土的压缩性与地基变形.ppt

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1、4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性土的压缩性4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 土的应力历史及其对地基沉降的影响土的应力历史及其对地基沉降的影响4.5 4.5 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算6.1 6.1 概述概述 （墨西哥城）地基的沉降及不均匀沉降工工 程程 实实 例例几百年几百年前曾是古湖前曾是古湖泊、后来逐泊、后来逐渐干涸、填渐干涸、填埋深度达埋深度达200多米的多米的沉积盆地上。沉积盆地上。有人将这样有人将这样的地基形容的地基形容为为“大碗中大碗中装上果冻装上果冻”。4.1

2、 4.1 概述概述 墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：1709年年右部：右部：1622年年地基：地基：20多米厚粘土多米厚粘土工工 程程 实实 例例问题：问题：沉降沉降2.2米，且左右米，且左右两部分存在明显的两部分存在明显的沉降差。左侧建筑沉降差。左侧建筑物于物于1969年加固年加固4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝4.1 4.1 概述概述 新新建建筑筑引引起起原原有有建建筑筑物物开开裂裂4.1

3、 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例建建筑筑物物立立面面高高差差过过大大地基沉降计算地基沉降计算本章脉络本章脉络 土的压缩性指标土的压缩性指标压缩性指标室内测试方法压缩性指标室内测试方法应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响压缩性指标现场测试方法压缩性指标现场测试方法渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性5.1 5.1 概述概述(了解）了解）土体压缩量的组成土体压缩量的组成 固相颗粒本身压缩固相颗粒本身压缩土中液相水的压缩土中液相水的压缩 土中孔隙体积的压缩（减小）土中孔隙体积的压缩（减小）饱和土体的孔隙体积压缩量就等于孔隙水的排除量饱和土体的孔隙体积压缩量就等于孔隙水的

4、排除量土的压缩性土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的特性是指土体在压力作用下体积缩小的特性 土的固结过程土的固结过程透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出黏性土黏性土无黏性土无黏性土压缩稳定需要很长时间压缩稳定需要很长时间室内试验室内试验原位试验原位试验1.1 1.1 概述概述土的固结（压密）土的固结（压密）饱和土在压力作用下随土中水饱和土在压力作用下随土中水排出而体积减小的全过程即土排出而体积减小的全过程即土体压缩全过程体压缩全过程土的压缩性指标土的压缩性指标土的压缩性高低的定量表示土的压缩性高低的定量表示4.1

5、4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性土的压缩性4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 土的应力历史及其对地基沉降的影响土的应力历史及其对地基沉降的影响4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标(熟知）熟知）固结试验固结试验测定土的压缩性指标的室内侧限压缩测定土的压缩性指标的室内侧限压缩试验，称固结试验或侧限压缩试验。试验，称固结试验或侧限压缩试验。固结仪固结仪 固结试验可测得的土的压缩性指标固结试验可测得的土的压缩性指标 土

6、的压缩系数土的压缩系数 压缩模量压缩模量 土的压缩指数土的压缩指数 体积压缩系数体积压缩系数 (一一)固结试验固结试验 主要仪器主要仪器三联固结仪三联固结仪 试验仪器试验仪器5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标图图5-1 5-1 固结仪的固结容器简图固结仪的固结容器简图5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标特点：只有竖向变形，而无侧向变形特点：只有竖向变形，而无侧向变形完全侧限条件完全侧限条件 、用环刀切取原状土样，用天平称质、用环刀切取原状土样，用天平称质量。量。、将将土土样

7、样依依次次装装入入侧侧限限压压缩缩仪仪的的容容器器，土土样样上上下下各各垫垫一一块块透透水水石石，以以便便土土样样受受压压后后水水能能自自由由排排出出。土土样样在在竖竖直直压压力力作作用用下下，由由于于环环刀刀和和刚刚性性护护环环的的限限制制，只只产生竖向压缩，不产生侧向变形。产生竖向压缩，不产生侧向变形。、加上杠杆和砝码，分级施加竖向压、加上杠杆和砝码，分级施加竖向压力力p pi i。一般工程压力等级可为。一般工程压力等级可为5050、100100、200200、300300、400kPa400kPa。、用测微计（百分表）测记每级压力、用测微计（百分表）测记每级压力稳定后的读数。稳定后的读数

