土力学与地基基础(第四章土的压缩与地基沉降量计算)

§4.1土的压缩§4.2地基沉降量计算第四章土的压缩与地基沉降量计算工程实例问题：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Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触基坑开挖，引起阳台裂缝修建新建筑物：引起原有建筑物开裂高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除建筑物立面高差过大建筑物过长：长高比7.6:1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一致沉降（沉降量）差异沉降（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§4.1土的压缩侧限压缩试验及其应力－应变关系水槽内环环刀透水石试样传压板百分表•施加荷载，静置至变形稳定•逐级加大荷载测定：轴向应力轴向变形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se试验结果：压缩曲线e-σ′曲线a'(kP)01002003004000.60.70.80.91.0ePt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3sei00i0ee(1e)S/He-σ′曲线ea''ea'(kP)01002003004000.60.70.80.91.0e压缩系数，KPa-1a1-2常用作比较土的压缩性大小土的类别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0.1e-σ′曲线'ea'(kP)01002003004000.60.70.80.91.0eea'压缩系数，KPa-1，MPa-1e1e0sz'E侧限压缩模量，KPa，MPa固体颗粒孔隙z0e1e0s1eEavs01amE1e体积压缩系数，KPa-1，MPa-1单向压缩试验的各种参数的关系指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1e-σ′曲线e-lgσ′曲线a'(kP,lg)10010000.60.70.80.9eceC(lg')Cc11Ce压缩指数Ce回弹指数（再压缩指数）CeCc，一般Ce≈0.1-0.2Cce-σ′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：先期固结压力先期固结压力：历史上所经受到的最大压力p（指有效应力）s=z：自重压力p=s：正常固结土ps：超固结土ps：欠固结土psOCROCR=1：正常固结OCR1：超固结OCR1：欠固结相同σs时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小超固结比：上海展览中心馆：展览馆中央大厅为框架结构，箱形基础，埋深7.27m；箱基顶面至塔尖，总高96.63m。地基为高压缩性淤泥质土。1954年5月开工；1954年年底地基平均下沉量为60cm；1957年6月，最大下沉量146.55cm，最小122.8cm；1979年9月，平均下沉量160cm。最终沉降量S∞：StSt∞时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。不可压缩层可压缩层σz=pp§4.2地基沉降量计算基本假设：（1）地基是均质、各向同性的线弹性体；（2）基础整个底面与地基一直保持接触。弹性力学方法1、集中荷载作用下地表沉降：rEFyxws02)1()0,,(2、绝对柔性基础沉降：AyxddpEyxws22002)()(),(1)0,,(均布矩形荷载：0021bpEsc角点：00201bpEs中心点：0021bpEsm平均值：角点沉降影响系数中心沉降影响系数平均沉降影响系数地基沉降的弹性力学公式的一般形式：0021bpEs沉降影响系数3、刚性基础：AFddp),(0中心荷载作用下：0021bpEs偏心荷载作用下：0021bpEso基底形心处的沉降（平均沉降）：o基底倾斜弹性力学公式：圆形荷载：30216tanbFeE矩形荷载：E0，μ取值方法：1、土质均匀，直接取值；2、成层土地基，应取地基沉降计算深度范围内E0和μ的加权平均值；3、反算；4、计算短暂荷载作用下的沉降与倾斜，用弹性模量E代替E0，μ取0.5。30218tanbFeEK分层总和法1、基本假设（1）计算土中附加应力时，地基土是均质、各向同性的半无限体。（2）取基底中心点下的附加应力来计算各分层土的竖向压缩量，认为基础的平均沉降量s为各分层土竖向压缩量si之和。即：iniss1（3）计算△si，假设地基土只在竖向发生压缩变形，无侧向变形，故可利用室内侧限压缩试验成果进行计算。2、计算原理niiSiziniiiiiiniiiiiinihEhppeaheeess1112111211)(11iiiiiheees12111221ppeeaaeES113、计算步骤（1）分层。分层原则：①成层土的层面、地下水面是自然的分界面；②厚度hi≤0.4b（b为基底宽度）。（2）计算基底中心点下各分层界面处土的自重应力σczi和竖向附加应力σzi。土的自重应力以天然地面起算，地下水位以下的土层一般取有效重度。（3）确定地基沉降计算深度zn（或压缩层厚度）。一般按σzn/σczn≤0.2（对软土≤0.1）确定。（4）计算各分层土的平均自重应力和平均附加应力。（5）令p1i＝，p2i＝＋，根据e－p曲线得相应的e1i和e2i。（6）计算各分层土的压缩量△si。（7）计算沉降计算深度范围内地基的总变形量，即最终沉降量。czizicziczizi解：niiiiiniiheeess112111e-p曲线0pziiee21,zicziicziipp21iniiczh1α为z/b和l/b的函数cAGFp0ih（分层）2/)(2/)()1()1(ziizzicziiczczi（1）地基分层（2）地基竖向自重应力的计算（3）地基竖向附加应力的计算（4）地基分层自重应力平均值和附加应力平均值的计算（5）地基沉降计算深度的确定（6）地基各分层沉降量的确定（7）计算基础中点总沉降量（4）各分层自重应力平均值（p1i）和附加应力平均值（△pi）之和作为该分层受压后所受总应力p2i（5）确定压缩层深度：规范》推荐公式及公式推导式中：ψs--沉降计算经验系数，应根据同类地区已有房屋和构筑物实测最终沉降量与计算沉降量对比确定，一般采用表4-6的数值；应力面积法该方法是一种简化了的分层总和法，其引入了平均附加应力系数的概念，重新规定了地基沉降深度的标准及地基沉降计算经验系数。iniSiziinihEss1,1,1、计算原理126512433456AAAzpdzpdzAzzz0000zdzzzpA001)(1110112561234,iiniiiSiniSizzEpEAAs2、沉降计算经验系数和沉降计算)(1110,iiniiiSisszzEpss3、地基沉降计算深度Znniinss1,,025.0在Zn处向上取厚度△Z无相邻荷载影响，基础宽度在1～30m范围内，基础中点的沉降计算深度Zn也可按下列公式估算：)ln4.05.2(bbzn解：（1）求基底压力和基底附加压力（2）确定沉降计算深度Zn（3）沉降计算s’①求△s’②校核Zn③计算s’（4）计算s①计算Es值②确定ψs③计算s太沙基一维渗流固结理论