土的压缩性与地基沉降计算清楚明了

地基与基础工程SoilMechanicsandFoundationEngineering第三章土的压缩性与

地基沉降计算§3.1土的压缩性§3.2地基最终沉降量§3.3建筑物沉降观测与地基容许变形荷载作用下土体的压缩性;土的压缩试验和固结试验;地基最终沉降量的计算;土的变形与时间关系(一维固结理论)。主要内容:重点：土的压缩性和压缩性指标的确定;用分层总和法和规范法计算基础沉降的;了解固结原理和固结随时间变化的概念.土具有压缩性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的压缩特性地基厚度均匀沉降（沉降量）不均匀沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用概述土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应－沉降速率工程实例问题：沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固。墨西哥某宫殿左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土美国双子大厦受外力撞击建筑物倾斜。§3.1土的压缩性土压缩的原因固体土颗粒本身被压缩土空隙中水及封闭气体被压缩水和气体从孔隙中被挤出土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性1、压缩性一、基本概念2、固结与固结度

作用于饱和土体内某截面上总的正应力s由两部分组成：一部分为孔隙水压力u，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水自重引起的称为静水压力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力（孔隙水压力）；另一部分为有效应力σ’，它作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由土粒自重引起的即为土的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应力。饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系：（1）任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和；（2）土的变形是有效应力引起的。固结：土的压缩随时间而增长的过程加荷瞬间，σ=u而σ’=0。随着时间的增长，u下降，而σ’增长。当固结变相稳定时，u=0而σ’=σ，由此可见饱和土压密过程实际上是孔隙水压力逐渐消散，有效压力增加的过程，则饱和土完全固结。固结度ut:土的固结过程中某一时间t的固结沉降量s1与固结稳定的最终沉降量s之比称为固结度ut。当t=0时，st=0，则ut=0，即固结完成0%当固结稳定时，st=s,则ut=1.0，即固结基本上达到100%完成。固结度的变化范围为0～1，它表示在某一荷载作用下经过t时间后土体所能达到的固结程度。水槽内环环刀透水石试样传压板百分表逐级施加荷载，至变形稳定测定：竖向压应力竖向变形试验结果：二、室内压缩试验与压缩性指标1、压缩试验与e-p曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vv＝e0Vs＝1h0/(1+e0)h0V’v＝eiVs＝1hi/(1+e)phisi受荷后土样的高度变化:设初始高度h0,受压后的高度hi,则hi=h0—si,si为每级荷载作用下的变形量土样体积在受压前后不变其中由于逐级（一般为6级）施加荷载在不同压力p作用下，可得到相应的孔隙比e，根据一一对应关系，以横座标表示压力，以纵座标表示孔隙比，绘制e-p曲线，称为压缩曲线．试验过程中的两个基本条件:受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不变。e0eppi压缩曲线再压缩曲线残余变形e-p曲线压缩曲线的绘制方式e-p曲线e-lgp曲线

回弹曲线弹性变形10010000.60.70.80.9eCc11Cee-lgp曲线2、压缩性指标（MPa-1）1）、压缩系数：一般取压缩曲线上M1M2两点切线的斜率值，称为土的压缩系数。实际工程中，往往用割线斜率表示：土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土≥0.5中压缩性土0.1～0.5低压缩性土<0.1p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线△p△eβ《规范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条直线来代替。2）、压缩指数Cc：10010000.60.70.80.9eCc11Ce压缩指数Ce回弹指数（再压缩指数）Ce

<<Cc，一般Cece-p曲线缺点：不能反映土的应力历史

特点：有一段较长的直线段指标：3)、压缩模量Es：土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。侧限压缩模量单位：Mpa，

Kpae1-相当于压力p1的孔隙比：a-相当于压力p1增加至p2时的压缩系数土的类别ES(MPa-1)低压缩性土≥15中压缩性土4～15高压缩性土≤4三.土压缩性的原位测试现场载荷试验: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的沉降量s，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成p-s曲线，即获得了地基土载荷试验的结果。地基土现场载荷试验图反力梁千斤顶基准梁荷载板百分表1－承压板2－千斤顶

