3地基变形计算

1、本章要求:第四章 土的变形性质及地基沉降计算1、了解土的压缩特性。2、地基最终沉降量计算的基本方法。 第三章土的变形性质及地基沉降计算变形变形 强度强度 稳定稳定荷载荷载应力应力第三章土的变形性质及地基沉降计算第三章土的变形性质及地基沉降计算第一节 土的压缩性1、定义：地基土在外力作用下体积减少的、定义：地基土在外力作用下体积减少的特性。特性。2、体积减少的原因：、体积减少的原因：土中水和气体的排出（土中水和气体的排出（主要原因主要原因）；）；土颗粒的压缩；土颗粒的压缩；土中水和气体的压缩。土中水和气体的压缩。3、压缩变形的快慢、压缩变形的快慢土中水的土中水的渗透速度渗透速度。第三章土的变形性

2、质及地基沉降计算4、土体在外力作用下，压缩随时间增长的、土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程，称为土的过程，称为土的固结固结。一、基本概念一、基本概念二、压缩试验及压缩性指标二、压缩试验及压缩性指标（一）压缩试验（一）压缩试验第三章土的变形性质及地基沉降计算4.14.2一、压缩试验及压缩性指标一、压缩试验及压缩性指标（一）压缩试验（一）压缩试验侧限压缩试验侧限压缩试验根据每级荷载根据每级荷载 p(p600kpa)下的稳定变形量下的稳定变形量 ，可算出相应压力下的，可算出相应压力下的孔隙比孔隙比 。绘出。绘出pe曲线，即曲线，即压缩曲线压缩曲线。 假定土粒是不可压缩的，压缩试验前后假定土粒是不

3、可压缩的，压缩试验前后的土粒体积不变：的土粒体积不变：)1 (000ehseeiiisiesisvv 第三章土的变形性质及地基沉降计算一、压缩试验及压缩性指标（续）一、压缩试验及压缩性指标（续）（二）压缩系数（二）压缩系数a和压缩指数和压缩指数cc1、压缩系数、压缩系数ape曲线上某点的曲线上某点的切线斜率，通常用切线斜率，通常用p 1-2的割线斜率来的割线斜率来表示压缩系数表示压缩系数a 1-2 。实际工程中土的压力变化实际工程中土的压力变化范围常为范围常为p 1=100kpa（对（对应土的自重应力），应土的自重应力），p 2=200kpa （对应土的自（对应土的自重应力与附加应力和）。重应

4、力与附加应力和）。第三章土的变形性质及地基沉降计算4.3一、压缩试验及压缩性指标（续）一、压缩试验及压缩性指标（续）（二）压缩系数（二）压缩系数a和压缩指数和压缩指数cc1、压缩系数、压缩系数a122112211000tanppeeppeepedpdea切线斜率表示切线斜率表示割线斜率表示割线斜率表示地基规范表示地基规范表示第三章土的变形性质及地基沉降计算4.4土的类别土的类别a (mpa-1)高压缩性土高压缩性土 0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土0.1地基土按压缩性分类地基土按压缩性分类第三章土的变形性质及地基沉降计算一、压缩试验及压缩性指标（续）一、压缩试验及压

5、缩性指标（续）（二）压缩系数（二）压缩系数a和压缩指数和压缩指数cc2、压缩指数、压缩指数ccelog p曲线的后半段曲线的后半段接近直线，直线的斜接近直线，直线的斜率称为压缩指数率称为压缩指数cc。1221loglogppeecc用于土层固结历史用于土层固结历史对沉降的影响对沉降的影响第三章土的变形性质及地基沉降计算4.5一、压缩试验及压缩性指标（续）一、压缩试验及压缩性指标（续）（三）（三）压缩模量压缩模量es1、定义：、定义：es指在完全侧限条件下，土指在完全侧限条件下，土竖向附加应力与应变增量的比值。竖向附加应力与应变增量的比值。2、与弹性模量的区别：、与弹性模量的区别：a土在压缩时，

