土的压缩性与地基沉降计算

1、Hohai UniversityHohai University 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 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 实例一实例一 Hohai UniversityHohai University 基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 实例二实例二 Hohai UniversityHohai University 修建新建筑物：引起原有建筑物开裂修建新建筑物：引起原有建筑物开裂 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算

2、土的压缩性与地基沉降计算 实例三实例三 Hohai UniversityHohai University 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 实例四实例四 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 Hohai UniversityHohai University 建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大 实例五实例五 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 Hohai UniversityHohai University 建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计

3、算土的压缩性与地基沉降计算 实例六实例六 Hohai UniversityHohai University 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 荷载通过基础传给地基后在地基内产生应力，应力作用下土体会发生荷载通过基础传给地基后在地基内产生应力，应力作用下土体会发生 变形，地基下沉、侧向或水平位移都属于地基变形。变形是土力学最基本也变形，地基下沉、侧向或水平位移都属于地基变形。变形是土力学最基本也 是最重要的问题之一，过大变形或不均匀变形不仅会降低建筑物的使用价值，是最重要的问题之一，过大变形或不均匀变形不仅会降低建筑物的使用价值， 还会造成建筑物毁坏。因此，必须控制

4、基础的总沉降量和沉降差。还会造成建筑物毁坏。因此，必须控制基础的总沉降量和沉降差。 基本概念基本概念 基础沉降基础沉降 由于土的压缩性导致基础下沉称为基础沉降。由于土的压缩性导致基础下沉称为基础沉降。 土的压缩性土的压缩性通常将应力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。通常将应力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。 土的固结土的固结 土体在外力作用下，压缩随时间发展的过程称为固结。土体在外力作用下，压缩随时间发展的过程称为固结。 土的压缩性土的压缩性常用常用压缩性指标压缩性指标描述，描述，压缩性指标压缩性指标可以通过可以通过室内试验（如侧室内试验（如侧 限压缩、三轴压缩等）限压缩、三轴压缩等

5、）测定，也可以用测定，也可以用现场原位试验（如载荷试验、旁压试现场原位试验（如载荷试验、旁压试 验等）验等）测定，无论什么方法都应该使试验条件与土的天然状态及荷载作用下测定，无论什么方法都应该使试验条件与土的天然状态及荷载作用下 土体的实际应力条件一致。土体的实际应力条件一致。 4.1 4.1 绪论绪论 Hohai UniversityHohai University 一、土的压缩与固结一、土的压缩与固结 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.2 4.2 土压缩的特性土压缩的特性 土是散粒体结构，其颗粒间的孔隙与它所受到的外力的大小有关。土是散粒体结构，其颗粒间的

6、孔隙与它所受到的外力的大小有关。 外力增加，土颗粒将重新排列，导致土体发生体积缩小、这种在外力作外力增加，土颗粒将重新排列，导致土体发生体积缩小、这种在外力作 用下用下, ,土体体积缩小的现象称为压缩。土体体积缩小的现象称为压缩。 外力作用下，土体积缩小的原因：外力作用下，土体积缩小的原因： 1 1）土粒本身和孔隙水的压缩）土粒本身和孔隙水的压缩 2 2）孔隙气体的压缩变形）孔隙气体的压缩变形 3 3）孔隙中的水和气体有一部分向外排出）孔隙中的水和气体有一部分向外排出 （研究表明：在工程上常遇到的压力（研究表明：在工程上常遇到的压力（600kPa=0.5 中压缩性土中压缩性土0.1-0.5 低

7、压缩性土低压缩性土0.4 中压缩性土中压缩性土0.2-0.4 低压缩性土低压缩性土=3b（b为载荷试验压板为载荷试验压板 宽度或直径）。安装承压板前，应注意保持试验土层的原状结构和天然湿度，宜宽度或直径）。安装承压板前，应注意保持试验土层的原状结构和天然湿度，宜 在拟试压表面用不超过在拟试压表面用不超过20mm后的粗、中砂找平试坑。后的粗、中砂找平试坑。 一、载荷试验一、载荷试验 Hohai UniversityHohai University 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试 载荷试验结果载荷试验结果 荷载荷