8、。、计算每级压力稳定后对应的孔隙比、计算每级压力稳定后对应的孔隙比e ei i。试验步骤试验步骤试验结果（孔隙比）的推导试验结果（孔隙比）的推导利用利用土粒体积不变土粒体积不变和和土样的横截面积不变土样的横截面积不变这两个条件这两个条件 受压前：受压前：受压后：受压后：P e图图5-3 5-3 压缩曲线压缩曲线e-pe-p曲线曲线e-lgpe-lgp曲线曲线5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标 压缩曲线的绘制压缩曲线的绘制e elgplgp软黏土软黏土密实砂土密实砂土v同同一一种种土土，在在不不同同荷荷载载等等级下的压缩性是不同的级下的压缩性是不同的。v 在在相相同

9、同荷荷载载下下，不不同同土土的的压压缩缩量量或或孔孔隙隙比比减减小小程程度度也也不不同同，e-P曲曲线线越越陡陡，土土越越容易被压缩。容易被压缩。v结结论论：e-P曲曲线线上上任任意意一一点点的的斜斜率率代代表表了了土土在在对对应应荷荷载载 P 时的压缩性大小。时的压缩性大小。eP曲线曲线（二）压缩性指标的确定（二）压缩性指标的确定压缩系数压缩系数：(负号表示随着压力负号表示随着压力P 的增加的增加 e 逐渐减小逐渐减小)1、压缩系数、压缩系数土的压缩性指标之一土的压缩性指标之一压缩定律压缩定律：在压力范围不大：在压力范围不大时，孔隙比的减小值与压力时，孔隙比的减小值与压力的增加值成正比。的增

10、加值成正比。土的压缩系数表示土的压缩系数表示单位压应力引起的孔隙体单位压应力引起的孔隙体积变化积变化单位：单位：MPa-1防灾科技学院防灾科技学院压缩系数：压缩系数：式中工程上：式中工程上：p1：一般指土中自重应力；：一般指土中自重应力；p2：加荷作用后土中应力（为自：加荷作用后土中应力（为自重应力加附加应力）；重应力加附加应力）；e1：相应于：相应于p1下压缩稳定后的孔下压缩稳定后的孔隙比；隙比；e2：相应于：相应于p2下压缩稳定后的孔下压缩稳定后的孔隙比隙比。5.2 固结试验及压缩性指标固结试验及压缩性指标e-pe-p曲线曲线单位单位 为了统一标准，实用为了统一标准，实用上采用上采用e-P

11、曲线上曲线上P1=100kPa 和和 P2=200kPa 所所 对对 应应 的的压缩系数压缩系数 a1-2。2、用、用 压缩系数压缩系数 评价土的压缩性评价土的压缩性压缩系数压缩系数 常用作比较常用作比较土的压缩性大小土的压缩性大小压缩系数：压缩系数：0 0100100200200 3003000.60.60.70.70.80.80.90.91.01.0e epep(kPa)p(kPa)5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标3、压缩指数、压缩指数ve-logP曲线的后段接近曲线的后段接近为直线，其斜率为直线，其斜率Cc称为称为压缩指数。压缩指数。土的压缩性指标之二土的

12、压缩性指标之二用用Cc评价土的压缩性评价土的压缩性值越大说明土的压缩性越高值越大说明土的压缩性越高 土的压缩模量土的压缩模量EsEs 土体在侧限条件下竖向压应力增量与竖向应变的比土体在侧限条件下竖向压应力增量与竖向应变的比值，或称为侧限模量。值，或称为侧限模量。v 压缩模量与压缩系数的关系压缩模量与压缩系数的关系5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标 压缩前压缩前 压缩后压缩后5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标推导过程推导过程2、用用Es判断土的压缩性判断土的压缩性常用常用Es（1-2）。基本原则基本原则Es越小，土的压缩性越高。越小，土

13、的压缩性越高。判别标准：判别标准：体积压缩系数体积压缩系数土体的在侧限条件下体积应变与竖向压应力增量之比。土体的在侧限条件下体积应变与竖向压应力增量之比。5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标侧限压缩试验所得压缩指标汇总侧限压缩试验所得压缩指标汇总 a)e-p a)e-p 曲线曲线 图图5-7 5-7 土的压缩曲线和再压缩曲线土的压缩曲线和再压缩曲线0 0(三三)土的回弹再压缩曲线土的回弹再压缩曲线5.2 5.2 土的固结试验及压缩性指标土的固结试验及压缩性指标 下列情况不宜用室内侧限压缩试验：下列情况不宜用室内侧限压缩试验：1 1、地基土为粉土、细砂，取原状土样很困

