土力学课件 4土的压缩性和地基沉降计算

1、土的压缩性和地基沉降计算土的压缩性和地基沉降计算n1 1 土的压缩性土的压缩性n2 2 地基最终沉降量地基最终沉降量n3 3 饱和土渗流固结理论饱和土渗流固结理论n4 4 建筑物沉降观测与地基容许变形建筑物沉降观测与地基容许变形n教学重点与难度教学重点与难度: :地基最终沉降量计算方法地基最终沉降量计算方法, ,有有效应力原理效应力原理n教学手段教学手段: :以多媒体课件进行讲解以多媒体课件进行讲解n课时安排课时安排:5:5课时课时主要内容基本内容：基本内容： 这是本课程的这是本课程的重点重点。在学习土的压缩性指标确定。在学习土的压缩性指标确定方法的基础上，方法的基础上，掌握掌握地基最终沉降量

2、计算原理和地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。地基固结问题的分析计算方法。教学目的：教学目的：n 掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法；掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法；n掌握地基最终沉降量计算方法；掌握地基最终沉降量计算方法；n熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法；熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法；n掌握有效应力原理；掌握有效应力原理；n掌握太沙基一维固结理论；掌握太沙基一维固结理论；n掌握地基沉降随时间变化规律。掌握地基沉降随时间变化规律。土的压缩性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

3、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气体的压缩与排出气体的压缩与排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/4001/400不不到，忽略不计到，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快完成压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，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：饱和粘性土承受压力后，土体积随孔隙水逐饱和粘性土承受压力后，土体积随孔隙水逐渐排出而减小的过

4、程。渐排出而减小的过程。n一、一、侧限侧限压缩试验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大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验固结试验三联固结仪三联固结仪刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载注意：注意：土样在竖土样在竖直压力作用下，直压力作用下，由于环刀和刚性由于环刀和刚性护环的限制，只护环的限制，只产生竖向压缩，产生竖向压缩，不产生侧向变形不产生侧向变形n1.1.压缩仪示意图压缩仪示意图n2.2.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

5、+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0011+1eeHH土粒底面积在土粒底面积在受压前后不变受压前后不变)1(000eHsee整理整理1)1(000wswde 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曲曲线，为压缩曲线线，为压缩曲线e0eppee-p曲线曲线n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，压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡曲线愈陡，说明在相同，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减

6、少得愈显著，压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性土的压缩性愈高愈高根据压缩曲线可以得到根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标三个压缩性指标n1.压缩系数压缩系数an2.压缩模量压缩模量Es n3.压缩指数压缩指数Cc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n1.1.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应力增量的比值土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0eppe利用单位压力增量所利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低征土的压缩性高低pea d d在压缩曲线中，实际采在压缩曲

7、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1221 ppeepea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na1-20.1MPa-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na1-20.5MPa-1高压缩性土高压缩性土1221 ppeepea斜斜率率n2.2.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增量与竖向应变增量的条件下竖向压应力增量与竖向应变增量的比值，或称为侧限模量比值，或称为侧限模量01seEa说明：说明：土的压缩模量土的压缩模量Es与土的的

8、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n3.3.变形模量变形模量E0土在土在一定侧限一定侧限条件下竖向压应力增量与竖向应变的条件下竖向压应力增量与竖向应变的增量比值。增量比值。sEE0其中其中1212土的泊松比，一土的泊松比，一般般00.5之间之间 土的变形模量：土的变形模量：土体在一定侧向约束条件下，竖向土体在一定侧向约束条件下，竖向应力增量与竖向应变增量的比值。竖向应变中包括应力增量与竖向应变增量的比值。竖向应变中包括弹性应变和塑性应变。弹性应变和塑性应变。变形模量与压缩模量之间的关系变形模量与压缩模量之间的关系: :变形模

9、量可以由变形模量可以由地基土的静荷载试验地基土的静荷载试验或或旁压试验旁压试验测定。测定。1120)1 (sbpEssEEE)121 (20 现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时上的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量的沉降量s s，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成绘制成p-sp-s曲线，即获得了地基土载荷试验的结果。曲线，即获得了地基土载荷试验的结果。土的弹性模量土的弹性模量 定义定义: :土体

10、在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值。如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，都是可如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，都是可恢复的弹性变形恢复的弹性变形。( (3 3) )土的压缩指数土的压缩指数12c2121lglg/lg( / )e eCppep p地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算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地基变形稳定后基础底面的沉降量的沉降量地基最终沉降量计算方法地基最终沉降量计算方法: :n分层总和法分层总和法n建筑地基基础设计规范法建筑地基基础设计规范法（应力面积法）（应力面积法）