8、载- -沉降曲线沉降曲线沉降沉降- -时间曲线时间曲线 Hohai UniversityHohai University 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试 把一个圆柱型充且充满水的旁压器放入钻孔中预测深度，通过旁压器膨胀向孔 壁土体施加侧向压力使土体变形，通过量测装置，测出施加压力盒土体变形之 间关系，从而求出地基土变形模量和地基土承载力。 二、旁压试验二、旁压试验 Hohai UniversityHohai University 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3

9、土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试 试验原理 1）在建筑场地试验地点钻孔，将旁压器放入钻孔中至测试高程。）在建筑场地试验地点钻孔，将旁压器放入钻孔中至测试高程。 2）用水加压力，使充满水的旁压器圆筒形橡胶膜膨胀，对孔壁的土体施加压力，）用水加压力，使充满水的旁压器圆筒形橡胶膜膨胀，对孔壁的土体施加压力， 迫使孔周围的土变形外挤，直至破坏。迫使孔周围的土变形外挤，直至破坏。 3）分级加压，量测所加的压力）分级加压，量测所加的压力p的大小以及旁压器测量腔的体积的大小以及旁压器测量腔的体积V的变化。的变化。 4）计算地基土的变形模量、压缩模量和地基承载力。）计算地基土的变形模量、压缩模量和地基承载

10、力。 试验结果的整理计算 1）反力校正。总压力为每级试验压力表读数加上静水压力，再扣除橡胶膜的约束 力，即为实际施加在孔壁土体的压力值。 2）土体变形校正。各级试验加压后，测管水位下降值扣除仪器综合变形校正值， 即为实际土体压缩变形。 3）绘制旁压曲线。以校正后的压力p为横坐标，测管水位下值s为纵坐标，绘制p- s曲线，如图4-11所示。 4）地基承载力f按下式计算 其中： 为土的侧压力系数，查表 5）地基土的变形模量和压缩模量根据公式计算。见P89-90 hpf 0 Hohai UniversityHohai University 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计

11、算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试 变形模量E定义为无侧限条件下土体的竖向应力力与竖向应变之比。计算时由 荷载-沉降曲线首先得到地基承载力特征值，再利用沉降弹性力学计算公式便可 以反求出土体的变形模量。 土的变形模量土的变形模量 土的变形模量土的变形模量E与压缩模量与压缩模量Es的关系：的关系： 00 2 /)1 (sbpE 由定义可知，土体的变形模量与压缩模量的区别在于土体压缩时是否有侧限条件。由定义可知，土体的变形模量与压缩模量的区别在于土体压缩时是否有侧限条件。 土体的变形模量相当于其它材料的弹性模量，由于土体不是理想的弹性体，所以称土体的变形模量相当于其它材料的弹

12、性模量，由于土体不是理想的弹性体，所以称 为变形模量。变形模量反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。为变形模量。变形模量反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。 ) 1 2 1 ( 2 s EE 沉降影响系数，对圆形刚性承压板沉降影响系数，对圆形刚性承压板 =0.79，方形刚性承压板，方形刚性承压板 =0.88； Hohai UniversityHohai University 试样试样 压力室压力室 压力压力 水水 排水管排水管 阀门阀门 轴向加压杆轴向加压杆 有机玻璃罩有机玻璃罩 橡皮膜橡皮膜 透水石透水石 顶帽顶帽 量测体变或量测体变或 孔隙水压力孔隙水压力 测定：测定： 轴向应变轴向应变 轴向应力轴

13、向应力 体变或孔隙水压力体变或孔隙水压力 类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测 固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变 固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力 不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性室内测试方法土的压缩性室内测试方法 三、三轴压缩试验三、三轴压缩试验 Hohai UniversityHohai University 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试