14、难；、地基土为粉土、细砂，取原状土样很困难；2 2、地基为软土，土样取不上来。、地基为软土，土样取不上来。3 3、土试样尺寸小，土层不均匀代表性差。、土试样尺寸小，土层不均匀代表性差。4 4、国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严、国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严 格要求的工程。格要求的工程。5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量原位试验原位试验载荷试验载荷试验旁压试验（旁压试验（PMTPMT）标准贯入试验（标准贯入试验（SPTSPT）静力触探试验静力触探试验(CPT)(CPT)动力触探试验动力触探试验(CDPT)(CDPT)浅层平板载荷试验浅层平板载荷试验深层平板载荷试验深层平板载荷

15、试验图图5-145-14载荷试验示意图载荷试验示意图 浅层平板载荷试验浅层平板载荷试验5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量反压重物反力梁千斤顶基准梁承压板百分表载荷试验现场载荷试验现场5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量载荷试验结果分析图载荷试验结果分析图5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量0 0sppcrpuabcPcr比例界限荷载比例界限荷载Pu极限荷载极限荷载p-sp-s曲线曲线 0 0sts-ts-t曲线曲线 土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总变形的比值。土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总变形的比值。弹性力学沉降计算公式弹性力学沉降计算公式:计算公式计算公式地基土的变形模量

16、计算公式地基土的变形模量计算公式:v 载荷试验的优缺点载荷试验的优缺点 5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量 变形模量变形模量E E0 0深层平板荷载试验与旁压试验深层平板荷载试验与旁压试验自学5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量土的泊松比土的泊松比 变形模量与压缩模量的关系变形模量与压缩模量的关系变形模量变形模量E E0 0压缩模量压缩模量E Es s无侧限条件无侧限条件侧限条件侧限条件s 换算关系换算关系s 定义差异定义差异5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量静止土压力系数静止土压力系数换算关系的推导换算关系的推导侧限压缩试验应力状态：侧限压缩试验应力状态：广义虎克定律：广义虎

17、克定律：压缩模量的定义和广义虎克定律：压缩模量的定义和广义虎克定律：5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量三、弹性模量三、弹性模量室内三轴压缩试验测定室内三轴压缩试验测定1.弹性模量：弹性材料无侧限条件下应力与弹性应弹性模量：弹性材料无侧限条件下应力与弹性应变的比值。变的比值。2、弹性变形：、弹性变形：地基土在荷载开始作用的一瞬间产生的沉降；地基土在荷载开始作用的一瞬间产生的沉降；瞬时荷载作用下的地基变形（如高耸构筑物在风荷载作用下瞬时荷载作用下的地基变形（如高耸构筑物在风荷载作用下基础的倾斜）；基础的倾斜）；动力机器基础的振动。动力机器基础的振动。结论：土的弹性模量结论：土的弹性模量远大于

18、远大于压缩模量或变形模量压缩模量或变形模量原因：土的弹性变形原因：土的弹性变形远小于远小于土的总变形。土的总变形。土的弹性模量土的弹性模量E E:土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值。土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值。图图5-195-19 三轴压缩试验循环加载确定土的弹性模量三轴压缩试验循环加载确定土的弹性模量 土的弹性模量土的弹性模量内容回顾1.压缩系数越（），压缩模量（），则土的压缩性越高。这两个指标通过（）试验（）曲线得到。2.超固结比OCR指的是（）和（）之比;根据OCR的大小可把粘性土分为（）、（）、（）。OCRE0Es （C）EE0Es E0 5.根据现场荷载试验ps曲

19、线求得地基土的模量称为（）。土的压缩模量是通过（）实验求得。土的弹性模量是通过（）试验求得的。6.室内侧限压缩试验测得的eP曲线愈陡，表明该土样的压缩性()。(A)愈高，(B)愈低；(C)愈均匀；(D)愈不均匀7.所谓土的压缩模量是指：()。(A)三轴条件下，竖向应力与竖向应变之比；(B)无侧限条件下，竖向应力与竖向应变之比；(C)有侧限条件下，竖向应力与竖向应变之比。4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性土的压缩性 4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 土的应力历史及其对地基沉降的影响土的应力历史及其对地基沉降的影响4.5 4.5 地基变形与时