6、土在压缩时，不能侧向变形，只能竖向变形；不能侧向变形，只能竖向变形；b有部有部分塑性变形。分塑性变形。3、物理意义：表示土压缩性高低的指、物理意义：表示土压缩性高低的指标之一。标之一。第三章土的变形性质及地基沉降计算一、压缩试验及压缩性指标（续）一、压缩试验及压缩性指标（续）（三）（三）压缩模量压缩模量es第三章土的变形性质及地基沉降计算4.7（侧限）压缩模量（侧限）压缩模量es1+e11e1-epaeppevzs1111eevzvsvsvvvev , 1设第三章土的变形性质及地基沉降计算二、静载荷试验二、静载荷试验（加荷装置、反力装置及观察装置）（加荷装置、反力装置及观察装置）第三章土的变形

7、性质及地基沉降计算4.9ps整体破坏局部剪切破坏冲剪破坏二、静载荷试验（荷载沉降试验曲线）二、静载荷试验（荷载沉降试验曲线）第三章土的变形性质及地基沉降计算二、静载荷试验（二、静载荷试验（ps曲线）曲线）整整体体破破坏坏第三章土的变形性质及地基沉降计算4.10二、静载荷试验（续）二、静载荷试验（续） 目的目的：在现场进行静载荷试验，测出压力：在现场进行静载荷试验，测出压力 p与沉降与沉降 s 的关系曲线，通过反算可求得土的的关系曲线，通过反算可求得土的变形模量变形模量 e0 和地基的承载力和地基的承载力 fk 。1120)1(10001sbpesee01212：设see0第三章土的变形性质及地

8、基沉降计算一、分层总和法一、分层总和法 1、定义、定义：将地基在变形计算深度范围内：将地基在变形计算深度范围内划分为若干薄层，计算每一薄层土的变形量，划分为若干薄层，计算每一薄层土的变形量，然后叠加，即得地基的最终沉降量。然后叠加，即得地基的最终沉降量。 2、计算变形量时的假定：、计算变形量时的假定：a、采用完全侧限条件下的压缩性指标计算；、采用完全侧限条件下的压缩性指标计算；b、采用基底中心点下的附加应力计算。、采用基底中心点下的附加应力计算。第二节 地基的最终沉降量第三章土的变形性质及地基沉降计算一、分层总和法一、分层总和法iiiiiheees1211第三章土的变形性质及地基沉降计算一、分

9、层总和法（续）一、分层总和法（续）最终沉降量为：最终沉降量为：niiiiiheees11211niisiziniisiiniisiiihehephepps11112) 1 . 0(2 . 0软弱土取cznzn第三章土的变形性质及地基沉降计算一、分层总和法（续）一、分层总和法（续）分层总和法计算步骤：分层总和法计算步骤：p541、分层：土层或水位变化分界处，分层：土层或水位变化分界处，hi=0.4b；2、绘曲线：基底中心点下自重应力和附加应力曲线；绘曲线：基底中心点下自重应力和附加应力曲线；3、求沉降计算深度；求沉降计算深度；4、求各分层土的平均自重应力和平均附加应力；求各分层土的平均自重应力和

10、平均附加应力；5、由由ep曲线查出各层对应的孔隙比；（或曲线查出各层对应的孔隙比；（或es）6、求各分层的沉降量；求各分层的沉降量；7、求总的沉降量；求总的沉降量；第三章土的变形性质及地基沉降计算二、二、地基规范地基规范法法siiziiehsabcdabefcdefiziaaah1100iiabcdiiabefzpazpa)(110iiiisiizzeps第三章土的变形性质及地基沉降计算二、二、地基规范地基规范法（续）法（续）注意：注意：1、从分层总和法导出的简化方法；、从分层总和法导出的简化方法；2、对同一天然土层采用单一的压缩性指标，、对同一天然土层采用单一的压缩性指标，并采用平均附加应力

