地基最终沉降量计算方法及其最终影响.ppt
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1、地基最终沉降量计算方法及其最终影响,概 述,自重应力压缩稳定 附加应力导致地基土体变形,体积变形,形状变形,由正应力引起,会使土的体积缩小压密,不会导致土体破坏,形状变形主要由剪应力引起,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,概 述,沉降: 在附加应力作用下,地基土产生体积缩小,从而引起建筑物基础的竖直方向的位移(或下沉)称为沉降 某些特殊性土由于含水量的变化也会引起体积变形,如湿陷性黄土地基,由于含水量增高会引起建筑物的附加下沉,称湿陷沉降。相反在膨胀土地区,由于含水量的增高会引起地基的膨胀,甚至把建筑
2、物顶裂。,概 述,除此之外某些大城市,如墨西哥、上海等由于大量开采地下水使地下水位普遍下降从而引起整个城市的普遍下沉。这可以用地下水位下降后地层的自重应力增大来解释。当然,实际问题也是很复杂的,还涉及工程地质、水文地质方面的问题。,概 述,如果地基土各部分的竖向变形不相同,则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。 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。,概 述,为了保证建筑物的安全和正常使用,我们必须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。如果建筑物基础可能产生的最大沉降量和沉降差,在规定的允许范围之内
3、,那么该建筑物的安全和正常使用一般是有保证的;否则,是没有保证的。对后一种情况,我们必须采取相应的工程措施以确保建筑物的安全和正常使用。,概 述,基础沉降量或沉降差的大小首先与土的压缩性有关,易于压缩的土,基础的沉降大,而不易压缩的土,则基础的沉降小。 基础的沉降量与作用在基础上的荷载性质和大小有关。一般而言,荷载愈大,相应的基础沉降也愈大;而偏心或倾斜荷载所产生的沉降差要比中心荷载为大。 在这一章里,我们首先讨论土的压缩性;然后介绍目前工程中常用的沉降计算方法;最后介绍沉降与时间的关系。,土的压缩特性 一、土的压缩与固结,压缩: 土在压力作用下,体积将缩小。这种现象称为压缩。 固结: 土的压
4、缩随时间增长的过程称为固结,一、土的压缩与固结,目前我们在研究土的压缩性,均认为土的压缩完全是由于孔隙中水和气体向外排出而引起的。,饱和砂土,透水性强,在压力作用下,固结很快完成,饱和粘土,透水性弱,在压力作用下,固结需要很长时间完成,一、土的压缩与固结,瞬时沉降,主固结沉降,次固结沉降,一、土的压缩与固结,瞬时沉降指在加荷后立即发生的沉降 饱和粘土 在很短的时间内,孔隙中的水来不及排出,加之土体中的土粒和水是不可压缩的,因而瞬时沉降是在没有体积变形的条件下发生的,它主要是由于土体的侧向变形引起的 瞬时沉降一般不予考虑,一、土的压缩与固结,对于控制要求较高的建筑物,瞬时沉降可用弹性理论估算。对
5、于饱和粘土在局部均布荷载作用下,地基的瞬时沉降可用下式计算,影响系数,表41,一、土的压缩与固结,瞬时沉降,主固结沉降,次固结沉降,一、土的压缩与固结,主固结与主固结沉降 在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致土体体积随时间逐渐减小,有效应力逐渐增加,这一过程称为主固结 随着时间的增加,孔隙水应力逐渐消散,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,主固结沉降完成,这一过程所产生的沉降为固结沉降。,一、土的压缩与固结,瞬时沉降,主固结沉降,次固结沉降,一、土的压缩与固结,次固结沉降 土体在主固结成将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 次
6、固结沉降对某些土如软粘土是比较重要的,对于坚硬土或超固结土,这一分量相对较小。,土的压缩特性 二、土的压缩指标,为了研究土的压缩特性,通常需要进行试验,室内固结试验,现场原位试验(荷载试验、旁压试验),室内固结试验与压缩曲线,室内固结试验与压缩曲线,用环刀切取扁园柱体,一般高2厘米,直径应于高度25倍,面积为30cm2或50 cm2,试样连同环刀一起装入护环内,上下有透水石以便试样在压力作用下排水。 在进水石顶部放一加压上盖,所加压力通过加压支架作用在上盖,同时安装一只百分表用来量测试样的压缩。 由于试样不可能产生侧向变形而只有竖向压缩。于是,我们把这种条件下的压缩试验称为单向压缩试验或侧限压
