土力学与基础工程第2版教学课件作者代国忠第4章土的压缩性与地基沉降计算课件.ppt

按正常固结土层计算欠固结土的沉降，所得结果可能远小于实际观测的沉降量。 3） 欠固结土（ pc ＜ p1 ）的沉降计算 4.4 应力历史对地基沉降的影响 本次课小结： 4.4.1 正常固结、超固结和欠固结的概念 4.4.2 土的现场压缩曲线的推求 1. 先期固结压力pc 的确定 2. 现场原始压缩曲线的推求 4.4.3 考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算 1. 正常固结土（ pc=p1 ）的沉降计算 2. 超固结土（ pc p1 ）的沉降计算 3. 欠固结土（ pc ＜ p1 ）的沉降计算 4.5.1 地基沉降与时间关系计算目的 在工程设计中，需计算建筑物在施工期间和使用期间地基沉降量，掌握地基沉降与时间的关系。 对发生裂缝、倾斜等事故建筑物，需要了解当时的沉降与今后沉降的发展，即沉降与时间的关系，作为确定事故处理方案的重要依据。 对于饱和土体沉降的过程，因土的孔隙中充满水，在荷载作用下，必须使孔隙中的水部分排出，土固体颗粒才能压密，即发生土体压缩变形。 4.5 固结理论及地基沉降与时间的关系 ①对于砂土和碎石土地基，因压缩性较小，透水性较大，一般在施工完成时，地基的沉降已全部或基本完成。 ②低压缩性粘性土，施工期间一般可完成最终沉降量的50%～80%；中压缩性粘性土，施工期间一般可完成最终沉降量的20%～50%；高压缩性粘性土，施工期间一般可完成最终沉降量的5%～20%。 ③层厚较大的饱和淤泥质粘性土地基，沉降有时需要几十年才能稳定。 4.5.2 饱和土的渗透固结 1）饱和土的渗透固结过程 饱和土体在压力作用下，随时间增长，孔隙水被逐渐排出，孔隙体积随之缩小的过程，称为饱和土的渗透固结。 ①土体孔隙中自由水逐渐排出。 ②土体孔隙体积逐渐减小。 ③孔隙水压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。 上述三个方面为饱和土体固结作用：排水、压缩和压力转移，三者同时进行的一个过程。 渗透固结所需时间的长短主要与土的渗透性和土层厚度有关，土的渗透性愈小、土层愈厚，孔隙水被排出所需的时间愈长。 2）渗透固结力学模形 用一个弹簧活塞力学模型来模拟饱和土体中某点的渗透固结过程。 3）两种应力在深度上随时间的分布 4.5.3 太沙基一维固结理论 1） 一维固结理论的基本假定 ①土层是均质、各向同性和完全饱和的；土粒和孔隙水都是不可压缩的。 ②土中水的渗流和土的压缩只沿竖向发生，水平方向不排水，不发生压缩。 ③土中水渗流服从达西定律，且渗透系数K 保持不变。 ④在固结过程中，压缩系数a 保持不变。 ⑤外荷载（附加应力）一次骤然施加，且沿土层深度呈均匀分布。 ⑥土体变形完全是由土层中有效应力增加引起的。 2） 单向固结微分方程的建立 （1）单向固结微分方程建立 根据达西定律： （a） （b） 孔隙体积的压缩量： （c） （d） 化简之后得： （2）固结微分方程的解 根据以上初始条件和边界条件，采用分离变量法，应用傅里叶级数解为： 3） 地基固结度计算 或 地基平均固结度(Ut)：某一时间t 有效应力图面积与总附加应力图面积之比。 令 令 矩形荷载中心点O 处的沉降量是虚线划分的四个相同小矩形角点O的沉降量之和: 小矩形的长宽比: 中心点的沉降: 即矩形荷载中心点沉降量为角点沉降量的两倍: 令 则: 局部荷载作用下的地面沉降（绝对柔性基础，沉降呈碟形 ） 中心荷载作用下基础沉降可以近似地按绝对柔性基础基底平均沉降计算。 对均布矩形荷载，上式积分结果为： 2） 刚性基础下的沉降计算（绝对刚性基础） 4.3.2 分层总和法 1）基本计算原理 ①基底附加压力p0为作用于地表面的局部柔性荷载，对于非均质地基，由其引起的附加应力可按均质地基考虑，按弹性理论方法计算地基中的附加应力。 ②只计算地基中竖向附加应力 作用下土层压缩变形的沉降量，剪应力作用忽略不计。 ③土层压缩时不发生侧向变形。 若受压层以下有软弱土层时，应计算至软弱土层底部。 2） 基本假定 分层总和法计算地基最终沉降量 3）计算方法和步骤 【解】1）绘柱基及地基土的剖面图。 9)柱基中点总沉降量。 4.3.3《建筑地基基础设计规范》推荐沉降计算法 对大量建筑物进行沉降观测，并与分层总和法计算相对比发现： ①中等强度地基，计算沉降量与实测沉降量相接近； ②软弱地基，计算沉降量小于实测沉降量，最多可相差40%； ③坚实地基，计算地基沉降量远大于实测沉降量，最多竞相差5倍。 分析计算地基沉降量与实测沉降量差别的原因： ①分层总和法所作的几点