4 土的变形性质及地基沉降计算.ppt

4 土的变形性质与地基沉降计算 地基土层在建筑物的荷载作用下产生变形，建筑物基础亦随之沉降，尤其是当荷载差异较大、或地基土层软弱不均时，往往导致建筑物基础出现较大的不均匀沉降、以致建筑物某些部位开裂、倾斜，甚至倒塌。　　为了保证建筑物的安全和正常使用，本章讨论荷载作用下土体的变形，这是土力学的重要问题之一。在地基基础设计中，要求地基土的变形量不超过允许值。 4 土的变形性质与地基沉降计算 　　 本章将介绍荷载作用下土的压缩性，地基最终沉降量计算，土的变形与时间关系(一维固结理论)，应力历史对粘性土压缩性和固结沉降的影响等。　　 本章重点为土的压缩性和压缩性指标的确定，计算基础沉降的分层总和法和规范法。至于一维固结理论和考虑应力历史时粘性土的固结沉降计算，是比较复杂的问题，虽其基本原理和概念也很重要(例如固结度的意义、影响沉降与时间关系的因素，以及正常固结土、超固结土和欠固结土的区分及其压缩性的差别等)，只要求作一般性的了解。 4 土的变形性质与地基沉降计算 4．1 土的压缩性 4．2 地基最终沉降量计算 4．3 应力历史对地基沉降的影响 4．4 地基变形与时间的关系 4．5 地基沉降计算有关问题综述 4．1 土的压缩性 1、基本概念 2、压缩试验及压缩性指标 3、土的载荷试验及变形模量 4、旁压试验及旁压模量 1、基本概念 因此，土的压缩性包含了两方面的内容： 1．最终压缩变形量，将引起建筑物的最终沉降量或变形量 2．压缩变形随时间而变化的过程------土的固结 在荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体中有效应力逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消散，这一过程称为固结。 对于透水性较大的砂土和碎石土，在荷载作用下，孔隙中的水很快排出了。因此，其固结过程在很短的时间内就可结束。相反地，对于粘性土，其透水性很差，在荷载作用下，土中水和气体只能慢慢地排出。因此，粘性土的固结过程所需的时间比砂土和碎土长得多，有时需十几年或几十年才能完成。 1、基本概念 土的压缩变形的快慢与土的渗透性有关。在荷载作用下，透水性大的饱和无粘性土，其压缩过程短，建筑物施工完毕时，可认为其压缩变形已基本完成；而透水性小的饱和粘性土，其压缩过程所需时间长，十几年、甚至几十年压缩变形才稳定。如意大利的比萨斜塔，始建于1173年，至今地基土仍继续变形，成为世界瞩目的地基处理大难题。 1、基本概念 土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程，称为土的固结，对于饱和粘性土来说，土的固结问题非常重要。 在荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体中有效应力逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消散，这一过程称为（渗透）固结。 研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验，室内试验简单方便，费用较低；了解地基土变形状况的现场测试，称为荷载试验。 研究土压缩性的意义 从工程意义上来说，地基沉降有均匀沉降和不均匀沉降之分。当建筑物基础均匀下沉时，从结构安全的角度来看，不致有什么影响，但过大的沉降将会严重影响建筑物的使用与美观， 如造成设备管道排水倒流，甚至断裂等；当建筑物基础发生不均匀沉降时，建筑物可能发生裂缝、扭曲和倾斜，影响使用和安全，严重时甚至使建筑物倒塌。因此，在不均匀或软弱地基上修建建筑物时，必须考虑土的压缩性和地基变形等方面的问题。 研究土压缩性的意义 对于道路和桥梁工程，一般来说，均匀沉降对路桥工程的上部结构危害也较小，但过量的均匀沉降也会导致路面标高降低、桥下净空的减少而影响正常使用；不均匀沉降则会造成路堤开裂、路面不平，对超静定结构桥梁产生较大附加应力等工程问题，甚至影响其正常和安全使用。因此，为了确保路桥工程的安全和正常使用，既需要确定地基土的最终沉降量，也需要了解和估计沉降量随时间的发展及其趋于稳定的可能性。 在工程设计和施工中，如能事先预估并妥善考虑地基的变形而加以控制或利用，是可以防止地基变形所带来的不利影响的。如某高炉，地基上层是可压缩土层，下层为倾斜岩层，在基础底面积范围内，土层厚薄不均，在修建时有意使高炉向土层薄的一侧倾斜，建成后由于土层较厚的一侧产生较大的变形，结果使高炉恰好恢复其竖向位置，保证了安全生产，节约了投资。 4．1 土的压缩性 1、基本概念 2、压缩试验及压缩性指标 3、土的载荷试验及变形模量 4、旁压试验及旁压模量 压缩试验 (1)试验仪器 侧限压缩仪（亦称固结仪） (2)试验方法：侧限压缩试验 土的压缩曲线 压缩模量（侧限压缩模量） 根据压缩模