《地基的应力与沉降》课件

地基的应力与沉降本课程将深入探讨建筑物基础的应力分布和沉降情况,帮助您全面掌握地基设计的关键知识。我们将从基础理论出发,通过实际案例分析,为您提供可靠的地基应力沉降计算方法。课程概述课程目标通过本课程的学习，使学生深入理解地基的重要性及其应力与沉降的基本理论,掌握地基承载力和沉降计算的方法,为后续的工程设计和建造奠定基础。课程内容本课程包括地基概述、地基应力状态计算、地基承载力分析、地基沉降计算等内容,并结合工程案例进行讲解和讨论。教学方式采用课堂讲授、课堂讨论、案例分析等多种教学方式,辅以适当的实践操作,培养学生的分析问题和解决问题的能力。考核方式期末考试为主,考核内容包括理论知识和实际应用两个方面,兼顾过程性考核。地基概述地基的定义地基是建筑物和构筑物承受荷载并将其安全可靠地传递到地层的基础部分。它是建筑物重要的组成部分。地基的类型根据地基的形式和结构,地基可分为浅基础和深基础两大类,包括筏板基础、独立基础、桩基础等多种类型。地基设计原则地基设计需满足承载力、沉降控制和抗震等要求,确保建筑物的稳定性和安全性。地基的作用传递载荷地基的主要作用是将建筑物和机械设备的重量安全地传递到地层之中。维持稳定地基应能够提供足够的承载力,确保建筑物在不同载荷作用下保持稳定。防止沉降地基应能限制建筑物的沉降,确保建筑物的安全性和使用性。改善地基通过适当的地基处理方法,可以改善不良地基的性能。地基的要求承载能力强地基需具有足够的承载能力，能稳定支撑住建筑物的重量,承受各种作用力而不发生过大的变形。变形小地基的沉降和倾斜变形必须控制在允许范围内,以确保建筑物的稳定性和使用性。持久耐久地基材料应具有耐久性,能长期安全地承担建筑物的荷载,并且不会因环境变化而发生破坏。经济适用地基设计和构造应尽量经济,减少建设成本,同时满足工程质量和使用要求。地基的类型及特点浅基础建筑物基础深度一般不超过3米,主要适用于地基土质较好的情况。深基础基础深度较大,通常采用桩基或者井基,适用于地基土质较差的情况。浅基础变形浅基础会产生沉降、倾斜等形变,需要进行设计控制。深基础抗力桩基、井基等深基础具有良好的承载力,适用于地基较差的情况。均匀载荷作用下的应力状态当均匀载荷作用于地基表面时,地基内部会产生不同程度的压力分布。这种压力分布呈现逐深度递减的趋势,最大值出现在地表,深度越大压力越小。地基的应力计算1应力状态确定地基内部的应力状态2荷载分析评估对地基产生的荷载3力学模型建立适合的力学分析模型4应力计算根据模型计算地基内部的应力分布正确计算地基的应力水平是设计和评估地基承载力的关键。首先需要了解地基内部的应力状态,确定作用于地基的各类荷载,然后建立合理的力学分析模型,最后根据模型计算得到地基内部的应力分布。这一步骤确保了后续沉降和承载力的准确评估。应力分布曲线的绘制在地基承载力计算中,需要根据荷载作用下地基内部的应力分布情况绘制应力分布曲线。这有助于分析荷载对地基内部的影响,为地基设计提供依据。应力分布曲线的绘制需要遵循一定的方法和技术要求。通过使用Boussinesq公式或其他相关计算方法,可以计算地基内部不同深度处的垂直应力值。将这些应力值在垂直方向上进行绘图,就可以得到应力分布曲线。这些曲线可以反映出荷载作用下地基内部应力的分布状态,为分析地基承载能力提供重要参考。荷载对地基的影响载荷类型不同类型的载荷,如静载荷、动载荷和特殊荷载,会对地基产生不同的应力和变形影响。加载方式地基受到的荷载如果是集中加载、均布加载或者不规则加载,其应力分布也有所不同。