第三章地基土的变形

1、第三章 地基土的变形 土木工程系马时强3.1 概述n土体的变形或沉降主要由以下三方面土体的变形或沉降主要由以下三方面原因引起：原因引起：（1）固体颗粒自身的压缩或变形；）固体颗粒自身的压缩或变形；（2）土中孔隙水（有时还包括封闭气）土中孔隙水（有时还包括封闭气体）的压缩；体）的压缩；（3）土中孔隙体积的减小，即土中孔）土中孔隙体积的减小，即土中孔隙水和气体被排出。隙水和气体被排出。3.2 土的压缩性3.2.1 压缩试验和压缩曲线压缩试验和压缩曲线 3.2 土的压缩性3.2.1 压缩试验和压缩曲线压缩试验和压缩曲线 3.2 土的压缩性3.2.2 压缩系数压缩系数1221tanppeepea3.2

2、 土的压缩性3.2.3 压缩模量（侧限压缩模量）压缩模量（侧限压缩模量）aeeepeEs12111)()1 (需要注意的是，Es与a一样，在不同竖向压力条件下的值不同。Es越小表示土的压缩性越高。3.3 地基变形计算3.1.1 概述概述 地基沉降变形主要由三部分组成：瞬时沉降、主固结地基沉降变形主要由三部分组成：瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降。其中瞬时沉降一般按弹性体考虑，即沉降和次固结沉降。其中瞬时沉降一般按弹性体考虑，即土体在受竖向荷载后向四周挤出变形，由于饱和土体中的土体在受竖向荷载后向四周挤出变形，由于饱和土体中的水来不及排除，故总体积不发生变化。除在饱和软粘土地水来不及排除，故总体

3、积不发生变化。除在饱和软粘土地基上施加荷载，尤其如临时或活荷载占很大比重的仓库、基上施加荷载，尤其如临时或活荷载占很大比重的仓库、油罐和受风荷载的高耸建筑物等情况，瞬时沉降占总沉降油罐和受风荷载的高耸建筑物等情况，瞬时沉降占总沉降相当部分，应当予以估算外，瞬时沉降一般不予考虑。相当部分，应当予以估算外，瞬时沉降一般不予考虑。 3.3 地基变形计算3.1.2 分层总和法计算地基沉降分层总和法计算地基沉降 1.基本假定基本假定（1）认为基底附加应力）认为基底附加应力p0是作用于地表的局部荷载；是作用于地表的局部荷载；（2）假定地基为弹性半无限体，地基中的附加应力按第）假定地基为弹性半无限体，地基中

4、的附加应力按第2章所述计算；章所述计算；（3）土层压缩时不发生侧向变形；）土层压缩时不发生侧向变形；（4）只计算竖向附加应力作用下产生的竖向压缩变形，不计剪应力的）只计算竖向附加应力作用下产生的竖向压缩变形，不计剪应力的影影 响。响。2.基本公式基本公式iiheeeS1211isiziihES3.3 地基变形计算3.1.2 分层总和法计算地基沉降分层总和法计算地基沉降 3.分层总和法计算原理与步骤分层总和法计算原理与步骤(1)原理：由于地基土层往往不是由单一土层组成，各土层的压缩性能不原理：由于地基土层往往不是由单一土层组成，各土层的压缩性能不一样，在建筑的荷载作用下在压缩土层中所产生的附加应

5、力的分布沿一样，在建筑的荷载作用下在压缩土层中所产生的附加应力的分布沿深度方向也非直线分布，为了计算地基最终沉降量深度方向也非直线分布，为了计算地基最终沉降量s，首先必须分层，首先必须分层，然后分层计算每一薄层的沉降量然后分层计算每一薄层的沉降量si，再将各层的沉降量总和起来，即，再将各层的沉降量总和起来，即得地基表面的最终沉降量得地基表面的最终沉降量s。niiss13.3 地基变形计算3.1.2 分层总和法计算地基沉降分层总和法计算地基沉降 3.分层总和法计算原理与步骤分层总和法计算原理与步骤(2)步骤和方法步骤和方法 分层，为了地基沉降量计算比较精确。除每一薄层的厚度分层，为了地基沉降量计