11、n弹性力学公式弹性力学公式n 有限单元法有限单元法n一、分层总和法一、分层总和法1.1.基本假设基本假设n地基是均质、各向同性的半无地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论限线性变形体，可按弹性理论计算土中计算土中附加应力附加应力n在压力作用下，地基土不产生在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧向变形，可采用侧限条件侧限条件下下的压缩性指标的压缩性指标 为了弥补假为了弥补假定所引起误差，定所引起误差，取基底中心点取基底中心点下的附加应力下的附加应力进行计算，以进行计算，以基底中点的沉基底中点的沉降代表基础的降代表基础的平均沉降平均沉降2.2.单一压缩土层的沉降计算单一压缩土层

12、的沉降计算n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，比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。没有侧向变形。)1(000eHsee000(1)eesHeVve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)H1sp可压缩土层可压缩土层H1H0s土层竖向应力由土层竖向应力由p1增加到增加到p2，引起孔隙比从引起孔隙比从e1减小到减小到e2，竖向应力增量为竖向应力增量为p1121211HeeeHHs1221 ppeepea12111()1spHasppHeE3.单向压缩分层总和法单向压

13、缩分层总和法11nniiiiisip HssE4.4.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绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线应力分布曲线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度n3.3.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分层界面 每分层厚度不能超过每分层厚度不能超过0.4b0.4bn4.4.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n绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线n确定基础沉降计算深度确

14、定基础沉降计算深度 一般取附加应力与自重应力一般取附加应力与自重应力的比值为的比值为2020处，处，n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不同土层的分界面与地下水位面为天然层面水位面为天然层面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 对于软土，取对于软土，取 z z=0.1=0.1 c c处，处，若沉降深度范围内存在基岩时，若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止计算至基岩表面为止n计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量iiiiiheees1211niiss1d d地基沉降计算深度地基沉降计算深度 c c线线 z z线线公式解释公式解释：

15、ZiZ(i-1)Hin二、二、规范规范法法n由建筑地基基础设计规范由建筑地基基础设计规范（GB500072011）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，并引入沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数平均附加应力系数和和地基沉地基沉降计算经验系数降计算经验系数 sAsE附加应力面积附加应力面积深度深度z范围内的附加应范围内的附加应力分布图的面积力分布图的面积dzAzz0z= 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00zdzAzp z因此因此从基底至某深度处从基底至某深度处的附加应力面积的附加应力面积表示为表示为zpA00szspE因此因此

16、00zpdz第第i层沉降量为层沉降量为)(11011iiiisisiiiiiizzEpEAAsss根据分层总和法基本原理可得成层地基最终沉降量的基本公式根据分层总和法基本原理可得成层地基最终沉降量的基本公式zi-1地基沉降计算深度地基沉降计算深度znzizzi-153 4612b12345612aip0ai-1p0p0p0第第n层层第第i层层zi)(11101iiiinisiniizzEpssAiAi-1zpA0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0111()niissiiisipsszzEniinss1025.0 当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计当

17、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基岩，式，若计算深度范围内存在基岩，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，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基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算(2.50.n4)lnzbb s sn n在由计算深度在由计算深度向上向上取厚度为取厚度为z z的土层计算的土层计算变形值变形值n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

18、题n1.1.分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n 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n 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n 两者在一定程度上相互抵消，但精确误差难以估计两者在一定程度上相互抵消，但精确误差难以估计n2.2.分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用下的固结程度，下的固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量的沉降量n相邻荷载相邻荷载对沉降量有较大的影响，在附加

19、应力计算中对沉降量有较大的影响，在附加应力计算中应考虑相邻荷载的作用应考虑相邻荷载的作用 n3.3.当建筑物基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基当建筑物基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的土的回弹、再压缩回弹、再压缩的情况的情况 分层总和法以分层总和法以均质弹性半空间均质弹性半空间的应力来计算非均质地的应力来计算非均质地基的变形的做法、在理论上显然不协调，其所引起的计基的变形的做法、在理论上显然不协调，其所引起的计算误差也还没有得到理论和实验的充分验证。算误差也还没有得到理论和实验的充分验证。 分层总和法最为适用于土体的分层总和法最为适用于土体的单向压缩变形单向压缩变形计算，因为计算，因为

