第8章 地面沉降问题的工程地质分析.ppt

地面沉降问题的工程地质分析 环境与土木工程学院地质工程系 2007年9月 8.1.2研究意义 地基的沉降特别是不均匀沉降，不仅会影响到建筑物本身的使用功能和美观性，更为重要的是它常常会造成建筑的变形破坏，由此带来严重的工程事故和灾难，为此我们对建筑物所容许的沉降变形量做出了相应的规定。 * * 8.1.1主要危害 [1]沿海地区沉降使地面低于海面，受海水侵袭； [2]一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失或降低了港湾设施的能力; [3]桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通. [4]在一些地面沉降强烈的地区，伴随地面垂直沉陷而发 生的较大水平位移，往往会对许多地面和地下构筑物造成巨大危害; [5]在地面沉降区还有一些较为常见的现象，如深井管上升、井台破坏，高摆脱空，桥墩的不均匀下沉等，这些现象虽然不致于造成大的危害，但也会给市政建设的各方面带来一定影响。 由不均匀沉降常会造成墙壁开裂 §8.l 主要工程危害及研究意义 §8.l 主要工程危害及研究意义 400 300 200 200 H≤100 100H≤200 200 H≤250 高耸结构基础的沉降量 (mm) 0.008 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 H≤20 20H≤50 50 H≤100 100H≤150 150 H≤200 200 H≤250 高耸结构基础的倾斜 0.004 0.003 0.002 0.0015 H≤24 24H≤60 60 H≤100 H100 多层和高层建筑基础的倾斜 0.004 0.003 纵向 横向 桥式吊车轨面的倾斜 200 中压缩性土 120 单层排架(柱架6m)柱基沉降量(mm) 0.003 L 0.001L 0.005 L 0.002 L 0.0007 L 0.005 L 框架结构 砖石墙填充的边排柱 当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构 工业与民用建筑相邻柱基的沉降差 0.003 0.002 砌 体 承 重 结 构 基 础 的 局 部 倾 斜 高压缩性土 中、低压缩性土 地 基 土 类 别 变 形 特 征 建筑物的地基沉降变形允许值 §8.l 主要工程危害及研究意义 国外某城区的大面积地面沉陷 §8.2 地面沉降的形成机制 8.2.1形成机制剖析： 承压水位降低所引起的应力转变及土层的压密位于末固结或半固结疏松沉积层地区内的大城市，因为潜水易于污染往往开发深层的承压水作为工业及生活用水的水源。 在孔隙承压含水层中，抽汲地下水所引起的承压水位的降低，必然要使含水层本身和其上、下相对含水层中的孔隙水压力随之而减小。 根据有效应力原理可知，土中由复盖层荷载引起的总应力是由孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的，由水承担的部分称为孔隙水压力，它不能引起土层的压 由于不均匀沉降房屋出现拉裂 §8.2 地面沉降的形成机制 密故又称为中性压力，而由土骨架承担的部分则能直接造成土层的压密，故称为有效应力；二者之和等于总应力。 以抽水过程为例进行分析: 假定抽水过程中土层内的总应力不变，那么孔隙水压力的减小必然导致土中有效应力的等量增大，结果就会引起土层成比例的固结。由于区域性地面沉降范围较广阔，压缩层厚度与沉降范围相比较，又相对较小，因此无论从理论或实际应用上，即可以把这类由于抽水引起的地面沉降问题按一维固结问题处理。 由于不均匀沉降房屋出现拉裂 §8.2 地面沉降的形成机制 由于透水性能的显著差异，上述孔隙水压力减小，有效应力相应增大的过程，在砂层和粘土层中的表现是截然不同的。 在承压水位降低后，直到应力转变过程(也就是固结过程)最终完成之前的相当长的一段时间里，粘土层中始终不同程度地存在有高于和新的承压水位。相平衡 的孔隙水压力，这部分孔隙 工程开挖后呈散体堆积的土 §8.2 地面沉降的形成机制 水压力通常被称为剩余孔隙水压力或超孔隙水压力。土层内现有的剩余孔隙水压力的大小，是衡量该土层在现存的应力条件下可能最终产生的固结、压密的强烈程度的重要标志，通常可以通过实测加以查明。 土体中所含的孔隙水以及由此所产生的孔隙水压力对土体的压密、沉降有着很大的影响。 §8.2 地面沉降的形成机制 8.2·2 土层的性质及其变化与 地面沉降的关系 讨论了承压水位下降引起地面沉降尽管情况要复杂得多。如前所述，在土的固结、压密过程中起作用的只是有效应力，也就是说，土的固结、压密程度主要取决于曾经作用于土体上的有效应力的大小。通常将曾经作用于土层中的最大有效应力称为该土层的预固结应力(或先期固结应力)，它相当于压缩曲线上开始的近水平段终点处的压力值，故可通