20、间的关系地基变形与时间的关系第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土具有压缩性荷载作用地基发生变形荷载大小、性质土的压缩特性地基均匀性一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）影响结构物的安全和正常使用SS地基沉降的原因计算目的 预预知知该该工工程程建建成成后后将将产产生生的的最最终终沉沉降降量量、沉沉降降差差、倾倾斜斜和和局局部部倾倾斜斜，判判断断地地基基变变形形是是否否超超出出允允许许的的范范围围，以以便便在在建建筑筑物物设设计计时时，为为采采取取相相应应的的工工程程措措施施提提供供科科学学依依据据，保证建筑物的安全。保证建筑物的安全。SS SS SS 不满足设计要求不

21、满足设计要求 计算地基最终沉降量的目的计算地基最终沉降量的目的 计算方法计算方法 分分层层总总和和法法、规规范范法法、弹弹性性力力学学公公式式法法、应应力力路路径径法法、有有限限单单元元法法、原原位位测测试试法法、利利用用沉沉降降观观测测资资料料推推算算后期沉降量等方法。后期沉降量等方法。6.1 6.1 概述概述地基的最终沉降量地基的最终沉降量t t时地基最终固结稳定以后的时地基最终固结稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。最大沉降量，不考虑沉降过程。一、分层总和法计算最终沉降量一、分层总和法计算最终沉降量（熟知）（熟知）分层总和法计算原理分层总和法计算原理6.3 6.3 地基的最终沉降量地基

22、的最终沉降量 在在地地基基沉沉降降计计算算深深度度范范围围内内将将地地基基土土划划分分为为若若干干分分层层，计计算算各各分分层层土土的的压缩量，然后求其总和。压缩量，然后求其总和。地基沉降计算深度地基沉降计算深度是指自基础底面向下需要计算压缩变形所要达到的深度是指自基础底面向下需要计算压缩变形所要达到的深度 基本假定基本假定F 地基是均质、各向同性的半无限弹性体，因此地基是均质、各向同性的半无限弹性体，因此 可按弹性理论计算地基土中的附加应力。可按弹性理论计算地基土中的附加应力。F 地基土的变形条件为侧限条件，即地基土的变形条件为侧限条件，即地基土不产生地基土不产生 侧向变形，因此可采用侧限条

23、件下的压缩性指标。侧向变形，因此可采用侧限条件下的压缩性指标。F 只考虑一定深度范围内的土体变形。只考虑一定深度范围内的土体变形。F 计算基础中心点下的附加应力，计算基础中心点下的附加应力，以基底中心点的以基底中心点的 沉降量代表基础的平均沉降量。沉降量代表基础的平均沉降量。1 1、分层总和法单向压缩基本公式、分层总和法单向压缩基本公式6.36.3基础的最终沉降量基础的最终沉降量4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算F单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题F地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法F地基沉降计算的若干问题地基沉

24、降计算的若干问题4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算HH/2H/2,e,e1 1单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题n 计算简图计算简图pz=p压缩前压缩前压缩后压缩后e-pe-p曲线曲线假设基础的假设基础的L L、B B为无穷大为无穷大以公式以公式 为例为例4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算pH,e,e1 1e epH/2H/2z=pn 计算步骤：计算步骤：单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题 确定确定：查定查定：算定算定：以公式以公式 为例为例e e1 1e e2 2p pp p1 1p p2 2 侧限变形条件下的压缩量（单向压缩基本公式）

25、侧限变形条件下的压缩量（单向压缩基本公式）压缩前压缩前 压缩后压缩后6.6.3 3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量 较厚且成层可压缩土层的分层总和法沉降量计算较厚且成层可压缩土层的分层总和法沉降量计算图图6-7 6-7 较厚且成层可压缩地基的沉降量计算较厚且成层可压缩地基的沉降量计算6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量 计算步骤计算步骤1 1、按比例尺绘制地基土层剖面图和基础、按比例尺绘制地基土层剖面图和基础剖面图剖面图；2 2、地基土的分层地基土的分层 不同土层的层面和地下水位面是当然的分层面；不同土层的层面和地下水位面是当然的分层面；一般每层厚度一般每层厚度 或或1 12m2

