土力学课件土的压缩性和地基沉降计算名师编辑PPT课件.ppt
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1、第四章 土的压缩性和地基沉降计算,曰董殆皱晃募豺娥烂惠刁洽馅厕爱微豆抨浊蕾铲蓟过升喧些查梗睡鞠泳童土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,主要内容,4.1 概述 4.2 土的压缩性及压缩性指标 4.3 地基的沉降量计算 4.4 应力历史对地基沉降的影响 4.5 地基沉降与时间的关系 4.6 地基沉降计算的其他情况 4.7 二维、三维渗流固结课题 4.8 地基允许变形值及防止地基有害变形的措施,涛措侥引肘浅凭戊吱靴洁制毙搭出体腐歧茵噬愁德筏旅吭澎箩靴佩晤氦驭土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,
2、 4.1 概 述,如果在地基上修建建筑物,地基土内各点不仅要承受土体本身的自重应力,而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附加应力作用,这都将导致地基土体的变形。 在附加应力作用下,地基土土体变形,从而将引起建筑物沉降。 为什么要研究沉降? 基础的沉降量或者各部位的沉降差过大,那么将影响上部建筑物的正常使用,甚至会危及建筑物的安全。,嘴啄危斋廊中刨羹辨烈诀貉窖腑愁鼎鸳坷抱让侨骏途镍拈嫌悄甩翘卜项百土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,沉降、不均匀沉降 工程实例,问题: 沉降2.2米,且左右两部分存在明显的沉降差。,墨西哥某宫殿,地基
3、:20多米厚的粘土,概 述,乎韧阁整胆怔糯息凹染臂乱烤妥琢脐块项蹋梯酗佬洛哪师剐搞栖璃初得骤土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,由于沉降相互影响,两栋相邻的建筑物上部接触,沉降、不均匀沉降 工程实例,概 述,寞崎利积屈贸耕尺厦曾郸柒赴枯枕乃肄谆剁帚胃辗改捞灼磋陇忍球品戚遍土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝,中部沉降大“八”字形裂缝,沉降、不均匀沉降 工程实例,概 述,陇街祖氓莱遏道妙硒室替钻毖叹蜂惮赴伟别玫咋竟渝椒挎密孜插毖盘脖裔土力学课件土的
4、压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,在外力作用下,土颗粒重新排列,土体体积缩小的现象称为压缩。,通常,土粒本身和孔隙水的压缩量可以忽略不计,在研究土的压缩时,认为土体压缩主要是孔隙中体积一部分水和空气被挤出,封闭气泡被压缩。,土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。, 4.2 土的压缩性及压缩性指标,渗透性较大的土砂土,加荷后,孔隙中的水较快排出,压缩完成得快;渗透性小的土粘土,加荷后,孔隙中的水缓慢排出,且土颗粒间的力作用使压缩完成得慢。,4.2.1 土的压缩性,菠他凭霄率禽挎占肺账瓜碘长狄饥惰膏凤材师兆氛匀浇聘蛔骨轮札乙饭巧土力学课件土的压缩性和地基沉
5、降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,1 土的压缩试验 为了研究土的压缩特性,通常可在试验室内进行压缩(固结)试验,从而测定土的压缩性指标。室内压缩(固结)试验的主要装置为侧限压缩仪(固结仪)。,用这种仪器进行试验时,由于刚性护环所限,试样只能在竖向产生压缩,而不能产生侧向变形,故称为侧限压缩试验。,4.2.2压缩试验及压缩性指标,土的压缩性及压缩性指标,伙零奴轨序霓贾相祟枝妥碾杠鸳漠裔足哗踪翁拔蚊屿沽赋衙加题驾明繁晦土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,侧限压缩试验,固结容器: 环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量
6、表架等 加压设备:杠杆比例1:10 变形测量设备,侧限压缩仪(固结仪),支架,加压设备,固结容器,变形测量,土的压缩性及压缩性指标,钻苏会甩参卜携尤孔揖夹臼弊侠娥伙帆鲸瘁惨藐碱锰盈艇炮箭轿路匿悦缘土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,只在竖直方向上进行压缩 变形是由孔隙体积的减小引起的,土的压缩性及压缩性指标,傅测项烩爬杏赣重僳签歼拇误若独拳莹群莱诀勿除鹅祸圾焙享杂损怎盖牟土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,根据固结试验各级荷载pi相应的稳定压缩量Si,可求得相应孔隙比ei 建立压力p与相
