土力学课件第六章地基变形

1、 第六章第六章 地基变形地基变形Settlement Calculation黑龙江大学黑龙江大学 建筑工程学院建筑工程学院主要内容主要内容6.1 概述概述6.2 地基变形的弹性力学公式地基变形的弹性力学公式6.3 基础最终沉降量基础最终沉降量6.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系6.5 建筑物的沉降观测与地基允许变形值建筑物的沉降观测与地基允许变形值沉降与时间的关系沉降与时间的关系最终沉降量最终沉降量0z施工前p施工后AAz0pNet stress increase0zp附加 外因外因: : 通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定，通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定， 主要是建筑

2、物荷载在地基中产生的主要是建筑物荷载在地基中产生的附加压力附加压力。 内因内因: 土由三相组成，具有碎散性，在附加压力作用下土由三相组成，具有碎散性，在附加压力作用下土层的孔隙发生压缩变形，引起地基沉降。土层的孔隙发生压缩变形，引起地基沉降。h230(1)12(1)2PzwERRR RM M点至坐标原点的距离；点至坐标原点的距离；u u泊松比；泊松比；E E0 0地基土变形模量地基土变形模量。bpEs021b b 矩形荷载（基础）的宽度或圆形荷载的直径；矩形荷载（基础）的宽度或圆形荷载的直径；沉降影响系数，与基础的刚度、底面形状及计算沉降影响系数，与基础的刚度、底面形状及计算 点位置有关，有表

3、格可查；点位置有关，有表格可查；E E0 0 地基土变形模量地基土变形模量。 SS 不满足设计要求不满足设计要求地基的沉降及不均匀沉降地基的沉降及不均匀沉降（墨西哥城）（墨西哥城） 分层总和法分层总和法单向压缩公式（道路工程）单向压缩公式（道路工程） 规范修正法（建筑工程）规范修正法（建筑工程） 三向变形公式三向变形公式应力历史法应力历史法斯肯普顿斯肯普顿比伦法比伦法弹性力学公式弹性力学公式有限单元法有限单元法1s2s3snssss21niis1321ssss1s2s3sisnH1H2H3HiHnd121111iiiiiiiieeesHHeeiiiiiiHeppas1121)(21iiiiii

4、sippsHHE11isiieEaiiiiippeea1221分层分层总和总和2112211111111nnniiiiiiiiiiiiiiisiappeeppsHHHeeEniiss1Hi=?n=?ep 地基沉降计算分层；地基沉降计算分层； H Hi i0.4b0.4b；1 12m2m 计算各土层压缩量；计算各土层压缩量；分层1分层i分层j分层np0压 缩 层 画地基、基础剖面图；画地基、基础剖面图；dP土土层层1土土层层iHiczczz1 . 02 . 0 或 计算自重应力；计算自重应力； ip1ip2 确定地基压缩层深度确定地基压缩层深度； 计算最终沉降量计算最终沉降量 计算基底接触压力；

5、计算基底接触压力； 计算基底附加压力；计算基底附加压力； 计算地基中的附加应力；计算地基中的附加应力；2112211111111nnniiiiiiiiiiiiiiisiappeeppsHHHeeE21底顶czicziip212底顶ziziiippN110001),(),(iiziizsizzdzzblfzzdzzblfEpiizdzdP分分层层1分分层层j分分层层i11( )1( )iiiizzzizzzsisizsdzz dzEE21( )( )sip zp zdzdzE( )zsizdzEiizzsidzzblfpE1),(10p0zi1zi1000),(),(iizzsidzzblfdz

6、zblfEp1p2piizzsidzzblfEp1),(0i1iniiiiisizzEps1110)()(110iiiisiizzEpsdP分分层层j分分层层izi1zi)(11010iiiisipzpzE 结合沉降观测资料，设置调整系数结合沉降观测资料，设置调整系数niiiiisiszzEps1110)(zz 压缩层厚度压缩层厚度 第第n n分层层底至基底的距离分层层底至基底的距离变形比法：变形比法：niinss1025. 0)ln4 . 05 . 2(bbzn表表3.113.11中，中， 为沉降计算深度范围内压缩模量的当量值；为沉降计算深度范围内压缩模量的当量值；siiisEAAEsEsi

