第6章:地基变形.ppt

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第6章:地基变形

瞬时沉降 主固结沉降 次固结沉降 瞬时沉降:在加荷后立即发生的沉降。 影响系数 主固结沉降:在荷载作用下饱和土体中孔隙水排出,土体体积逐渐减小,有效应力逐渐增加,并最终达到一个稳定值,此时孔隙水应力消散为零,这一过程所产生的沉降为主固结沉降。 次固结沉降:土体在主固结沉降完成之后有效应力不变得情况下还会随时间的增长进一步产生沉降,称为次固结沉降。 斯肯普顿-比伦法计算基础最终沉降量 6.4 饱和土体渗透固结理论 土体在外荷作用下的压缩过程与时间有关 工程设计中,我们不但需要预估建筑物基础可能发生的最终沉降量,而且还常常需要预估建筑物基础达到某一沉降量所需的时间或者预估建筑物完工后经过一段时间可能产生的沉降量 饱和土中有效应力原理 有效应力:通过粒间接触面传递的应力称为有效应力,只有有效应力才能使得土体产生压缩(或固结)和强度。 把研究平面内所有粒间接触面上接触力的法向分力之和除以所研究平面的总面积所得的平均应力来定义有效应力 单向固结模型 单向固结模型 单向固结模型 在某一压力下,饱和土的固结过程就是土体中各点的超孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加的过程,或者说是孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力的过程 在转化的过程中,任一时刻任一深度上的应力始终遵循有效应力原理 求解地基沉降与时间关系的问题,实际上就变成求解在附加应力作用下,地基中各点的超孔隙水应力随时间变化的问题 Terzaghi单向固结理论 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。 基本假定: (1)土中水的渗流只沿竖向发生,服从达西定律; (2)土的渗透系数和压缩系数为常数; (3)土颗粒和土中水都是不可压缩的; (4)土是完全饱和的均质、各向同性体; (5)外荷是一次瞬时施加。 Terzaghi单向固结理论 Terzaghi单向固结理论 根据水流连续性原理、达西定律和有效应力原理,建立固结微分方程: cv——土的固结系数,m3/年 渗透固结前土的孔隙比 土的渗透系数 Terzaghi单向固结理论 t=0,0≤z≤H 时,u=σz 0<t≤∞,z=0时,? u/ ? z=0 0<t≤∞ ,z=H时,u=0 t=∞,0≤z≤H时,u=0 m——正奇整数1,3,5…; H——待固结土层最长排水距离(m),单面排水土层取土层厚度,双面排水土层取土层厚度一半 时间因素 单面排水 双面排水 Terzaghi单向固结理论 固结度及其应用 定义: 土中一点的固结度通常不重要,引入土层平均固结度的概念 固结度及其应用 对于附加应力为均匀分布的情况: * * * 第六章:地基变形 本章的主要内容: 地基最终沉降量的计算; 地基变形与时间的关系 6.1 概述 土体变形与应力状态 一般地基在自重应力作用下已压缩稳定 增加的附加应力导致地基土体发生变形 体积变形 形状变形 正应力引起,使土的体积压密缩小,不会导致土体发生破坏 剪应力引起,当剪应力超过一定限度时,土体将产生剪切破坏,此时的变形将不断发展。通常在地 基中是不允许发生大范围剪切破坏的。 本章讨论重点 土体变形与基础沉降 沉降:在附加应力作用下,地基土体积缩小,从而引起建筑物基础的竖直方向的位移(或下沉)称为沉降。 不均匀沉降:地基土各部分的竖向变形不同,在基础的不同部位会产生沉降差,使建筑物基础发生不均匀沉降。 后果:基础的沉降量或沉降差(或不均匀沉降)过大不但会降低建筑物的使用价值,而且往往会造成建筑物的毁坏。 地基不均匀沉降 地基不均匀沉降 土体变形与基础沉降 为了保证建筑物的安全和正常使用,我们要预先对建筑物基础可能产生的最大沉降量和沉降差进行估算。 基础的沉降量或沉降差与土的压缩性有关,易于压缩的土,基础的沉降大,不易压缩的土,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。荷载愈大,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。 6.2 地基变形的弹性力学公式 集中荷载作用 集中荷载作用下的竖向位移 地基中任一点的竖向位移: z=0时即地表面的竖向位移: 假定地基为半无限弹性体,直接应用 Boussinesq 弹性解得到荷载作用范围内的地基沉降量。 均布荷载作 6.3 常用的地基沉降计算方法 地基的变形计算主要是计算地基表面的垂直变形量,一般称为地基变形量或建筑物基础沉降量。 地基最终沉降量:指地基在建筑物荷载作用下最后的稳定沉降量。计算地基最终沉降量的目的在于确定建筑物最大沉降量、沉降差和倾斜,并将其控制在允许范围内,以保证建筑物的安全和正常使用。 沉降与时间的关系 地基沉降的原因(外因) A A g z0 p Net stress increase 通常认为地基土层在自重作用下压缩

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