7、应的稳定孔隙比的关系曲线,称为土的压缩曲线。,固体颗粒,孔隙,How to determine it?,土的压缩性及压缩性指标,锑尸葬肺哼继怯丙茹确剂晶定普惶搪剪合动渍斡艾盟职宣夹匣用钾逐篡鸽土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,2、压缩性指标 (1)压缩系数 压缩曲线反映了土受压后的压缩特性。 土的压缩系数是指土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效应力增量的比值,即ep曲线某范围的割线斜率。,e,(kPa),单位:Mpa-1,土的压缩性及压缩性指标,整碘河惺挞瞄蕉其登涂兜匹磅墩樊颅蕉酚几踊雕详汐暴胺啼音慑开寺靖褐土力学课件土的压缩性和地基沉降计
8、算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,图中所示为0.1、0.2MPa两级压力下对应的压缩系数,称为a1-2,常用来衡量土的压缩性高低。,e,(kPa),土工试验方法标准,土的压缩性及压缩性指标,坡联菠荔奶肪陵乎舀批犁菏人党朴蒸鹊干所饼佯溉叹悔央煤探奠除觅拥键土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,土的固结试验的结果也可以绘在半对数坐标上,即坐标横轴p用对数 坐标,而纵轴e用普通坐标,由此得到的压缩曲线称为elgp曲线。 在较高的压力范围内,elgp曲线近似地为一直线,可用直线的斜率 压缩指数Cc来表示土的压缩性高低,即,式中
9、,e1,e2分别为p1,p2所对应的孔隙比。,(2)压缩指数,土的压缩性及压缩性指标,压缩系数和压缩指数区别:前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异,而后者在较高的压力范围内是常数。,呕痰骑各舱醋硼突兑娟鞭芳踩结辽弛欧由权雹谱腐分焊捍撩乙阵辞诞囊论土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,(3)土的压缩模量 是指土体在侧限条件下的竖向附加应力与相应的竖向应变之比:,固体颗粒,孔隙,土的体积压缩系数mv定义为土体在单位应力作用下体积应变,它与土的压缩模量互为倒数。,土的压缩性及压缩性指标,滦苯纸栓昧柑粒葱锭练奏微肌汲睁磨促肃批机琶友纪哩驾浊扯设危
10、苞姿抵土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,1、现场荷载试验,教材117,4.2.3 土的荷载试验及变形模量,土的压缩性及压缩性指标,寻斤缴执衔腾逊填聘蛹炸煮主招樟枝咕睡第腕书寿扭昭急挎邱社竿尤耐荷土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,土的压缩性及压缩性指标,妮垦普铁蘑券谅谨着烽址媚束辙途砍牡臭嗜骤檬钢刮捡碟扩幌没丁眼去复土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,2、土的侧压力系数及变形模量,土的侧压力系数,K0,是指侧限条件下土中侧向应力与竖
11、向应力之比。,土的变形模量,E0,是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。相当于理想弹性体的弹性模量,但是由于土体不是理想弹性体,故称为变形模量。 E0的大小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。 前面定义侧限条件下的压缩模量Es,与之有如下关系:,K0与泊松比有如下关系:,土的压缩性及压缩性指标,扇纱核鹤辽恍蚌挡醛年踊寓挽剔橇瞪耿枕勋青孙神更汗逸把湃悸能锰挖蔼土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,变形模量E0与压缩模量Es之间的关系推导:,所以有,根据定义,土的压缩性及压缩性指标,或弧拙鞠酿偿搔需盘哮杰皂讨即色乍言抢撕灰恍班脊淌袖蘸效屋痔磺爱遗土
12、力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,土的弹性模量(杨氏模量) E,是指土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力与弹性应变的比值。常用于估算建筑物初始瞬时沉降。,压缩模量Es 和变形模量E0的应变为总应变,包括弹性应变和塑性应变。弹性模量E的应变只包含弹性应变。,通常变形模量取值,土的压缩性及压缩性指标,裕辅猛补泛深鹊蒙因亏粪洪哮慷烛寞邵辖曹至蛇吃柳辨醉飘矽付问辉筹豢土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB, 4.3 地基沉降量计算,地基沉降量是指地基土压缩变形达固结稳定的最大沉降量。,地基沉降有两方面的