7、isiEAEAakf为地基承载力特征值为地基承载力特征值0pssiE1iziz1ii01111()nniissisiiiisipssszzE小小大大手算工作量手算工作量烦乱烦乱清晰明了清晰明了基本概念基本概念计算公式计算公式变形比变形比应力比应力比沉降计算深度沉降计算深度引入计算经验系数引入计算经验系数计实计实中等：计实中等：计实软弱：计软弱：计实实计算结果评价计算结果评价附加应力面积系数附加应力面积系数分层分层总和总和计算步骤计算步骤规范规范方法方法分层总和法分层总和法项目项目iiziisiziiheeeheahEs1211110111()niisiiisipszzE讨论1：两种沉降计算方法

8、的初步对比？讨论2：能否实现二者统一？本质区别本质区别分层细化分层细化变形比法变形比法考虑此项考虑此项传统分层总和法传统分层总和法规范法规范法小程序实现小程序实现只要在地基沉降计算的分层总和法中，将土的压只要在地基沉降计算的分层总和法中，将土的压缩性指标改为从原始压缩曲线（缩性指标改为从原始压缩曲线（ 曲线）曲线）确定，就可以考虑应力历史对地基沉降计算的影确定，就可以考虑应力历史对地基沉降计算的影响了。响了。 pelg)/lg(lglg12211221ppeeppeeCc1111111111lg()lg11lg()1nniiiciiiiiiiiniiiciiiiehshCpppeehppCep

9、 孔隙比将只沿着原始再压缩曲线发孔隙比将只沿着原始再压缩曲线发展，孔隙比的变化展，孔隙比的变化11lgeppeCp 1cmpppS 对于各分层共有m层，固结沉降为：1111lg1mimeiiHppSCep1cAppp 情况：孔隙比将首先沿着原始再压缩曲线孔隙比将首先沿着原始再压缩曲线发展，之后再沿着原始压缩曲线发发展，之后再沿着原始压缩曲线发展，孔隙比的变化：展，孔隙比的变化：eee 11lglglgececpeCppCp1lg()lgcceCppp11lglgceccpppeeeCCpp 1cnpppnS 对于各分层共有 层，固结沉降为：111lglg1nicnecioicHpppSCCep

10、p1cppp B情况：nmnmSSS层土，地基总沉降回弹指数回弹指数压缩指数压缩指数沉降由附加应力及本身自重引起，可近似按沉降由附加应力及本身自重引起，可近似按正常固结土计算正常固结土计算2.2.瞬时沉降：地基受荷后立即发生的沉降瞬时沉降：地基受荷后立即发生的沉降3.3.固结沉降：固结沉降： 在荷载作用下，随着孔隙水的逐渐排出，孔在荷载作用下，随着孔隙水的逐渐排出，孔 隙体积减少，土逐渐压密而产生的沉降，通隙体积减少，土逐渐压密而产生的沉降，通 常采用分层总和法计算。常采用分层总和法计算。 4.4.次固结沉降：由土骨架的蠕动变形所引起沉降次固结沉降：由土骨架的蠕动变形所引起沉降niiiistt

11、CeHs110lg11.1.总沉降总沉降scdssss研究目的：预计建筑物在施工期间和使用期间的地研究目的：预计建筑物在施工期间和使用期间的地 基沉降量。基沉降量。 设计预留建筑物有关部分之间的净空；设计预留建筑物有关部分之间的净空； 考虑连接方法和施工顺序。考虑连接方法和施工顺序。 尤其对发生裂缝、倾斜等事故的建筑物，更需要尤其对发生裂缝、倾斜等事故的建筑物，更需要 了解当时的沉降与今后沉降的发展，即沉降与了解当时的沉降与今后沉降的发展，即沉降与 时间的关系，作为事故处理方案的重要依据。时间的关系，作为事故处理方案的重要依据。1 1饱和土渗透固结的过程饱和土渗透固结的过程（1 1）体积：孔隙

12、中自由水逐渐排出；）体积：孔隙中自由水逐渐排出； 孔隙体积逐渐变小。孔隙体积逐渐变小。（2 2）应力：孔隙水压力逐渐转移至土固架。）应力：孔隙水压力逐渐转移至土固架。2 2渗透固结的力学模型渗透固结的力学模型0u（1 1）骤然施加压力：）骤然施加压力：（2 2）经过时间）经过时间t t后：后：（3 3）t t ：zu0zu0z0u固结过程实质上是土层中的应力重分布过程固结过程实质上是土层中的应力重分布过程（1 1）土均质、各向同性、完全饱和；）土均质、各向同性、完全饱和；（2）孔隙水和土固体颗粒不可压缩；）孔隙水和土固体颗粒不可压缩；（3）土中附加应力沿水平面无限均匀分布，故土层压缩和水的渗流