6、算比较精确。除每一薄层的厚度hi0.4b外，基础底外，基础底面附加应力数值大，变化大，分层厚度应小些，尽量使每一薄层的附加应力面附加应力数值大，变化大，分层厚度应小些，尽量使每一薄层的附加应力的分布线接近于直线。地下水位处，层与层接触面处都要作为分层点。的分布线接近于直线。地下水位处，层与层接触面处都要作为分层点。计算地基土的自重应力，并按一定比例绘制自重应力分布图，计算地基土的自重应力，并按一定比例绘制自重应力分布图，(自重应力从地自重应力从地面算起面算起)。计算基础底面接触压力。计算基础底面接触压力。计算基础底面附加应力。计算基础底面附加应力。计算地基中的附加应力。计算地基中的附加应力。确

7、定压缩土层最终计算深度确定压缩土层最终计算深度Zn。计算每一薄层的沉降量计算每一薄层的沉降量si。 计算地基最终沉降量。计算地基最终沉降量。3.3 地基变形计算3.1.3 规范法计算地基沉降规范法计算地基沉降)(_1_011iiiisisiiisiiizzEpEAAEAS3.3 地基变形计算3.1.3 规范法计算地基沉降规范法计算地基沉降规范推荐的地基最终沉降量规范推荐的地基最终沉降量 规范中提供了各种荷载形式下地基中的平均附加应力系数表，计算时规范中提供了各种荷载形式下地基中的平均附加应力系数表，计算时可根据要求查表计算，查表方法与附加应力系数相同。可根据要求查表计算，查表方法与附加应力系数

8、相同。 _11_0)(iiiisisszzEpSS3.4 地基沉降与时间的关系3.4.1太沙基一维固结理论太沙基一维固结理论 1.固结模型固结模型 3.4 地基沉降与时间的关系3.4.1太沙基一维固结理论太沙基一维固结理论 1.基本假定基本假定（1）土体是饱和的；）土体是饱和的；（2）土体是均质的；）土体是均质的；（3）土颗粒与孔隙水在固结过程中不可压缩；）土颗粒与孔隙水在固结过程中不可压缩；（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；（5）在固结过程中，土的渗透系数）在固结过程中，土的渗透系数k是常数；是常数；（6）在固结过程中，土的压缩系数）在固结过程中，土的压缩系数a是常

9、数；是常数；（7）外部荷载时一次瞬时施加的；）外部荷载时一次瞬时施加的；（8）土体的固结变形是小变形；）土体的固结变形是小变形；（9）土中水的渗流与土体变形只发生在一个方向。）土中水的渗流与土体变形只发生在一个方向。 3.4 地基沉降与时间的关系3.4.1太沙基一维固结理论太沙基一维固结理论 2.固结方程固结方程 tuzuCv22.3.4 地基沉降与时间的关系3.4.1太沙基一维固结理论太沙基一维固结理论 3.固结方程固结方程 的解的解 边界条件：排水条件为单面排水，表面作用瞬时边界条件：排水条件为单面排水，表面作用瞬时施加的大面积均布荷载施加的大面积均布荷载p。 )4/exp(2sin14221vmTmHzmmpu3.4 地基沉降与时间的关系3.4.1太沙基一维固结理论太沙基一维固结理论 4.固结度固结度 uuU1ccttSSU HzHztztdzdzuabecaedabecabecabdcU001应力面积应力面积应力面积应力面积应力面积)(814/22vTtTfeUv3.4 地基沉降与时间的关系3.4.1太沙基一维固结理论太沙基一维固结理论 4.固结度固结度 3.4 地基沉降与时间的关系3.4.1太沙基一维固结理论太沙基一维固结理论 4.固结系数的试验确定固结系数的试验确定 常采用试验方法测定固结系数，一般是