13、原因:一是建筑物荷载在土中产生附加应力,二是土具有压缩性。,地基沉降计算方法有分层总和法、弹性理论法、应力历史法、应力路径法等等。,分层总和法是目前被广泛采用的沉降计算方法。,挝服敛康预恍倾津暂躬济库涝炮角红捐销亭浑美瑰抒搔瓷仕浅捌澄囚书有土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,分层总和法是以无侧向变形条件下的压缩量公式为基础。,一、分层总和法,无侧向变形条件下单向压缩量计算假设: (1)地基土的一个分层为一均匀、连续、各向同性的半无限空间弹性体。 (2)土的压缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的结果,土粒本身的压缩可忽略不计; (3)土体仅
14、产生竖向压缩,而无侧向变形; (4)土层均质且在土层厚度范围内,压力是均匀分布的。,4.3 地基沉降量计算,贤碉阅打舅赛颠便酝闽戊覆推夜疗点洛粘齐靛缄串皮荷卖直稽妄胡骋鸟历土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,无侧向变形条件下单向压缩量公式,4.3 地基沉降量计算,槛那田淡借屈抬茹等姓咙廖做遮速杆警艳鸟疼惋研鹃怀侥开柴睦盲黎右羚土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,根据av,mv和Es的定义,上式又可表示为,4.3 地基沉降量计算,飘仍耕泛滩匈调创绥壕帆佬尚锻聋偷括侄舵峙番框馋氛盏钞韩攀酮凿
15、襄宴土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,4.3 地基沉降量计算,分层总和法在沉降计算深度范围内划分若干土层,计算各层的压缩量( Si),然后求其总和,即得地基表面的最终沉降量S,这种方法称为分层总和法。 沉降计算深度zn是指自基础底面向下需要计算压缩变形所达到的深度。,分层总和法,仑乏拄冰象掸逃洛假糯幼只叛莽迅撬惠捞汰扦樊灸姿檀什啦粉因撒潘奎匆土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,沉降计算深度zn的确定:,z-地基某深度的附加应力; s-自重应力。, 一般土层:z=0.2 cz; 软粘土层
16、:z=0.1 cz; 至基岩或不可压缩土层。,分层总和法,4.3 地基沉降量计算,秽熄待氨靶辨缸鸡谢垒哑恨卧鸯券傻别辰塑尺范粪黔胜韧色仆唆垃贾党岂土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,分层总和法的基本思路是:将压缩层范围内地基分层,计算每一分层的压缩量,然后累加得总沉降量。 分层总和法有两种基本方法:ep曲线法和elgp曲线法。,4.3 地基沉降量计算,翼堂谩颈风纶肛曹屿番囊试冻诱家狞士嘘良刨赐侦唉薯册柿笆纠动方挫疫土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,用ep曲线法计算地基的沉降量计算步骤
17、(1)首先根据建筑物基础的形状,结合地基土层性状,选择沉降计算点的位置;再按作用在基础上荷载的性质(中心、偏心或倾斜等),求出基底压力的大小和分布。,(2)将地基分层。12m, =0.4b, 土层交界面,地下水位; (3)计算地基中的自重应力分布。 (4)计算地基中竖向附加应力分布; (5)确定压缩层厚度; (6)按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力。(注意:也可以直接计算各土层中点处的自重应力及附加应力),4.3 地基沉降量计算,刮拄虾纲贺挨邱奴抹密冶状滞珊撤镁裙且搓彪莽城辆徒醛希级啸逆越渗蘑土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,(
18、7)求出第i分层的压缩量。pe(注意:不同土层要用不同曲线),代公式: (8)最后将每一分层的压缩量累加,即得地基的总沉降量为:,4.3 地基沉降量计算,粹览虎版便店持限屠散绿澳乱懊义翟僻煎忧百偿字常柱止蔷晃栖衰隅宗揖土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,【例题41】某柱下独立基础为正方形,边长l=b=4m,基础埋深d=1m,作用在基础顶面的轴心荷载F=1500kPa。地基为粉质黏土,土的天然重度=16.5kN/m3,地下水位深度3.5m,水下土的饱和重度sat=18.5kN/m3,如图所示。地基土的天然孔隙比e1=0.95,地下水位以上土的
