江苏省盐城工学院土力学与基础工程课件第四章 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 地基沉降与时间的关系 4.1 土的压缩性 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。 4.1.1 室内压缩试验 (1)试验仪器 (2)试验方法：侧限压缩试验 (3)试验结果（土的压缩曲线图片） (4)试验结果（孔隙比）的推导 4.1.2 土的压缩性指标 (1)土的压缩系数 为了便于比较，通常采用压力段由p1=100kPa 增加到p2=200kPa 时的压缩系数a1-2来评定土的压缩性如下： (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模量 4.1.3 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，都是可恢复的弹性变形。 变形模量、压缩模量的关系 σx=σy=K0σz 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。 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 6. 公式解释： 4.3 地基沉降与时间的关系 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相当长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即沉降与时间的关系。 4.3.1 饱和土的有效应力原理 饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之 间存在如下关系：  1、饱和土体渗流固结过程 3、不同排水条件下一维渗流固结过程 4、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。 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 5、固结度 （1）定义： 4.3.3 地基沉降与时间关系计算步骤 （1）计算地基最终沉降量； （2）计算地基附加应力沿深度的分布； （3）计算土层的竖向固结系数和时间因子； （4）求解地基固结过程中某一时刻t沉降量。 σZi σZ(i-1) Hi 由《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）提出 分层总和法的另一种形式 沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数 附加应力面积 深度z范围内的附加应力面积 附加应力通式σz=K p0 代入 引入平均附加应力系数 因此附加应力面积表示为 因此 4.2.2 《规范》法 zi-1 地基沉降计算深度zn zi △z zi-1 5 3 4 6 1 2 b 1 2 3 4 5 6 1 2 aip0 ai-1p0 p0 p0 第n层 第i层 zi Ai Ai-1 沉降计算深度zn应该满足 当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面为止 当无相邻荷载影响，基础宽度在1～30m范围内，基础中点的地基沉