五、例题分析【例】厚度厚度H=10m粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其压粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其压缩应力如下图所示。粘土层的初始孔隙比缩应力如下图所示。粘土层的初始孔隙比e1=0.8，压缩系数压缩系数a=0.00025kPa-1，渗透系数渗透系数k=0.02m/年。试求：年。试求：加荷一年后的沉降量加荷一年后的沉降量St 地基固结度达地基固结度达Ut=0.75时所需要的历时时所需要的历时t 若将此粘土层下部改为透水层，则若将此粘土层下部改为透水层，则Ut=0.75时所需历时时所需历时t157kPa235kPaHp粘土层粘土层不透水层不透水层n【例】加荷一年后的沉降量加

49、荷一年后的沉降量St 地基固结度达地基固结度达Ut=0.75时所需要的历时时所需要的历时t 若将此粘土层下部改为透水层，则若将此粘土层下部改为透水层，则Ut=0.75时所需历时时所需历时t157kPa235kPaH=10mp粘土层粘土层不透水层不透水层e1=0.8a=0.00025kPa-1，渗透系数渗透系数k=0.02m/年年【解答解答】n1.当当t=1年的沉降量年的沉降量 地基最终沉降量地基最终沉降量固结系数固结系数时间因素时间因素查图表得到查图表得到Ut=0.45加荷一年的沉降量加荷一年的沉降量n【例】加荷一年后的沉降量加荷一年后的沉降量St 地基固结度达地基固结度达Ut=0.75时所需

50、要的历时时所需要的历时t 若将此粘土层下部改为透水层，则若将此粘土层下部改为透水层，则Ut=0.75时所需历时时所需历时t157kPa235kPaH=10mp粘土层粘土层不透水层不透水层e1=0.8a=0.00025kPa-1，渗透系数渗透系数k=0.02m/年年【解答解答】n2.当当Uz=0.75所需的历时所需的历时t 由由Uz=0.75，a1.5查图得查图得到到Tv0.47n3.双面排水时，双面排水时，Uz=0.75所需历时所需历时 由由Uz=0.75,a1,H=5m查查图得到图得到Tv0.49课堂练习课堂练习n【例】厚度厚度H=10m粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其粘土层，上覆透水层