26、m。3 3、计算地基土的自重应力计算地基土的自重应力c，并画在基础中心并画在基础中心 线的左侧；线的左侧；4 4、计算基础底面接触应力（基底压力）计算基础底面接触应力（基底压力）中心荷载：中心荷载：偏心荷载：偏心荷载：6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量Hid地面地面基底基底计算深度计算深度 pp0 d z szszizi6 6、计算基础底面中心点下各分层界面处的附加应力计算基础底面中心点下各分层界面处的附加应力；并画在基础中心线的右侧；并画在基础中心线的右侧；7 7、确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度 一般一般z z=0.2=0.2c c；若该深度以下存在高压缩性土，应向；

27、若该深度以下存在高压缩性土，应向 下计算至下计算至z z=0.1=0.1c c；若沉降深度范围内存在基岩时，计算；若沉降深度范围内存在基岩时，计算 至基岩表面为止。至基岩表面为止。8 8、计算地基各分层自重应力平均值及各分层自重应力计算地基各分层自重应力平均值及各分层自重应力 平均值与附加应力平均值之和平均值与附加应力平均值之和 5 5、计算基础底面附加压力计算基础底面附加压力 6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量Hid地面地面基底基底计算深度计算深度(下限下限)pp0 d z cp1ipi ci c(i-1)zi z(i-1)ziZi-19 9、地基各分层土孔隙比变化值的确定地基

28、各分层土孔隙比变化值的确定 由土的压缩曲线分别依由土的压缩曲线分别依1010、计算地基各分层的沉降量计算地基各分层的沉降量 1111、计算地基最终沉降量计算地基最终沉降量 6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量图图6-9 6-9 习题习题6-1【例题例题例题例题6-16-16-16-1】【解】【解】1 1、绘剖面图、绘剖面图 2 2、地基土分层、地基土分层 3 3、计算自重应力、计算自重应力 4 4、计算附加应力、计算附加应力 5 5、确定计算深度、确定计算深度 6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量6 6、计算地基各分层自重

29、应力平均值和附加应力平均值及两者之和、计算地基各分层自重应力平均值和附加应力平均值及两者之和 7 7、确定各土层的孔隙比变化值确定各土层的孔隙比变化值 8 8、计算各层的沉降量计算各层的沉降量 9 9、计算基础甲的最终沉降量计算基础甲的最终沉降量 6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量【例题【例题2】某建筑物地基的应力分布及土的压缩曲线某建筑物地基的应力分布及土的压缩曲线如图如图,计算第二层土的变形量。计算第二层土的变形量。（2）计算第二层土的附加应力平均值：计算第二层土的附加应力平均值：（3）自重应力与附加应力平均值之和：自重应力与附加应力平均值之和：解解（1）计算第二层土的自重应

30、力平均值：）计算第二层土的自重应力平均值：6.3 6.3 基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算（5）计算第二层的变形量：）计算第二层的变形量：（4）查压缩曲线求）查压缩曲线求6.3 6.3 基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算 讨论讨论优点：优点：适用于各种成层土和各种荷载的沉降量计算；压缩适用于各种成层土和各种荷载的沉降量计算；压缩 性指标易确定。性指标易确定。缺点：缺点：分层总和法在计算中假定不符合实际情况，假定地分层总和法在计算中假定不符合实际情况，假定地基侧限变形使得计算结果偏小；采用基础中心点下土的附基侧限变形使得计算结果偏小；采用基础中心点下土的附加应力和沉降量使得计算结果偏大，尽

31、管可以弥补采用单加应力和沉降量使得计算结果偏大，尽管可以弥补采用单向压缩基本公式偏小的不足，但是对于基础尺寸较大、型向压缩基本公式偏小的不足，但是对于基础尺寸较大、型式复杂的基础仅计算中心点的沉降是不够的。式复杂的基础仅计算中心点的沉降是不够的。室内压缩性指标也有一定误差；计算工作量大。利用该室内压缩性指标也有一定误差；计算工作量大。利用该法计算结果，对坚实地基，其结果偏大；对软弱地基，其法计算结果，对坚实地基，其结果偏大；对软弱地基，其结果偏小。结果偏小。6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量，规范修正公式的实质规范修正公式的实质2 2、分层总和法规范修正公式、分层总和法规范修正公

