第4章：土的压缩性和地基沉降计算.ppt

4、土的压缩性和地基沉降计算 4.1 土的压缩性 4.2 地基最终沉降量计算 4.3 饱和土体的渗透固结理论 4.4 地基沉降与时间的关系 基础沉降量或沉降差的大小首先与土的压缩性、土的压缩层厚度及分布有关，易于压缩的土，基础的沉降大，而不易压缩的土，则基础的沉降小。 基础的沉降量与作用在基础上的荷载性质和大小有关。一般而言，荷载愈大，相应的基础沉降也愈大；而偏心或倾斜荷载所产生的沉降差要比中心荷载为大。 在这一章里，我们首先讨论土的压缩性；然后介绍目前工程中常用的沉降计算方法；最后介绍沉降与时间的关系。 4.2 土的压缩特性 土的压缩性高低，常用压缩性指标定量表示。压缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样，进行室内压缩试验测定。 第二节 研究土压缩性的试验及指标 室内压缩仪 压缩仪详图 土样切取 (2)试验结果（土的压缩曲线图片） e-p曲线 4.2.2 土的压缩性指标 (1)土的压缩系数a (2)土的压缩指数 (3)土的压缩模量 (4)土的回弹再压缩曲线及回弹再压缩指数 压缩指数与回弹再压缩指数 Cs=(0.1~0.2)Cc 土的压缩性减小 土体如果承受到比现在大的压力，其压缩性将降低，也就是说土的应力历史对压缩性有很大影响 4.2.3 土的压缩性原位测试 原位测试方法适用于： 地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。 国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。 原位测试方法包括： 载荷试验、静力触探试验、旁压试验等 载荷试验示意图 载荷试验结果分析图－地基土的变形模量 土的弹性模量 定义:土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值。 如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，或在计算饱和粘性土地基上瞬时加荷所产 变形模量、压缩模量的关系 1.地基的最终沉降量：是指地基在建筑物等其它荷载作用下，地基变形稳定后的基础底面的沉降量。 沉降计算原理与方法 2.地基沉降的原因： 外因：主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力。（宏观分析） 内因：土的三相组成。（微观分析） B)内因:土由三相组成，具有碎散性，在附加应力作用下土层的孔隙发生压缩变形，引起地基沉降。 3.计算目的：预知该工程建成后将产生的最终沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜，判断地基变形是否超出允许的范围，以便在建筑物设计时，为采取相应的工程措施提供科学依据，保证建筑物的安全。 S[S] 满足设计要求 S[S] 不满足设计要求 计算方法： 分层总和法（道路工程） 《规范》法（建筑工程） 弹性力学公式 有限单元法 4.计算原理 例题分析 分层总和法计算(4) B.应力面积法计算 应力面积法计算 4.5 饱和土的单向固结理论 地基的变形不是瞬时完成的，地基在建筑物荷载作用下要经过一定的时间才能达到最终沉降量。 在工程设计中，除了要知道地基最终沉降量外，往往还需要知道沉降随时间的变化过程（固结）即沉降与时间的关系。 2、土的单向固结理论－太沙基一维固结理论 适用条件：荷载面积远大于压缩土层的厚度，地 基中孔隙水主要沿竖向渗流。 单向固结微分方程及其解答 基本假定： （1）土是完全饱和的均质、各向同性体； （2）土颗粒和土中水都是不可压缩的； （3）土中水的渗流只沿竖向发生，服从达西定律； （4）土的渗透系数k和压缩系数a为常数； （5）外荷是一次瞬时施加。 单向固结微分方程 式中 为土的竖向固结系数， k－渗透系数 a－压缩系数、 e－天然孔隙比 3、固结度 （1）定义： 各种情况下地基固结度的求解 单元体的渗流条件 单元体的变形条件 单元体的渗流连续条件 有效应力原理 边界条件 （2）计算公式（地基中附加应力上下均匀分布） 平均固结度Uz A A g z0 p Net stress increase A)地基沉降的外因:通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定，主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力。 ?h （墨西哥城） 地基的沉降及不均匀沉降 1.基本假设 地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力。 在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标。 为了弥补假定所引起误差，取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降 2.单一压缩土层的沉降计算 在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增