13、为一维；）土中附加应力沿水平面无限均匀分布，故土层压缩和水的渗流为一维；（4）土中水的渗流符合达西定律；）土中水的渗流符合达西定律；（5）渗透固结过程中，渗透系数）渗透固结过程中，渗透系数k和压缩系数和压缩系数a为定值；为定值；（6 6）外荷一次骤然施加外荷一次骤然施加1 1研究对象的假设研究对象的假设拟解决的问题拟解决的问题H隔水、不可压缩层隔水、不可压缩层透水面透水面zdzzp0uwuhu2 2一维固结微分方程一维固结微分方程q”qdxdydzdxdyzhkkiAvAq)(（1 1）渗流条件）渗流条件dxdydzzhzhkq)(2222221wwwuhuuhhzz22hqqkdxdydzz

14、22wkuqqdxdydzz（2 2）变形条件）变形条件00111vVeedxdydzdxdydztteetadadpde0()pueuaaatttt 01vVaudxdydztet（3 3）渗流连续条件）渗流连续条件 dxdydztueadxdydzzukw122tVqqv dxdydzzukqqw22dxdydztueatVv122(1)wkeuuaztwvaekC)1 ( 令：令：tuzuCv22土的固结系数，土的固结系数，m m2 2/ /年年一维固结一维固结微分方程微分方程3 3一维固结微分方程的解一维固结微分方程的解（1 1）初始条件和边界条件）初始条件和边界条件)0(0);0(0

15、0);0(0);0(0tzuHztuzHzutHzutz时，时，时，时，（2 2）解）解 式中， 孔隙水压力； 正的奇整数（1，3，5，）； 自然对数的底； 土层厚度，亦是孔隙水的最大渗径；单面排水时， 取土层的厚 度；双面排水时，水由土层中心向上下两个方向排出，取为土 层厚度的一半； 竖向固结时间因子，无量纲。 umeHH2HtCTvv14222sin14),(mTmzveHzmmtzu三、地基固结度三、地基固结度（1 1）定义：）定义：/tctcUss（2 2）计算：）计算：vTteU42281224221,3811vmmTtmUem 当当固结度大于固结度大于30%30%时，可近似地取前一

16、项时，可近似地取前一项: :地基最终的固结沉降的固结沉降地基在某一时刻 tHzHtdzzdztzuU00)(),(1四、地基固结过程中任意时刻的变形量度四、地基固结过程中任意时刻的变形量度五、土的固结系数五、土的固结系数wvaekC)1 ( czctsUs 时间平方根法时间平方根法时间对数法时间对数法2 2双曲线法双曲线法statst1 1对数曲线法对数曲线法(1)attses1 1沉降量沉降量（1 1）定义：特指基础中心的沉降，）定义：特指基础中心的沉降，mmmm（2 2）作用：单层排架结构，尤其是多层排架结构受荷较大的柱；高耸结构）作用：单层排架结构，尤其是多层排架结构受荷较大的柱；高耸结

17、构2 2沉降差沉降差（1 1）定义：同一建筑物中，相邻两个基础的沉降量差值，）定义：同一建筑物中，相邻两个基础的沉降量差值，mmmm（2 2）作用：框架结构和单层排架结构。）作用：框架结构和单层排架结构。3 3倾斜（倾斜（）（1 1）定义：特指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。）定义：特指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。（2 2）作用：多高层建筑、烟囱、水塔、高炉等高耸结构）作用：多高层建筑、烟囱、水塔、高炉等高耸结构4 4局部倾斜（局部倾斜（） （1 1）定义：砖石砌体承重结构，沿纵向）定义：砖石砌体承重结构，沿纵向6 610m10m内基础两点沉降差与其距离的内基础两点沉降差与其距离的 比值。比值。（2 2）作用：砌体承重结构设计）作用：砌体承重结构设计1.1.验证工程设计与沉降计算的正确性验证工程设计与沉降计算的正确性2.2.判别建筑物施工的质量判别建筑物施工的质量3.3.发生事故后作为分析事故原因和加固处理的依据发生事故后作为分析事故原因和加固处理的依据1.1.减小沉降量的措施减小沉降量