荷载强度较大的荷载强度会导致地基发生过度压缩或者破坏,因此需要合理控制荷载强度。荷载持续时间持续时间长的荷载会使地基发生累计变形,短期荷载的影响则相对较小。地基的实际应力分布实际的地基应力分布与理论计算结果存在一定差异。影响应力分布的因素包括地基的材料特性、地层结构、荷载分布、施工等，这些会造成实际应力分布呈现不同于理论计算的图形。精确掌握地基的实际应力分布情况对合理设计地基基础非常重要。理论应力分布实际应力分布均匀、规则分布不均匀、不规则分布接近理想弹性体假设受多种因素影响产生变化可通过计算公式确定需要现场测试监测获取地基的极限承载力300kN/m²极限承载力表示地基能承受的最大均布荷载1.5安全系数用于计算地基承载力时的附加安全系数200kN/m²允许承载力将极限承载力除以安全系数所得的设计值地基的极限承载力是指地基能承受的最大均布荷载,是评判地基强度的重要指标。计算时需考虑附加安全系数,得出的允许承载力才是实际设计使用的数值。相对沉降10%常见差异沉降1%-3%容许相对沉降5%-10%结构损坏域10%+结构危险相对沉降是指地基不同部分的沉降量存在差异。这种差异沉降会导致建筑物发生倾斜、弯曲、开裂等损害,严重影响使用安全。一般情况下,容许相对沉降控制在1%-3%,5%-10%时结构开始损坏,超过10%则存在很大危险。因此,必须精准计算并有效控制相对沉降。绝对沉降绝对沉降是指建筑物从施工前的原地面到最终稳定沉降状态之间的全部沉降量。这包括了不同原因导致的各种类型沉降的总和。评估绝对沉降量对于确定基础设计和施工方案至关重要。超出允许范围的绝对沉降会严重影响建筑物的稳定性和安全性。精确计算绝对沉降需要调查地质条件、荷载情况和影响因素,运用理论模型进行预测和分析。可通过实测监测数据与理论计算结果对比,掌握实际沉降趋势并及时进行调整优化。沉降计算的理论基础1Terzaghi压缩理论基于土体压缩性质的Terzaghi模型是沉降计算的基础理论之一。该模型将土体分为压缩区和非压缩区，并引入压缩指数等参数来描述沉降过程。2弹性理论运用土体的弹性参数,如弹性模量和泊松比,采用弹性理论也可以预测地基的沉降情况。这种方法更适用于颗粒性土体。3塑性理论对于黏性土地基,需要考虑土体的塑性特性。塑性理论将土体视为理想塑性体,根据应力-应变关系计算沉降。沉降的三种类型表层沉降由于地表层土壤松散和潮湿导致的较小沉降，通常发生在浅层建筑基础下。压缩沉降由于地基土被上覆荷载压缩而发生的持续性沉降，是最常见的沉降类型。膨胀沉降一些膨胀性土壤在受水分影响时会发生膨胀,从而引起基础的抬升与沉降。表层沉降的计算计算基础表层沉降主要受地基表层土的压缩变形影响，可采用经验公式进行计算。影响因素土层厚度、饱和度、粒径分布等特性会对表层沉降产生影响。计算步骤确定土层特性参数计算表层承载力根据承载力估算表层沉降量实际应用表层沉降计算结果可为建筑基础设计提供重要参考。压缩沉降的计算1应变分析根据泊松比和应力分布确定垂直方向的应变2体积变化将应变转换为体积压缩量计算地基压缩沉降3单层压缩对单层地基进行压缩沉降计算4多层累加对分层地基进行垂直压缩沉降累加计算压缩沉降计算过程包括应变分析、体积变化转换和单层-多层累加。通过分析地基应力状态确定垂直应变，再将应变转换为体积压缩量得到单层沉降。对分层地基则需要逐层叠加计算得到总的压缩沉降量。膨胀沉降的计算识别膨胀土首先要识别地基是否存在膨胀土,了解其特性和潜在的膨胀问题。确定膨胀指标进行室内试验测定土的膨胀指标,如膨胀压力和膨胀变形等。计算膨胀量根据现场荷载条件和试验数据,计算预期的膨胀沉降量。