2地基的应力与沉降.ppt

地下水位变化对自重应力的影响 由于土的自重应力取决于土的有效重量，有效重量在地下水位以上用天然重度，在地下水位以下用浮重度，因此地下水位的升降变化会引起自重应力的变化。 地下水位大幅度下降，使地基中原水位以下土体的有效自重应力增加，会造成地表下沉的严重后果 地下水位上升，如果该地区土层具有遇水后土的性质发生变化（如湿陷性或膨胀性等）的特性，则地下水位的上升会导致一些工程问题。 饱和土中的有效应力 有效应力：土中控制压缩和抗剪强度的应力 A.W.毕肖普 K.太沙基 饱和土的孔隙压力 A.W.斯肯普顿 按有效应力原理计算土中自重应力 太沙基一维固结理论 基本假设： 1. 土层是均质，各向同性和完全饱和的 2. 土的压缩完全是由于孔隙体积的减少土粒和水是不可压缩的 3.水的渗流和土层的压缩仅在竖向发生 4.水的渗流遵从达西定律 6.外荷载一次瞬时施加保持不变 5.渗透系数k和压缩系数a保持不变 一维固结微分方程 根据渗流的连续条件，一维固结微分方程如下： 初始条件和边界条件如下： 应用傅立叶级数，可求得满足初始条件和边界条件的解答如下： 在某一固结应力作用下，经某一时间t后，土体发生固结或孔隙水应力消散的程度 孔隙水压力梯形分布的固结度计算 某一时间t的沉降量等于矩形(I) 和三角形(II)两部分沉降之和(情况4) 　　某建筑物地基中有一厚为6.1m的正常固结粘性土层，该层上下面均为排水砂层，在建筑物荷载作用下，设该层附加应力为均匀分布，其值为9t/m2，由试验得Cv=1.2×10-3cm2/sec，试求多少天内建筑物的固结沉降量为最终固结沉降量的一半？ 解： 得： 由 可得： 即 在181.6天内建筑物的固结沉降量为最终沉降量的一半。 由 试简述如何用固结理论求解下列两种课题的步骤：（1）已知历时求沉降量；（2）估算达到某沉降量的历时。 答: (1) 已知历时求沉降量的步骤 a 估计该土层的最终沉降量S； b 计算该土层的竖向固结系数 c 计算竖向固结时间因数 d 应用公式 计算固结度,或查 系曲线求 f 应用公式 ，可求竖向应力于已知历时的沉降量。 (2)估计达到某沉降量的历时 a 由公式 ，可求固结度Uz b 查曲线 或用弹力公式计算 c 计算竖向固结系数 d 由 可求历时。 　　如下图所示正常固结粘土地基，其基本物理力学指标为：含水量58%，比重2.71，重度18.5kN/m3，孔隙比1.0440，固结系数1.75×10-7m2/s，变形模量6.0×103kPa，泊松比0.5，次压缩系数0.005，中心沉降影响系数1.24。今在地基表面有80kPa的4m×5m均布矩形荷载。试计算该土层在荷载中心点处20年时的地面沉降；该地基固结沉降有无极限？若有，是多少？若没有，请给出理由。 注：假定地基平均固结度为95%时发生次固结。 附：（1）土样压缩试验结果： (2)均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数； 不可压缩层 粘土 5m 80kPa 地下水位 解： 故固结沉降 20年后总沉降 该地基固结沉降无极限，瞬时沉降和主固结沉降都是有限的，而次固结沉降则是无限的， 当 如图所示地基土层厚 ，压缩模量 ，渗透系数 问：加载一年后地基的固结沉降多大？若土层的厚度、压缩模量、渗透系数均增大一倍；问：与原来相比，该地基的固结沉降有何变化？ ，地表作用有大面积均布荷载 ，荷载瞬时施加； 解： (1)最终固结沉降量 由 得： q H k，Es 不排水地基 又由 得 一年时的沉降量： （2） (不变) 因 故固结沉降不变。 初始沉降（瞬时沉降）Sd 土体在附加应力作用下产生的瞬时变形 固结沉降Sc 饱和与接近饱和的粘性土在荷载作用下随着超静孔隙水压力的消散土中孔隙水的排出土骨架产生变形所造成的沉降(固结压密) 次固结沉降Ss 主固结过程(超静孔隙水压力消散过程)结束后，在有效应力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形 土的性质对沉降的影响 砂土地基 初始沉降是主要的，排水固结变形在荷载作用后很快完成 饱和软粘土地基 固结沉降是主要的，需要很长时间才能完成 沉降计算方法 初始沉降 采用弹性理论求解 固结沉降 根据固结确定试验参数，采用 分层总和法求解 次结沉降 根据蠕变试验确定参数，采用 分层总和法求解 次固结变形定义 　　次固结变形为主固结变形完成后，土体的变形在时间上把主固结变形和次固结变形截然分开的意见在学术界看法是不一致的。 　　将地基沉降分成三部分是从变形机理角度考虑，并不是从时间角度划分的地基固结沉降和次固结沉降难以在时间上分开。 * hi 试样 水槽 内环 环刀 透水石 传压板 百分表 测定：轴向