11、系数以简化计算；并采用平均附加应力系数以简化计算；3、结果要修正、结果要修正-沉降计算经验系数沉降计算经验系数niiiiisisszzepss1110)(s4、计算结果与实测值比较时，对于较紧密、计算结果与实测值比较时，对于较紧密的地基土偏大，较软弱的地基土侧偏小。的地基土偏大，较软弱的地基土侧偏小。第三章土的变形性质及地基沉降计算二、二、地基规范地基规范法（续）法（续）计算深度：计算深度：p601、试算确定（、试算确定（3-25）先根据经验初步设定一个计算深度值，求得先根据经验初步设定一个计算深度值，求得第第 i 层土的计算沉降值；求根据基底宽度确层土的计算沉降值；求根据基底宽度确定的土层厚

12、度的计算沉降值；比较。定的土层厚度的计算沉降值；比较。2、公式确定（、公式确定（3-26）满足：无相邻基础的影响，基础宽度在满足：无相邻基础的影响，基础宽度在150m内，基础中点的地基沉降时。内，基础中点的地基沉降时。第三章土的变形性质及地基沉降计算第三节 地基变形与时间表的关系为什么要知道变形与时间的关系？为什么要知道变形与时间的关系？ 1、对砂土地基，施工完毕时其变形已经基、对砂土地基，施工完毕时其变形已经基本完成；对高压缩性的饱和粘性土，施工本完成；对高压缩性的饱和粘性土，施工完毕时的变形量仅为总变形量的完毕时的变形量仅为总变形量的5%20%。2、要求解任一时间完成的变形量。、要求解任一

13、时间完成的变形量。3、研究对象为饱和粘土。、研究对象为饱和粘土。第三章土的变形性质及地基沉降计算一、土的渗透性一、土的渗透性 1、渗透：地基中的水，在有水头差（或压、渗透：地基中的水，在有水头差（或压力差）时，将通过土的孔隙力差）时，将通过土的孔隙流动流动。 2、渗透速度：单位时间内流过土体单位截、渗透速度：单位时间内流过土体单位截面积的水量。面积的水量。不是不是地下水的地下水的实际流速实际流速。mm/s。 3、达西定律：、达西定律： lhkv第三章土的变形性质及地基沉降计算一、土的渗透性（续）一、土的渗透性（续）第三章土的变形性质及地基沉降计算二、附加应力的分担作用二、附加应力的分担作用1、

14、渗透固结（固结）：饱和土体在附加应、渗透固结（固结）：饱和土体在附加应力作用下，排出孔隙中水并产生压缩变形力作用下，排出孔隙中水并产生压缩变形的过程。的过程。即孔隙水压力逐渐消散而有效应即孔隙水压力逐渐消散而有效应力相应增长的过程力相应增长的过程。2、孔隙水压力（超静水压力）：孔隙中水、孔隙水压力（超静水压力）：孔隙中水在附加应力作用下受到的相应压力。在附加应力作用下受到的相应压力。u3、有效应力：在固结过程中，土颗粒骨架、有效应力：在固结过程中，土颗粒骨架所受到的附加应力。所受到的附加应力。第三章土的变形性质及地基沉降计算二、附加应力的分担作用（续）二、附加应力的分担作用（续）uz当当t=0

15、，0,zu当当t=，zu,0第三章土的变形性质及地基沉降计算三、单向固结理论（也称太沙基一维固结理论）三、单向固结理论（也称太沙基一维固结理论）1、假定：、假定：1)土是均质、各向同性和完全饱和的；土是均质、各向同性和完全饱和的；2)土粒和孔隙水是不可压缩的；土粒和孔隙水是不可压缩的；3)土的压缩和孔隙水的渗透只沿竖向发生；土的压缩和孔隙水的渗透只沿竖向发生；4)土中水的运动服从达西定律；土中水的运动服从达西定律；5)土在固结过程中的渗透系数和压缩系数不变；土在固结过程中的渗透系数和压缩系数不变；6)荷载是一次性骤然施加的。荷载是一次性骤然施加的。第三章土的变形性质及地基沉降计算zutzfutzf),(),(第三章土的变形性质及地基沉降计算三、单向固结理论（也称太沙基一维固结理论）三、单向固结理论（也称太沙基一维固结理论）wvaekc)1(10002h