7、缩试验。,室内固结试验与压缩曲线,假定试样土粒本身体积不变,土的压缩仅由于孔隙体积的减小,因此土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。 压力p与相应的稳定孔隙比的关系曲线称为压缩曲线,e-p曲线,e-lgp曲线,室内固结试验与压缩曲线,a图:压力与加荷历时关系 b图:各级压力下,试样孔隙比随时间的变化过程 压缩快压缩稳定,稳定的快慢和土的性质有关,压缩系数,用单位压力增量所引起的孔隙比的改变,即压缩曲线的割线坡度表征土的压缩性的高低,压缩系数,压缩系数,av是表征土压缩性的重要指标之一,ep曲线越陡, av就越大,土的压缩性越高,ep曲线越平缓, av就越小,土的压缩性越低,压缩系数,压缩曲线不
8、是直线,即使是同一种土,其压缩系数也不是常量。 工程上为了便于统一比较,习惯采100kpa200kpa范围的压缩系数来衡量土的压缩性的高低,我国建筑地基基础设计规范规定,压缩指数与回弹再压缩指数,在较高的压力范围内,压缩曲线近似为一直线,很明显,该直线越陡,意味着土的压缩性越高。,压缩指数,压缩指数与回弹再压缩指数,Cc与土的压缩性的关系,elgp曲线越陡, Cc就越大,土的压缩性越高,elgp曲线越平缓, Cc就越小,土的压缩性越低,压缩指数与回弹再压缩指数,试样回弹不是沿初始压缩曲线,说明土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形组成 回滞环非完全弹性 回弹和再压缩曲线比初始曲线平
9、缓,说明在回弹和再压缩范围内土的压缩性降低 超过B点,再压缩曲线趋于初始压缩曲线的延长线,压缩指数与回弹再压缩指数,Cs=(0.10.2)Cc 土的压缩性减小 土体如果承受到比现在大的压力,其压缩性将降低,也就是说土的应力历史对压缩性有很大影响,回弹指数,软土地基加固,其它压缩性指标,体积压缩系数mv 单位应力作用下单位体积的体积变化,初始孔隙比,其它压缩性指标,压缩模量: 土体在无侧向变形条件下,竖直应力与竖向应变之比。其大小反映了土体在单向压缩条件下对压缩变形的抵抗能力。,其它压缩性指标,变形模量 表示土体在无侧限条件下应力应变之比,相当于理想弹性体的弹性模量。 其大小反映了土体抵抗弹塑性
10、变形的能力 用于瞬时沉降的估算,可用室内三轴试验或现场试验测定,其它压缩性指标,广义虎克定律,变形模量与压缩模量关系,不同土类的变形模量经验值,应力历史对粘性土压缩性的影响,应力历史: 土体在历史上曾经受过的应力状态 固结应力 能够使土体产生固结或压缩的应力,自重应力,附加应力,固结应力,新沉积的土或人工填土,大多数天然土,应力历史对粘性土压缩性的影响,前期固结应力 土在历史上曾受到过的最大有效应力pc 现有有效应力 超固结比,应力历史对粘性土压缩性的影响,OCR1 超固结土,OCR1 正常固结土,OCR1 欠固结土,现有有效应力是历史上曾经收到过的最大有效应力,应力历史对粘性土压缩性的影响,
11、应力历史对粘性土压缩性的影响,三种土层现有应力相同,但是它们的应力历史不同。 压缩时从不同的位置开始,逐渐压缩稳定 三种土应力增量相同,但由于应力历史不同,所以其压缩量不同。 应力历史对地基沉降产生很大的影响,3.7 地基最终沉降量计算- 单向压缩量公式 无侧向变形条件下单向压缩量计算假设,分层总和法 (1)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; (2)土层仅产生竖向压缩,而无侧向变形; (3)土层均质且在土层厚度范围内,压力是均匀分布的。,单向压缩量公式,试样高度H 土粒的体积Vs 孔隙比e1,孔隙体积:Vv=e1vs,总体积:V1=Vv+Vs=(1+e
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- 地基 最终 沉降 计算方法 及其 影响
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