32、式（熟知）（熟知）6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量n由建筑地基基础设计规范由建筑地基基础设计规范（GB500072002）提出提出n分层总和法的另一种形式分层总和法的另一种形式n沿用分层总和法的假设（均质土、侧限条件沿用分层总和法的假设（均质土、侧限条件E ES S），并引），并引入平均附加应力系数入平均附加应力系数n提出了地基沉降计算经验系数提出了地基沉降计算经验系数 6.3.2按规范方法（应力面积法）计算按规范方法（应力面积法）计算1、公式、公式地基沉降计算深度地基沉降计算深度znzizzi-1534612b第第n层层第第i层层6.3 6.3 基础最终沉降量计算基础最终沉降

33、量计算 沉降计算经验系数沉降计算经验系数S 表表6-4 沉降计算深度范围内的压缩模量当量值：沉降计算深度范围内的压缩模量当量值：地基最终沉降量规范修正公式：地基最终沉降量规范修正公式：为了提高计算准确度，规范规定须将计算沉降量乘以经验系数为了提高计算准确度，规范规定须将计算沉降量乘以经验系数 沉降计算深度沉降计算深度zn 应该满足：应该满足：当当确确定定沉沉降降计计算算深深度度下下有有软软弱弱土土层层时时，尚尚应应向向下下继继续续计计算算，直直至至软软弱弱土土层层中中所所取取规规定定厚厚度度的的计计算算沉沉降降量量也也满满足足上上式式。若若计计算深度范围内存在算深度范围内存在基岩基岩，zn可取

34、至基岩表面为止。可取至基岩表面为止。当当无无相相邻邻荷荷载载影影响响，基基础础宽宽度度在在130m范范围围内内，基基础础中中点点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算：的地基沉降计算深度可以按简化公式计算：沉降计算深度沉降计算深度Zn的新标准的新标准计算深度处向上取厚度计算深度处向上取厚度 的分层的沉降计算值。的分层的沉降计算值。计算厚度取值计算厚度取值 表表6-36.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量沉降计算深度沉降计算深度zn 计算步骤计算步骤 1 1、应力计算应力计算 重复单向压缩基本公式计算重复单向压缩基本公式计算1 19 9步，除第步，除第7 7步。步。2 2、计算分层压缩模

35、量计算分层压缩模量3 3、计算平均附加应力系数计算平均附加应力系数 4 4、计算分层沉降量计算分层沉降量 6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量5 5、确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度 满足条件：满足条件：6 6、确定地基沉降计算经验系数确定地基沉降计算经验系数 7 7、计算地基最终沉降量计算地基最终沉降量 6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量【例题例题例题例题6-26-26-26-2】【解】【解】1、应力计算（分层厚度取、应力计算（分层厚度取2m）6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量2、计算分层压缩模量

36、、计算分层压缩模量 3、计算竖向平均附加应力系数、计算竖向平均附加应力系数 基础甲基础甲基础乙基础乙基础乙基础乙6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量4、计算分层沉降量、计算分层沉降量5、确定地基沉降计算深度、确定地基沉降计算深度6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量6、确定经验系数、确定经验系数查表查表6-46-4，当，当 时：时：7、计算最终沉降量、计算最终沉降量6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量 防防 灾灾 科科 技技 学学 院院例题：例题：如图所示的基如图所示的基础底面尺寸础底面尺寸4.8m3.2m，埋深

37、，埋深1.5m，传至基础顶面，传至基础顶面的中心荷载的中心荷载Fk=1800kN，地基土，地基土层分层及各层土的压层分层及各层土的压缩模量（相应于自重缩模量（相应于自重应力至自重应力加附应力至自重应力加附加应力段）如图，用加应力段）如图，用规范法计算基础中点规范法计算基础中点的最终沉降量。的最终沉降量。Z=2.4D=1.5填土r=18kN/m3粘土粘土淤泥质粘土淤泥质粘土Z=3.2Z=1.8Z=0.6粉土粉土粉土粉土6.3 6.3 基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算 防防 灾灾 科科 技技 学学 院院解解:(1):(1)基底附加压力基底附加压力（2 2）计算过程列于表中）计算过程列于表中6.