3－百分表

4－平台

5－支墩

6－堆载试验加价荷标准黄应符合四下列要逝求：加荷等肿级应不愚小于8扒级，最扮带加荷剧量不应滑小于设勇计荷载夺的2倍无；每级加扒荷后，房诚按间隔曾10、斤10、豪10、揪15、叼15m哀in，胶以后为漠每30册min缸读一次塌沉降量烂，沉降挠量＜0笔.1m喘m/h共认为稳爱定可以城加下一逮次荷载巾；除第吨一次命，其办后每谷次加霞荷，卷对松接软土酱10亏～2方5k感Pa山，对如坚硬侵土5乒0k升Pa偏。凭降观测刺累计悔荷载既下的斯沉降国量s笼，直虹到达橡到以般下状号况终拌止加液载：荷载试惰验p～S曲召线oPcrPuPS1arbcs1）妄荷载疮板周棍围的斥土有冷明显疯基础忆；2）荷共载p增黄量很小轮，但沉滩降量s锈却急剧撑增大：3）昏在某环一荷战载下坟，2福4h钟内沉末降速文率不简能达耐到稳腰定标阴准；4）沉泡降量与鹿承压板欣宽度或嗓直径之掀比（s滚/b威)≥0财.06掘。§3.惜2地颜基最终备沉降量坝的计算最终沉我降量S∞：t燃∞时喇地基衣最终挨沉降缘瑞稳定雁以后乖的最厨大沉著降量直，不烫考虑脉沉降底过程少。不可病压缩民层可压六缩层σz=pp地基政表面塔的竖虏向变醋形，银称为症地基央沉降各，或庸基础权沉降悉。1、基竟本假定腔和基本重原理理论上雾不够完框备，缺稀乏统一呀理论；单向压慢缩分层酒总和法穗是一个隐半经验乡丰性方法。一、地妹基最终记沉降量饺分层总纽奉和法（a）乳假设基源底压力型为线性放分布得，认为爹土质是恋均匀的（b）王采用基镇础中心归点下附增加应力涛为计算喘依据（c）晨不考虑爱土的侧理向变形怨，因压然缩性指辟标是在册侧限条浓件下测漫定的（d宗）地基规最终茄沉降净量等毒于各禽层土韵沉降则量之帮和：si第i层土的拿沉降量2、省计算逆公式裤：最终逆沉降驴量：各分愤层沉约降量：e1i———由第i层的自炊重应力祥均值从暖土的压凤缩曲线灵上得到树的相应增孔隙比e2i———由第i层的自戴重应力痒均值与棵附加应兰力均值偿之和从鹅土的压葡缩曲线群上得到德的相应沃孔隙比Esi———第i狭分层思土的吴压缩福模量仆；σzi——营—第i层土上唱下层面叹所受附啄加应力裂的平均数值3、计斜算步骤残：d地面基底pp0d自重应力附加应力压缩层下限(沉降计算深度）szizihi(b歇)分植别计茂算每脖分层糖界面聪处的芬自重悦应力贡和附借加应多力，广并画贝出应坝力图乔形(c)确定地督基中压俩力层厚斯度zn。采用应沫力比:(a)僵划分薄腰层hi①不同巨土层礼界面；②地下水靠位标高狮处；③每层剥厚度≤0.4b里(基破础宽贫度）；(f)劝计算碎地基最跳终沉降亩量，实际拉就是撒将各给薄层完土沉胆降量棋之和话s=Si(d柿)计觉算每壤薄层彼土沉插降量咏Si①一般土乌层：σz/σsz≤0.古2；②软粘土获层：σz/σsz≤0.导1；zn二、《归建筑地副基基础忙设计规甘范》方寒法在总结瓶大量实俊践经验节的基础顾上，对差分层总刃和法的宁计算结挖果，作粘必要的胜修正。变《建筑怖地基基滑础设计枕规范》育（GB坐500堂07-振200修2）提记出的一器种计算维方法—扔—简称雾“规范虫法”。《规晚范》层法的史要点挽：(1李)引察入平千均附重加应侍力系略数的烫概念(2)廉引入一杜个沉降易计算经筝验系数轰ψs则修正率后的地格基沉降扭量为：一般皂情况义：软粘土（应力俯集中）S偏小,Ψs>副1硬粘土（应力台扩散）S偏大,Ψs<珠1沉降计毒算经验形系数1.辰计算屯原理设地是基土堆层均类质、塌压缩荷模量病不随委深度伯变化，则捏：:深度Z美范围内制竖向附羽加应力已面积A内的等代读值:深度普Z范欠围内差竖向轰附加往应力赏系数凳,，A—应力面斑积《规范钉法》地饺基沉降快计算简炎图：2.贼地基陡沉降石计算闷深度驰（地狭基压锈缩层肤厚度稻）对于地谷基的计遮算深度歪，即地沾基压缩崭层厚度贫，可分塘两种情佣况：⑵无相遍邻荷结载的衫基础宏中点宫下:式中b锣-基础拿宽度，翼适用于遭1m～30m银范围。⑴有相挠邻荷此载影魂响:离或：在计坝算深度况zn范围刻内，免第i首层土促的变洒形值：在zn处向上梳取厚度吨△z土瓶层的计勺算变形吧值，沈△z按欣规定确酬定。计算层言厚度葵△z值垂的选取：表3-笼5在计版算地袭基变劈燕形时蹄，应逃考虑及相邻湾荷载脸的影勾响，赠其值加可按丹应力再叠加笛原理积，采拘用角丸点法截计算研。规范法丹计算基盖础沉降摇量的步苏骤为：（1）乌计算疮基底附角加应力疤；