20、K K0 0条件条件下的土体只有体积变形，故计算所得的是地基最下的土体只有体积变形，故计算所得的是地基最终固结沉降，终固结沉降，通常粗略地把单向压缩分层总和法的计算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结果看成是地基最终沉降。 传统传统的和的和规范规范推荐的两种单向压缩分层总和法，就计算推荐的两种单向压缩分层总和法，就计算方法而言并无太大差别，规范法的重要特点引入了沉降方法而言并无太大差别，规范法的重要特点引入了沉降计算经验系数以校正计算值与实测值的偏差。计算经验系数以校正计算值与实测值的偏差。回弹在压缩影回弹在压缩影响的变形量响的变形量111()nciicciiicips

21、zzE计算深度取至计算深度取至基坑底面以下基坑底面以下5m，当基坑，当基坑底面在地下水底面在地下水位以下时取位以下时取10msc考虑回弹再压缩影响的地基变形考虑回弹再压缩影响的地基变形Eci土的回弹再压缩模量，按相关试土的回弹再压缩模量，按相关试验确定验确定c考虑回弹影响的沉降计算经验系考虑回弹影响的沉降计算经验系数，取数，取1.0pc基坑底面以上土的自重应力，基坑底面以上土的自重应力，kPa式中：式中：n四、例题分析四、例题分析n【例】【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，地基为

22、粉质粘土，地下水位距天然地面距天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面。上部荷重传至基础顶面F1440kN,土土的天然重度的天然重度 16.0kN/m,饱和重度饱和重度 sat17.2kN/m，有，有关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算基础最终沉降（已知基础最终沉降（已知fk=94kPa）3.4md=1mb=4mF=1440kN501002003000.900.920.940.96en【解答】【解答】nA.分层总和法计算分层总和法计算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，地下水位以上分两层，各水位以

23、上分两层，各1.2m，地下，地下水位以下按水位以下按1.6m分层分层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)c(kPa)01.22.44.05.67.21635.2 54.4 65.9 77.4 89.03.计算基底压力计算基底压力kNAdGG320kPaAGFp1104.计算基底附加压力计算基底附加压力kPadpp9403.4md=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.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用角点法计算，过基底中点将荷载

24、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/bKcz(kPa) c(kPa)z /czn (m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.60.25000.22290.15160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.26.确定沉降计算深度确定沉降计算深度zn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.最终沉降计算最终沉降计算根据根据e

25、-曲线曲线，计算各层的沉降量，计算各层的沉降量z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.0c(kPa)h(mm)12001600160016001600c(kPa)25.644.860.271.783.2z(kPa)88.970.444.325.315.6z+ c(kPa)114.5115.2104.597.098.8e10.9700.9600.9540.9480.944e20.9370.9360.9400.9420.940e1i- e2i1+ e1i0.06180.01220.00720.00

26、310.0021si(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 =54.7mmnB.规范法计算规范法计算1. c 、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. 确定沉降计算深度确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3. 确定各层确定各层Esi)(112211iiiiisippeeeE4. 根据计算尺寸，查表得根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数到平均附加应力系数5.列表计算各层沉降量列表计算各层沉降量siz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.8

27、3.6152925771615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94054.77.8l/bz/b3.9aaz(m)0.25000.24230.21490.17460.14330.12050.113600.29080.51580.69840.80250.867608861aizi- ai-1zi-1(m)0.29080.22500.18260.10410.06510.0185Esi(kPa)7448s (mm)20.714.711.24.83.30.9s (mm)55.6根据计算表所示根据计算表所示z=0.6m, s n =0.9mm 0.025 s i =55.

28、6mm满足规范要求满足规范要求 6.沉降修正系数沉降修正系数 s 根据根据Es =6.0MPa， fk=p0 ，查表得到，查表得到s =1.17.基础最终沉降量基础最终沉降量 s= s s =61.2mmn五、沉降分析中的若干问题五、沉降分析中的若干问题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. 土不是完全弹性体，土不是完全弹性体，其中有一部分变形为不能其中有一部分变形为不能恢复的恢复的塑性变形塑性变形n2. 土经过压缩后，卸荷土经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显再压缩时，其压缩性明显降低

29、降低n2.粘性土沉降的三个组成部分粘性土沉降的三个组成部分scdssssn1.sd 瞬时沉降瞬时沉降n2.sc 固结沉降固结沉降n3. ss 次固结沉降次固结沉降按土体变形机理总沉降按土体变形机理总沉降s可以分成三部分：可以分成三部分：初始沉降初始沉降Sd，固结沉降固结沉降Sc和和次固结沉降次固结沉降Ss，S Sd+Sc+Ss 初始沉降初始沉降(瞬时沉降）瞬时沉降）Sd 地基加载后瞬时发生的沉降。在靠近基础边缘应力集中部地基加载后瞬时发生的沉降。在靠近基础边缘应力集中部位，地基中会有剪应变产生。对于饱和或接近饱和的粘位，地基中会有剪应变产生。对于饱和或接近饱和的粘性土，加载瞬间土中水来不及排出