38、3 6.3 基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算 防防 灾灾 科科 技技 学学 院院6.3 6.3 基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算 防防 灾灾 科科 技技 学学 院院（3 3）确定沉降计算深度：上表中）确定沉降计算深度：上表中z=8mz=8m深度范围内的计算沉降深度范围内的计算沉降量为量为123.4mm123.4mm，相应于，相应于7.48.0m7.48.0m范围（往上取范围（往上取 z=0.6mz=0.6m）土层）土层计算沉降量为计算沉降量为1.3mm1.3mm 0.025123.4mm0.025123.4mm，满足要求。，满足要求。（4 4）确定沉降计算经验系数：）确定沉降计算经验系

39、数：6.3 6.3 基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算 防防 灾灾 科科 技技 学学 院院由表由表6 64:4:（5 5）计算基础中点最终沉降量：）计算基础中点最终沉降量：6.3 6.3 基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算某柱下单独方形基础，底面尺寸2m2m，作用于地面处相应于荷载准永久组合时的竖向荷载F800kN，基础埋深d1.5m，地基土分布见图所示，地基承载力特征值fak=200kPa，试求：(1)基底附加压力p0。(2)沉降计算深度zn(3)取zn=5m，地基土的压缩量s。(4)(5)(6)最终沉降量s课堂练习题(3)列表计算 准备资料准备资料 应力分布应力分布 沉降计算沉降计算建

40、筑基础（形状、大小、重量、埋深）建筑基础（形状、大小、重量、埋深）地基各土层的压缩曲线地基各土层的压缩曲线 计算断面和计算点计算断面和计算点确定计算深度确定计算深度确定分层界面确定分层界面计算各土层的计算各土层的 cziczi，zizi均值均值计算各层沉降量计算各层沉降量地基总沉降量地基总沉降量自重应力自重应力基底压力基底压力基底附加基底附加压压力力附加应力附加应力 结果修正结果修正分层总和法分层总和法要点小结要点小结6.3 6.3 基础的最终沉降量基础的最终沉降量4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性土的压缩性 4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 4.4

41、4.4 土的应力历史及其对地基沉降的影响土的应力历史及其对地基沉降的影响4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响一、沉积土层的应力历史一、沉积土层的应力历史（熟知）（熟知）土的应力历史土的应力历史土体在历史上曾经受到过的应力状态土体在历史上曾经受到过的应力状态先先(前前)期固结期固结压力压力土体在历史上受过的最大压力或土体土体在历史上受过的最大压力或土体在固结过程中所受的最大竖向有效应在固结过程中所受的最大竖向有效应力力 。超固结比超固结比（OCROCR）土体在历史

42、上受过的先期固结压力与土体在历史上受过的先期固结压力与现有覆盖土重之比。现有覆盖土重之比。应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响v 根据先期固结压力与现有压力相对比的状况根据先期固结压力与现有压力相对比的状况 将土（黏性将土（黏性土或粉土）划分为三类沉积土：土或粉土）划分为三类沉积土：土层当前承土层当前承受的自重应受的自重应力为力为正常固结土正常固结土超固结土超固结土欠固结土欠固结土s 超固结比：超固结比：OCR=1OCR=1：正常固结：正常固结OCR1OCR1：超固结：超固结OCR1OCR1：欠固结：欠固结F 相同相同 时，一般时，一般OCROCR越大，土越密实，压缩性越小。越大，土越

43、密实，压缩性越小。图图5-8 5-8 沉积土按先期固结压力分类沉积土按先期固结压力分类 剥蚀前地面剥蚀前地面 现在地面现在地面 现在地面现在地面 现在地面现在地面h hh hh hh hc ch hc c正常固结土正常固结土超固结土超固结土欠固结土欠固结土应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响超固结土的压缩量正常固结土的压缩量欠固结土的压缩量超固结土的压缩量正常固结土的压缩量欠固结土的压缩量应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响e eP(lg)D1.1.在在e-lge-lgp曲线上，找出曲曲线上，找出曲率最大点率最大点A A；2.作水平线作水平线A1；3.作作A点切线点切线A2；4

44、.作作A1,A2 的角分线的角分线A3；5.A3与试验曲线的直线段与试验曲线的直线段交于点交于点B；6.B点对应于先期固结压力点对应于先期固结压力pc。rmin1 12 23 3p pc cn Casagrande Casagrande 法法B 先期固结压力的确定先期固结压力的确定A A 应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响 图图5-9 5-9 确定先期固结压力的确定先期固结压力的 卡萨格兰德经验作图法卡萨格兰德经验作图法（19361936）应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响 正常固结土的原始压缩曲线推求正常固结土的原始压缩曲线推求F由由现现场场取取样样时时，确确定定试试样样