14、土的压缩性原位测试 试验分析试验分析 Hohai UniversityHohai University 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试 压缩模量是根据室内侧限压缩试验得到的。它的定义为侧限条件下竖向 应力与应变的比值。该参数将用于地基最终沉降计算。 三种模量的讨论三种模量的讨论 土体的变形模量根据现场载荷试验得到的。定义为无侧限条件下土体的土体的变形模量根据现场载荷试验得到的。定义为无侧限条件下土体的 竖向应力力与竖向应变之比。该参数将用于弹性理论法的最终沉降估算竖向应力力与竖向应变之比。该参数将用于弹性理论

15、法的最终沉降估算 中。但载荷试验中所规定的沉降稳定标准带有很大的近似性。中。但载荷试验中所规定的沉降稳定标准带有很大的近似性。 弹性模量根据室内三轴压缩试验或无侧限压缩试验得到的。该参数常用 于弹性理论公式估算建筑物的初始瞬时沉降。 土的弹性模量比压缩模量和变形模量都要大。几倍甚至更大。土的弹性模量比压缩模量和变形模量都要大。几倍甚至更大。 Hohai UniversityHohai University 应力历史：应力历史：指土体在历史上曾经受到过的应力状态指土体在历史上曾经受到过的应力状态 四、应力历史对粘性土压缩性的影响四、应力历史对粘性土压缩性的影响 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降

16、计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试 固结应力：固结应力：能够使土体产生固结或压缩的应力能够使土体产生固结或压缩的应力 。包括土的自重应力。包括土的自重应力 和外荷载在地基内部引起的附加应力和外荷载在地基内部引起的附加应力 对于对于新近沉积的土或人工吹填土新近沉积的土或人工吹填土，最初土的自重应力由孔隙水承担，有，最初土的自重应力由孔隙水承担，有 效应力为零，而随着时间的推移，土在自重作用下逐渐沉降固结，最后自效应力为零，而随着时间的推移，土在自重作用下逐渐沉降固结，最后自 重应力全部转化为有效应力，故这类土的自重应力就是固结应力。重应力全部转化为

17、有效应力，故这类土的自重应力就是固结应力。 对于大多数天然土，在自重作用下已经固结，其固结应力仅指附加应力。对于大多数天然土，在自重作用下已经固结，其固结应力仅指附加应力。 Hohai UniversityHohai University 先期固结应力：先期固结应力：历史上所经受到的最大有效应力历史上所经受到的最大有效应力 p p pc= p1 ： 正常固结土，正常固结土， pc p1 ： 超固结土，超固结土， pc0.4 中压缩性土中压缩性土0.2-0.4 低压缩性土低压缩性土=3b（b为载荷试验压板为载荷试验压板 宽度或直径）。安装承压板前，应注意保持试验土层的原状结构和天然湿度，宜宽度或

18、直径）。安装承压板前，应注意保持试验土层的原状结构和天然湿度，宜 在拟试压表面用不超过在拟试压表面用不超过20mm后的粗、中砂找平试坑。后的粗、中砂找平试坑。 一、载荷试验一、载荷试验 Hohai UniversityHohai University 第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 计算方法 弹性理论法弹性理论法弹性理论法计算地基沉降是基于布辛奈斯克课题的位移解，弹性理论法计算地基沉降是基于布辛奈斯克课题的位移解， 其基本假定为地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体；此外还假定其基本假定为地基是均质的

19、、各向同性的、线弹性的半无限体；此外还假定 基础整个底面和地基一直保持接触。基础整个底面和地基一直保持接触。 分层总和法分层总和法 分层总和法是指将地基沉降计算深度内的土层按土质和应分层总和法是指将地基沉降计算深度内的土层按土质和应 力变化情况划分为若干分层，分别计算各分层的压缩量，然后求其总和得出力变化情况划分为若干分层，分别计算各分层的压缩量，然后求其总和得出 地基最终沉降量。这是计算地基最终沉降量的基本且常用的方法。地基最终沉降量。这是计算地基最终沉降量的基本且常用的方法。 Er P S 2 1 地基内与竖向集中荷载地基内与竖向集中荷载P作用点相距为作用点相距为r的地表任一点的沉降量：的地表任一点的沉降量： i n i i ii n i i H e ee sS 1 1 21 1 1 Hohai UniversityHohai University 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 第四章第四章 土