30、，在不排水和恒体积性土，加载瞬间土中水来不及排出，在不排水和恒体积状况下，剪应变引起的侧向变形，从而造成瞬时沉降。状况下，剪应变引起的侧向变形，从而造成瞬时沉降。 固结沉降固结沉降Sc饱和与接近饱和的粘性土在荷载作用下，随着超静孔隙水饱和与接近饱和的粘性土在荷载作用下，随着超静孔隙水压力的消散，土中孔隙水的排出，土骨架产生变形所造压力的消散，土中孔隙水的排出，土骨架产生变形所造成的沉降成的沉降(固结压密固结压密)。固结沉降速率取决于孔隙水的排。固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率。出速率。 次固结沉降次固结沉降Ss主固结过程主固结过程(超静孔隙水压力消散过程结束后，在有效应超静孔隙水压力消散过程

31、结束后，在有效应力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形。力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形。 土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响，用先期固结压力影响，用先期固结压力pc与现时的土压力与现时的土压力p1的比值描述的比值描述土层的应力历史，将粘性土进行分类土层的应力历史，将粘性土进行分类3.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：土体在历史上曾经受到过的应力状态土体在历史上曾经受到过的应力状态先期固结压力先期固结压力pc ：土在历史中曾受过的最大有效固结压力土在历史中曾受过的

32、最大有效固结压力ppc正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大1.1.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pcp12.2.超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pcp13.3.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pcp1正正常常固固结结土土超超固固结结土土若若pcp1，则试样是，则试样是欠固结欠固结的，由于自重的，由于自重作用下的压缩尚未稳定，实质上属于正常固作用下的压缩尚未稳定，实质上属于正常固结土一类，它的现场压缩曲线的推求方法完结土一类，它的现场压缩曲

33、线的推求方法完全与正常固结土一样。全与正常固结土一样。1101lg1niiiciiiiHppSCep110lg1niiiciiiciHppSCep)(1pppc)(1pppc1101lglg1niciiieiciiiiciHpppSCpCepp1101lg1niiieiiiiHppSCpepu饱和土体渗流固结理论饱和土体渗流固结理论n一、有效应力原理一、有效应力原理无粘性土地基无粘性土地基上的建筑物上的建筑物土的透水性强，土的透水性强，压缩性低压缩性低沉降很快完成沉降很快完成粘性土地基上粘性土地基上的建筑物的建筑物透水性弱透水性弱达到沉降稳定达到沉降稳定所需时间十分所需时间十分漫长漫长n饱和土

34、的压缩主要是由于土的外荷作用下孔隙水被挤出，饱和土的压缩主要是由于土的外荷作用下孔隙水被挤出，以致孔隙体积减小所引起的以致孔隙体积减小所引起的n饱和土孔隙中自由水的挤出速度，主要取决于土的渗透饱和土孔隙中自由水的挤出速度，主要取决于土的渗透性和土的厚度性和土的厚度n渗透固结：与自由水的渗透速度有关的饱和土固结过程渗透固结：与自由水的渗透速度有关的饱和土固结过程0t t0 twph pphh 0h p附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压: u0 = z=p附加有效应力附加有效应力:z=0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压: 0 u p附加有效应力附加有效应力:0 z 30%近似取第一近

35、似取第一项项2281exp(/4)tvUT 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数相等件相同时，达到同一固结度时时间因数相等222121tHctHcvv222121HHtt 土质相同、厚度不同土层，荷载和排水条件相同时，土质相同、厚度不同土层，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排水距离平方之比达到相同固结度所需时间之比等于排水距离平方之比n结论：结论：对于同一地基情况，将单面排水改为双面排对于同一地基情况，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水，要达到

36、相同的固结度，所需历时应减少为原来的的1/4 土层的平均固结度是土层的平均固结度是时间因数时间因数T Tv v的的单值函数，它单值函数，它与所加的附加应力的大与所加的附加应力的大小无关小无关，但，但与附加应力的分布形态与附加应力的分布形态有有关。关。2281exp(/4)tvUT n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n1.1.适用于地基土在其自重作用下已固结完成，基底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面积很大而压缩土层又较薄的情况n2.2.适用于土层在其自重作用下未固结，土的自重应适用于土层在其自重作用下未固结，土的自重应力等于附加应力力

