CH4土的变形性质及地基沉降计算.ppt
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1、1,第四章 土的压缩性和地基沉降计算,Behavioral of Soil Compaction and Calculation of Ground Settlement,本章重点:压缩试验、压缩性指标、地基沉降计算方法、单向固结理论及其应用,概述 研究土体压缩的方法及压缩性指标 地基最终沉降量计算 应力历史对地基沉降的影响 固结理论及沉降与时间的关系,主要内容,2,不均匀沉降造成房屋开裂,3,墨西哥市艺术宫,墨西哥国家首都墨西哥市艺术宫,是一座巨型的具有纪念性的早期建筑。此艺术宫于1904年落成,至今已有90余年的历史。这座艺术宫严重下沉,沉降量竟高达4m。临近的公路下沉2m,公路路面至艺术
2、宫门前高差达2m。参观者需步下9级台阶,才能从公路进入艺术宫。这是地基沉降最严重的典型实例。,4,4.1 概 述,土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。土的压缩通常由三部分组成:,地基土的压缩性特点 1)土的压缩变形主要是由于孔隙的减小所引起的 2)饱和土的压缩需要一定时间才能完成,固体土颗粒被压缩,土中水及封闭气体被压缩,水和气体从孔隙中被挤出。,土的压缩变形的快慢与土的渗透性有关。,5,一 室内压缩试验及压缩指标,1 压缩试验,4.2 研究土体压缩的方法及压缩性指标,6,7,8,式中e0为土的初始孔隙比,可由土的三个基本实验指标求得,即,压缩前后固体颗粒体积不变:,9,2 压缩性指标
3、,(1)压缩系数,土压缩性,工程中习惯用100200Kpa范围内的1-2,ep曲线,elgp曲线,10,(2)压缩指数,注:随P变化幅度大,而Cc在压力大的范围内可视为常数,11,(3)压缩模量,由于,代入式得:,12,二 现场载荷试验及变形模量,1、载荷试验,地基载荷试验装置示意图,由三部分组成:加载稳压装置 反力装置 观测装置,13,现场载荷试验,14,2 变形模量,PS曲线: oa段:直线变形阶段,变形模量:,ab段:局部剪裂阶段 bc段:完全破坏阶段,注:1) 变形模量是指无侧限情况下的应力与应变的比值,它与压缩模量不同 2) 深层土的变形模量测定,E0土的变形模量,MPa; 土的泊松
4、比, p1直线段的荷载强度,kPa; S1相应于P1的裁荷板下沉量,mm; b承压板的宽度或直径,mm;沉降影响系数,15,三 弹性模量,三轴压缩试验确定土的弹性模量,注: 弹模常用于计算瞬间或短时间内快速作用着荷载时土体的变形。,16,四 压缩性指标间的关系,压缩系数a、压缩指数Cc、压缩模量Es都是室内压缩试验侧限条件下的压缩特性的反映,,变形模量E0是土在侧向自由膨胀条件下竖向应力与竖向应变的比值,竖向应变中包含弹性应变和塑性应变。,弹性模量E指正应力与弹性(即可恢复)正应变d的比值,测定可通过室内三轴试验获得。,根据材料力学理论可得变形模量与压缩模量的关系:,17,4.3 地基最终沉降
5、量计算,一、分层总和法计算最终沉降 1假定: 地基土是一均匀,等向的半无限空间弹性体。 基础沉降量据基础中心点下土柱所受的附加应力进行计算 地基土在压缩变形时,不发生侧向膨胀 地基沉降量等于基底面下某一深度范围内各土层压缩量总和,地基沉降: 最终沉降S 沉降St时间关系,18,2 计算方法和步骤:,3)计算各分层界面处的自重应力和附加应力,分别绘于基础中心线的左侧与右侧;,4)确定沉降计算深度zn。按zn/cn0.2(软土zn0.1cn)条件确定。,5)计算各分层土的平均自重应力,平均附加应力,6)令,,,从该土层的压缩曲线中由,查出相应的,和,1)按比例绘制地基和基础剖面图。,2)划分计算薄