45、的的现现场场孔孔隙隙比比e e0 0及及现现场场自自重重应应力力p p1 1；由由室室内内压压缩缩曲曲线线求求出出土土层层的的p pc c；判判断断是是否否为正常固结土；为正常固结土；F(lglgp p1 1,e e0 0)位位于于原原始始压压缩缩曲曲线线上上，作出作出b b点点F作作e=0.42ee=0.42e0 0水水平平线线交交室室内内压压缩缩曲曲线线直线段于直线段于c c点；点；F连接连接bcbc直线段，即为原始压缩曲直线段，即为原始压缩曲 线的直线段；线的直线段；Fbcbc直线段的斜率直线段的斜率正常固结土正常固结土 的的压缩指数压缩指数CcCc。P(lg)P(lg)原始压原始压缩曲

46、线缩曲线p p1 1应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响F先先作作b b1 1点点，其其横横、纵纵坐坐标标分分别别为为试试样样现场自重应力现场自重应力p p1 1 和现场孔隙比和现场孔隙比e e0 0；F因因为为p pc cp p1 1,点点b b1 1(lgp(lgp1 1,e e0 0)位位于于原原始始再压缩曲线上；再压缩曲线上；F过过b b1 1点点作作一一直直线线，其其斜斜率率等等于于室室内内回回弹弹曲曲线线与与再再压压缩缩曲曲线线的的平平均均斜斜率率，该该直直线线与与通通过过横横坐坐标标相相应应于于先先期期固固结结压压力力值值的的垂垂线线交交于于b b点点,b b1 1b b

47、就就作作为为原原始始再压缩曲线。其斜率为再压缩曲线。其斜率为回弹指数回弹指数C Ce e；F以以0.42e0.42e0 0在在室室内内压压缩缩曲曲线线上上确确定定c c点点，bcbc为为原原位位初初始始压压缩缩曲曲线线的的直直线线段段，取取其斜率作为超固结土其斜率作为超固结土压缩指数压缩指数C Cc c；Fb b1 1bcbc即即为为所所求求的的原原始始再再压压缩缩和和原原始始压压缩曲线。缩曲线。超固结土的原始压缩曲线推求超固结土的原始压缩曲线推求P(lg)P(lg)原始再压原始再压缩曲线缩曲线p p1 1p pc c原始压缩原始压缩曲线曲线内容回顾1.压缩系数越（），压缩模量（），则土的压缩

48、性越高。这两个指标通过（）试验（）曲线得到。2.超固结比OCR指的是（）和（）之比;根据OCR的大小可把粘性土分为（）、（）、（）。OCR1的粘性土属（）土。3.压缩系数a1-2表示压力范围p1=（），p2=（）的压缩系数，工程上常用a1-2来评价土的压缩性的高低。当a1-2（）MPa-1属低压缩性土，当a1-2（）MPa-1时属中等压缩性土，当a1-2（）时属高压缩性土。4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性土的压缩性 4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 4.4 4.4 土的应力历史及其对地基沉降的影响土的应力历史及其对地基沉降的影响 4.5 4.5 地基

49、变形与时间的关系地基变形与时间的关系第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算6.5 6.5 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系在荷载作用下土的压缩和变形并不是在瞬间完成的，在荷载作用下土的压缩和变形并不是在瞬间完成的，而是随时间逐步发展渐趋稳定的。而是随时间逐步发展渐趋稳定的。在工程实践中往往需要确定施工期和施工某一时间在工程实践中往往需要确定施工期和施工某一时间的沉降量，考虑建筑物是否沉降过大而采取措施；同的沉降量，考虑建筑物是否沉降过大而采取措施；同时也需要预估建筑物达到某一沉降需要的时间。时也需要预估建筑物达到某一沉降需要的时间。那么，土体的压缩和变形究竟是

50、随时间怎样发展的那么，土体的压缩和变形究竟是随时间怎样发展的？太沙基太沙基（Karl Terzaghi)(1883-1963)太沙基 土力学的奠基人1921-1923年提出土的有年提出土的有效应力原理和土的固结理效应力原理和土的固结理论，论，1925年出版经典著作年出版经典著作土力学，首次将各种土力学，首次将各种土工问题归纳成为系统的土工问题归纳成为系统的有科学依据的计算理论，有科学依据的计算理论，奠定了他作为土力学创始奠定了他作为土力学创始人的地位人的地位6.5.1 6.5.1 有效应力原理有效应力原理 有效应力原理有效应力原理 对所受总应力，骨架和孔隙对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？