（扎2）稻以天然讽土层作槐为分层中面（即岭按Es分层）探；乱（3）音确定工压缩层胳厚度zn，采用斧变形比蓬（4）扭分别壤计算每盲层土的坚变形量俘（枯5）弹计算竿基础总偿沉降量【例】试按互规范叛推荐啊的方狐法计格算图所示昏基础松Ⅰ的正最终衔沉降除量，胆并考菠虑基础Ⅱ犯的影响坦。已知腔基础Ⅰ认和Ⅱ各承受腥相应陶于准则永久露组合董的总景荷载瓦值Q=椒11恨34课KN数，基辣础底究面尺典寸b×依l=之2m枯×3轮m,吗基础嚼埋置废身度拦d=终2m战。其他条歌件见图窜。【解答角】⑴、计算基绘底压力基底处刃总压力基底处筝土的自拴重压力⑵、计算未压缩坚层范凭围内鸭各土周层压晓缩量计算内过程配见图利表zi

(m)基础Ⅰ基础Ⅱ对基础Ⅰ的影响ain=l/bm=l/baⅠin=l/bm=l/baⅡi01.501.0003.32.0002.01.520.75761.30.00420.76074.01.540.50852.70.01420.52273.71.53.70.53652.50.01300.5495zi

(m)aizi(m)aizi-ai-1zi-1(m)Esi(kPa)△si=p0(aizi-ai-1zi-1)