6、层。(a)分层厚hi0.4b,;(b)天然土层面及地下水位面作为一个分层界面;(c)基底附近附加应力变化大,分层厚度可小些,19,20,7)计算各分层的压缩量:,又因,故也可用,8)计算沉降计算深度范围内地基的最终沉降量:,讨论:1) 本法实用上只以基底中心点沉降代表基础沉降 2) 分层总和法算出的沉降与实际相比,坚实地层 偏大, 软弱地基偏小,21,例题4.1 某建筑物基础底面积为正方形,边长lb4.0m。上部结构传至基础顶面荷载P1440kN。基础埋深d1.0m。地基为粉质粘土,土的天然重度l60KN/m3。地下水位深度3.4m。水下饱和重度sat18.2 KN/m3。土的压缩试验结果,e
7、p曲线,如图所示。计算基础底面中点的沉降量。,22,(2) 地基沉降计算分层。计算层每层厚度hi0.4b=1.6m。地下水位以上2.4m分两层,各1.2m;第三层1.6m;第四层以下因附加应力很小,均可取2.0m。,1.2m,1.2m,1.6m,2.0m,(1) 绘制基础剖面图与地基土的剖面图,23,(3)计算地基土的自重应力,基础底面,地下水面,地下水面以下因土均质,自重应力线性分布,故任取一点计算:,地面下8m处,24,35.2,67.5,54.4,83.9,计算地基土不同深度处的自重应力并标注在基地基剖面图左侧,25,(4)计算地基土的附加应力,基础底面接触压力,基础底面附加应力,地基中
8、的附加应力 基础底面为正方形,用角点法计算,分成相等的四小块,计算边长l=b=2.0m。,26,附加应力计算,27,把附加应力绘于基础中心线的右侧。,31.6,83.8,57.2,16.9,28,地基沉降计算深度,(5)地基受压层深度zn,由图中自重应力分布与附加应力分布两条曲线,寻找z=0.2cz的深度z。,16.9,当深度z=6.0m时,z=16.9kPa,cz=83.9kPa,z0.2cz=16.9kPa。故受压层深度=6.0m。,83.9,6.0m,29,(6)地基沉降计算,以第二层土为计算如下:,平均自重应力,平均附加应力,35.2,54.4,83.8,57.2,平均,平均,30,查
9、得对应孔隙比,e1= 0.960,e2= 0.936,p1,e1,p2,e2,31,该层土的沉降量为,其它各层土的沉降量计算如表所示,平均自重应力,平均附加应力,由,(7)基础中点的总沉降量,32,二 应力面积法(规范法),建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)所推荐的地基最终沉降量计算方法,习惯上称为规范法。是以分层总和法的思想为基础,也采用侧限条件的压缩性指标,但运用了地基平均附加应力系数计算地基最终沉降量的方法,该方法确定地基沉降计算深度zn的标准也不同于前面介绍的分层总和法,并引入沉降计算经验系数,使得计算成果比分层总和法更接近于实测值。该方法也称应力面积法 。,1计算原理,
10、1计算原理,33,在已介绍的分层总和法中有一些缺憾,那就是当分层厚度较大时,计算结果的误差也会加大。为提高计算精度,不妨设想把分层的厚度取到足够小,假定均质地基土,在侧限条件下,压缩模量Es不随深度而变hi0,则有:,当土层划分得足够薄时,深度z范围内的附加应力面积,附加应力面积,附加应力通式z=p0,引入平均附加应力系数,因此附加应力面积表示为,因此,34,利用附加应力面积A的等代值计算地基任意深度范围内的沉降量,因此第i层沉降量为,得成层地基 最终沉降量基本公式,35,地基沉降计算深度的新标准应满足下列条件:由该深度处向上取按表规定的计算厚度 ,所得的计算沉降量应满足下式要求(包括考虑相邻
11、荷载的影响):,当无相邻荷载影响,基础宽度在130m范围内时,基础中点的地基沉降计算深度, 也可按下式计算,36,影响最终沉降量计算准确度的因素有很多方面。地基沉降计算深度范围内的计算沉降量尚须乘以一个沉降计算经验系数s,即,注 s由计算深度范围内压缩模量的当量值查表得,2 计算公式,37,例题4.2 某厂房柱传至基础项面的荷载为1190kN,基础埋深d=1.5m,基础尺寸lb4m2m,土层如图所示,试用应力面积法求该柱基中点的最终沉降量。,38,解:(1) 求基底压力和基底附加压力,基础底面处土的自重应力,基底附加应力为,39,(2)确定沉降计算深度,本题中不存在相邻荷载的影响,故可按式(4
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