37、等于附加应力n3.3.适用于地基土在自重作用已固结完成，基底面积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种附加应力分布的叠加n5.5.视为视为1、3种附加应力分布的叠加种附加应力分布的叠加1 12 23 34 45 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tst地基沉降与时间关系计算步骤地基沉降与时间关系计算步骤 （1 1）计算地基最终沉降量；）计算地基最终沉降量； （2 2）计

38、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； （3 3）计算土层的竖向固结系数和时间因数；）计算土层的竖向固结系数和时间因数； （4 4）求解地基固结过程中某一时刻）求解地基固结过程中某一时刻t t沉降量。沉降量。2vv/HtcT waekC)1 (vtUtsn三、例题分析三、例题分析n【例】【例】厚度厚度H=10m粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，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其压缩应力如下图所示。粘土层的初始孔隙比e1=0.8，压，压缩系数缩系数a=0.00025kPa-1，渗透系数，渗透系数k=0.02m/年。试求：年。试求：

39、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Uz=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Uz=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注意单位要统一！注意单位要统一！其中：其中：k土的渗透系土的渗透系数，数，m/m/年年; ;CvmCvm2 2/ /年；年；tt年；年；1cm/s=315360m/1cm/s=315360m/年年注意单位要统一！注意单位要统一！其中：其中：k土的渗透系数，土的渗透系数，m/年，年，1cm/s=315360m/年年;Cvm2/年；年；t

40、年；年；压缩系数压缩系数akPa-1压缩模量压缩模量EskPan【解答】解答】n1.当当t=1年的沉降量年的沉降量 mmHeaSz27311地基最终沉降量地基最终沉降量年年/4 .14)1 (21maekcwv固结系数固结系数时间因数时间因数144.02tHcTvv5 .1157235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mmSUSzt123n2.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Tv0.47年年26.32vvcHTtn3.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

41、图查图得到得到Tv0.49年年85.02vvcHTt建筑物沉降观测与地基容许变形值建筑物沉降观测与地基容许变形值n一、建筑物沉降观测一、建筑物沉降观测n反映地基的实际变形以及地基变形对建筑物的影响程度反映地基的实际变形以及地基变形对建筑物的影响程度n根据沉降观测资料验证地基设计方案的正确性，地基事故根据沉降观测资料验证地基设计方案的正确性，地基事故的处理方式以及检查施工的质量的处理方式以及检查施工的质量n沉降计算值与实测值的比较，判断现行沉降计算方法的准沉降计算值与实测值的比较，判断现行沉降计算方法的准确性，并发展新的更符合实际的沉降计算方法确性，并发展新的更符合实际的沉降计算方法n观测工作主

42、要内容观测工作主要内容n1.1.收集资料和编写计划收集资料和编写计划n2.2.水准基点设置水准基点设置n3.3.观测点的设置观测点的设置n4.4.水准测量水准测量n5.5.观测资料的整理观测资料的整理高程基准点和沉降观测点的设置高程基准点和沉降观测点的设置 点位稳固，在沉降变形区以外；点位稳固，在沉降变形区以外； 不宜过远，通常一站能引测到观测点；不宜过远，通常一站能引测到观测点； 每个工地设置每个工地设置2 2 3 3个，以便检核；个，以便检核； 一般需要与国家水准点联测，获得绝对高程；一般需要与国家水准点联测，获得绝对高程； 冻土地区应埋深至冻土线以下冻土地区应埋深至冻土线以下0.50.5

43、米处米处。基准点基准点沉降点埋设图：沉降点埋设图：沉降点分布示意图：沉降点分布示意图： 沉降观测点的布置沉降观测点的布置 一定密度、均匀分布在待观一定密度、均匀分布在待观 测建筑物外围，能反映建筑测建筑物外围，能反映建筑 物整体沉降情形的位置。物整体沉降情形的位置。绘制绘制s st t与与t t的曲线的曲线则可求任意时间则可求任意时间t t1 1的沉降量的沉降量s s1 1。3.83.8 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响式中式中 S-基础最终沉降量，待定基础最终沉降量，待定,cm;,cm; St-在时间在时间t( t(从施工期一半起算从施工期一半起算) )时的实测沉时的实测沉降量，降量，cmcm； a-经验参数，待定经验参数，待定1 1、双曲线公式、双曲线公式假定沉降假定沉降s st t与时间与时间t t呈双曲呈双曲线关系，即线关系，即ttSSat3.83.8应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响从实测从实测stst曲线后段，任选两组数据，代入得：曲线后段，任选两组数据，代入得：1 1、双曲线公式、双曲线公式statStstatsstatstt222111解此联