/Esi(mm)∑△sI(mm)△sn/∑△si002.01.5221.522829.129.14.02.0910.569108.737.83.72.0330.058100.880.023⑶、确定压贼缩层下咸限在基底禁下4m尤深范围涛内土层寺的总变护形量开，恢在勾处以让上隶（基画础宽度客b=顷2m，且查表3导-5得扇）业厚土层斑变形值登。故所取暂沉降计杨算深度搭满色足规范读要求。⑷、确定沉尘降计算揭经验系筋数压缩映层范街围内乌土层功压缩魂模量缴的平嗓均值查表3唐-3得死ψs=0.舰9。⑸、计算基搞础最终灶沉降量三、土状的沉降燃与时间忍的关系●饱立和粘性逢土地基驳在建筑禾物荷载半作用下往要经过无相当长笔时间才铅能达到很最终沉拒降，不谊是瞬时岛完成的芬。为了捆建筑物警的安全侄与正常悼使用，葵对于一弱些重要甚或特殊感的建筑斩物应在粮工程实旷践和分悟析研究墙中掌握雄沉降与光时间关医系的规条律性，库这是因语为较快架的沉降旅速率对瞧于建筑摩物有较酱大的危级害。例鸽如，在惭第四纪浮一般粘仅性土地吉区，一梁般的四和、五层寸以上的垃民用建暗筑物的睬允许沉失降仅10c塞m左右确，沉蛾降超拔过此红值就报容易润产生借裂缝挂；而送沿海名软土锯地区显，沉驾降的棕固结喊过程浅很慢乘，建竹筑物画能够茅适应脑于地佳基的屡变形舱。因屈此，觉类似孤建筑泼物的谜允许徒沉降嚷量可羞达20诞cm甚至乘更大应。●碎石绩土和砂士土的压覆缩性小耳而渗透摊性大，饰在受荷杀后固结宅稳定所渣需的时退间很短掘，可以拉认为在幸外荷载垦施加完乘毕时，喷其固结贸变形就锁已经基宿本完成眨。饱和猪粘性土拉与粉土杂地基在滔建筑物荡荷载作丽用下需春要经过纸相当长装时间才晌能达到皂最终沉厉降，例萍如厚的绍饱和软撑粘土层它，其固早结变形聋需要几宿年甚至简几十年六才能完蓄成。因类此，工狱程中一笋般只考慎虑粘性事土和粉访土的变拢形与时绘间的关李系。一、建创筑物沉黑降观测3.3材建筑鸭物沉降棍观测与裳地基容精许变形把值（1穴）验吵证工滨程设浅计与贡沉降杯计算浅的正始确性树；（2廊）判榴别建漂筑物肺施工熄的质绝量；（3方）发纺生事孔故后僵作为部分析灰事故率原因秆和加脱固处为理依耳据。能够具及时榴发现龙建筑捷物变圆形并置防止隶有害补变形姐的扩思大。（1）埋设地插点要靠极近观测档对象，螺但必须塞在建筑唐物所产户生的压正力影响洒范围以链外。（2）在一个倍观测区卧内，水烛准基点纯≥3个宾，埋置筐深度应遥与建筑眉物基础毒的埋深尺相应。（1）根据来建筑迁物的臭平面宵形状猴，结复构特但点和晨工程聪地质嚼条件残考虑答布置宗观测芒点。（2呈）一般孙设置哥在四挺周的赵角点泻、转倘角处者、纵怪横墙梢的中羡点、柔沉降寸缝和镰新老恋建筑谜物的连接处专。（3勇）数量一舍般不小木于6点染，间距埋一般为障6～1江2米。1.余目的2.艳必要六性3.慕水准达基点磨的设妖置4.观依测点的课设置沉降观俘测采用表精密水乱准仪，至观测精券度为0厘.01马㎜。民用建犯筑每增加高一层硬观测一凡次；工业狭建筑队在不兔同荷配载阶伐段分并别进舞行观庸测，萌施工绿期间焦不应披少于4次；竣工杰后第破一年狱不少晓于3～5次；第二年俊不少于2次；以后瞧每年拘一次养，直近到稳栋定。哪（稳乘定标门准为旁半年龟沉降迟量不道超过2㎜）减速堡沉降廊（沉俊降速誓率减取少到脑0.歌05价㎜/堤d以穗下时扛）：语认为黎沉降巡寿趋于旷稳定确。等速沉袖降：导哲致地基阀丧失稳遗定的危魂险。加速沉读降：表恢示地基挑已丧突失稳定抢，应及吓时采取机措施，嗓防止发殿生事故爽。5.油仪器晓与精受度6.观测次雕数和时觉间7.观稳测资料俘的整理建筑物丈地基变者形的特筹征，可佳分为沉蹄降量、碍沉降差裳、倾斜塞和局部独倾斜4殿种。1.沉降课量(mm炸)定义:搏特指基橡础中心痕的沉降遇差，以速mm为鱼单位；作用:半若沉降袖量过大慎，势必队影响建折筑物的驻正常使牛用。（一）畜地基变表形分类二、地羡基允许望变形值2.沉降差(m罢m)定义:绢指同一在建筑物歪中相邻荐两个基怕础沉降介的差值晃；作用:塔若沉降禽差过大暴，建筑础物将发变生裂缝腔、倾斜奴和破坏其。3.倾斜（‰兵）定义握:指托独立邀基础缺倾斜塌方向稍两端射点