采取措施抑制结合工程实际,选择合适的地基处理方法来抑制膨胀沉降。地基承载力和沉降的关系承载力地基的承载力决定了其能够承受的最大荷载,是确保结构安全的关键指标。沉降地基在荷载作用下会发生不同程度的沉降,合理控制沉降有助于保证结构的使用性能。平衡合理选择地基类型和确定其尺寸,需要兼顾承载力和沉降的平衡,以确保整体结构的安全稳定。地基的选择1承载力要求根据建筑物的荷载情况和建设场地的地质条件,选择具有足够承载力的地基。2沉降控制选择能够控制地基在承载荷载下的沉降量,避免对建筑物结构造成不利影响。3施工便捷性兼顾地基的施工难度和成本,选择适合现场条件的地基形式。4环境因素考虑地基对周围环境的影响,尽量减少对周边建筑物和设施的影响。地基的处理方法进行地基处理根据实际的地基情况,可采取不同的地基处理方法,如夯实、换填、注浆等,以提高地基承载能力。进行地基检查在地基施工过程中,需要进行定期检查和监测,确保地基质量符合设计要求。进行地基加固若地基承载能力不足,可采取灌注桩、边坡支护等措施进行地基加固,确保建筑物的稳定性。桩基基础桩基是一种特殊的基础形式,用于承载大荷载或地基承载力较弱的情况。桩基能将荷载传递到较深的、稳定的地层中,提高地基承载力和稳定性。桩基通常采用混凝土、钢或木材制成,根据受力状态可分为摩擦桩、端承桩和混合桩。合理选择桩基型式和尺寸,对于建筑物稳定性和安全性至关重要。浅基础的设计1基础位置选择选择基础位置时需考虑地形地质条件、水文条件等因素,避免不良地质环境。确保基础稳定可靠,满足安全性和经济性要求。2基础形式确定根据建筑物的性质、荷载大小、地基承载力等选择合适的基础形式,如独立基础、条形基础或筏形基础。3基础尺寸计算按照地基承载力理论和极限状态设计原理计算基础尺寸,确保基础具有足够的承载能力和稳定性。深基础的设计1基坑开挖根据地质条件确定最佳开挖方案2桩基施工采用钻孔灌注桩或预制桩等技术3基础承台设计承台尺寸以满足承载力要求4基础验算检查基础的承载力和沉降指标深基础是将基础建筑物支撑在深层土体或岩层上的一种基础形式。它通过基坑开挖、桩基施工、承台设计等步骤来确保基础的安全可靠。在实际设计中需要仔细考虑地质条件、荷载情况等因素,确保基础满足承载力和沉降控制的要求。地基处理的技术1土质改良通过注入水泥浆或化学药剂等方式来增强软弱土壤的承载能力。2换填基础用更加稳定的土质材料替换软弱的原有地基。3桩基础利用带有桩的基础来转移荷载到更深的坚实土层。4边坡支护通过支撑或加固措施来防止边坡塌陷和滑动。地基监测沉降监测通过设置沉降监测设备，如沉降标、应变计等，定期测量地基的实际沉降情况，及时分析数据并采取相应的防治措施。应力监测利用应力仪等设备，监测地基内部的应力变化情况，以评估地基的稳定性和承载能力。及时发现并预防潜在的问题。支护监测对支护结构进行定期检查和监测，确保其持续发挥应有的支撑作用，避免因支护失效而引发地基问题。地基病害与防治常见地基病害地基在使用过程中可能出现沉降、裂缝、倾斜等病害。这些病害通常由地基基础设计不当、施工质量问题或自然灾害导致。病害识别与评估及时发现地基病害并进行专业评估十分重要。可通过定期巡检、监测数据分析等方式发现问题，并采取相应的检测手段。预防与治理措施重要的是要从源头上预防病害发生。可采取加固、注浆、更换基础等措施。对于已发生的病害,需要制定针对性的治理方案。小结地基的重要性地基是建筑物承载的根基,承受着整个建筑物的荷载,对建筑物的安全稳定至关重要。应力与沉降分析分析地基受到的应力状态和预测地基的沉降变化是设计中的核心