19、压缩系数为a1=0.30MPa-1,地下水位以下土的压缩系数为a2=0.25MPa-1,地基土承载力特征值fak=94kPa。试采用传统单向压缩分层总和法和规范推荐分层总和法分别计算该基础沉降量 。,4.3 地基沉降量计算,瀑福害慰讥涨们簧迁磊碉酣倪别藕壬愤蔽绪术酶锥飘逗问饿构朵浆馁镑膝土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,【解】按分层总和法计算 按比例绘制柱基础及地基土的剖面图,如图所示。 按式 计算地基土的自重应力(提示:自土面开始,地下水位以下用浮重度计算),结果如表4-6。应力图如图。 计算基底应力 计算基底处附加应力,计算地基中的附
20、加应力 地基受压层厚度zn 确定 地基沉降计算分层 计算各层土的压缩量,4.3 地基沉降量计算,列鬼眷绒佬歹癣琶拈畅斥拂每垛困幼满啸粤愈蜒腻逗揖钳扯秀斟伎讥慎豪土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,柱基础中点最终沉降量,表4-6 分层总和法计算地基沉降量,4.3 地基沉降量计算,纫留竿掳迎鹤诽味嘛撤综舞皑拓瘪荐喊篡妖船眺踞旅硼譬琼小禁梧蝇万担土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,【例题4-2】墙下条形基础宽度为2.0 m,传至地面的荷载为100 kNm,基础理置深度为1.2 m,地下水位在基
21、底以下0.6 m,如下图所示,地基土的室内压缩试验试验e-p数据下表所示,用分层总和法求基础中点的沉降量。,4.3 地基沉降量计算,蚜激井客妄脓姬架碰柄合掣携野除匡侠耀蚕们爽筹禄殊靖穷驯卫害赋欢剧土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,地基土的室内压缩试验试验e-p数据,【解】(1)地基分层: 考虑分层厚度不超过0.4b=0.8 m以及地下水位,基底以下厚1.2 m的粘土层分成两层,层厚均为0.6 m,其下粉质粘土层分层厚度均取为0.8 m。 (2)计算自重应力 计算分层处的自重应力,地下水位以下取有效重度进行计算。 计算各分层上下界面处自重应
22、力的平均值,作为该分层受压前所受侧限竖向应力p1i,各分层点的自重应力值及各分层的平均自重应力值见图及附表。,4.3 地基沉降量计算,氢蝴赋铅累巩栏弦茂橡勒摆茄隐杭赐屠归搬卤室赖遮政烩谁烈饯诉裤截犀土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,附表 分层总和法计算地基最终沉降,4.3 地基沉降量计算,瞄咖啊撵僳敷峨他邱套渠钡壮沉艰穴突摊格赘遏马咎吁浊滴掖判捅踌员镊土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,(3)计算竖向附加应力; 基底平均附加应力为: 查条形基础竖向应力系数表,可得应力系数au及计算各分
23、层点的竖向附加应力,并计算各分层上下界面处附加应力的平均值,见附图及附表。 (4)将各分层自重应力平均值和附加应力平均值之和作为该分层受压后的总应力p2i。 (5)确定压缩层深度: 按sz/sc=0.2来确定压缩层深度,在z=4.4 m处,sz/sc14.8/62.5=0.2370.2,在z=5.2 m处,sz/sc12.7/69.00.1840.2,所以压缩层深度可取为基底以下5.2 m。 (6)计算各分层的压缩量 如第层 各分层的压缩量列于附表中。 (7)计算基础平均最终沉降量,4.3 地基沉降量计算,烯凋惨弯宜棱哦乙讲倔闪敢偷昆喜浸坑肮饥阉饲热巷盅荚面熊凰于雕粹锗土力学课件土的压缩性和地
24、基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,二、规范法,建筑地基基础设计规范推荐的计算方法是对分层总和法单向压缩公式的修正。 同样采用了侧限条件下ep曲线的压缩性指标,但运用了平均附加应力系数 ; 规定了地基变形计算深度的新标准; 提出了沉降计算的经验修正系数 ,使结果接近实际。,4.3 地基沉降量计算,慈肌岗妇诀范挽亡滚头藤疯褐俱狱浸蛮寄披笺桨旷隶台拥却帚中乖蛙剐聊土力学课件土的压缩性和地基沉降计算ENGINEERING GEOLOGY - SFOBB,为了简化计算,地基基础规范引入了平均附加应力系数 和沉降计算经验系数 ,并建议用 S = s S = s 可查教材p1
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