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1、第五章土的压缩性与地基沉降计算 5.1概述 5.2压缩性试验及相关指标 5.3地赛沉降实用计算方法 5.4饱和枯性土地基沉降与时间的关系25 3年8月1H川1四12时16分56秒:- 土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的特性。 特点：(1) 土的压缩性主要是孔隙体积减少引起的。:-压缩量的组成体颗粒的压缩土中水的压缩f 、占总压缩量的1/400不至IJ, “忽略不计空气的排出水的排出压缩量的主要组成部分253年8月1H川脚匹12时16分56秒營粘性土的压缩随着时间的增长而增长的过程称为土的I=i无粘性土透水性好水易于排出.压缩稳定很快完成粘性土 透水性差，-水不易于排出.压缩稳定需要很长一
2、段时间J 沉降：在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖 直方向的位移。I百分哀传压板一、室内压缩试验:试验目的：测定轴向应力和轴向变形 试验条件：侧限压缩（无侧向变形）试验设备：压缩固结仪试验过程：（1）制样（2）加荷固结（3）数据处理试样20（ 3年8月川期四12时16分56松(1)制样20(3勺8月星期四12116分56抄用换刀切取钻探取得的保持天然结构的原状上样，由于地基沉降主要与竖直方向的压缩性有关，且土是各向异性的, 所以切土方向应与土天然状态时的垂直方向一致。(2) 加荷固结慢速压缩：常规加荷等级为50、100、200、300、 400kPao每一级荷载耍求恒压24小时或
3、为在1小时内的压缩 暈不超过O.(X)5mm时，认为变形已经稳定，并测怎稳泄时的 总压缩fflAZ/o快速压缩：实际工程屮，为减少室内试验工作蜃，每级 荷载恒压卜2小时测定其压缩量,在最后一级荷戟F才压缩 到24小时。20(3年8月1日星期四12时根据爪缩试验可得到皿，据此可推了 I：样孔隙比与变形虽 的关系PH整理压缩过程前后土样 变形最为整个压 缩过程中土粒体积和截 面积不变，所以固体颗 粒高度不变。(1) ep曲线:根据压缩试验可得到AW,据此可推导土样孔隙比与变形量的关系，进而得到关系压缩性不同的土.曲线形状也不1 同，曲线愈陡，说明在相同的压力增( 量下，土的孔隙比减少的越显着，图1
4、 的压缩性越大。：根据ep曲线得到两个压缩性指标:(1) 压缩系数“土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向应力增量的比值。曲线斜率表示单位压力增量 下孔隙比的改变量，并以此来表征土 的压缩性高低。d ea d P由于曲线斜率随着时间在变化， 因此，实际采用割线斜率来表示土的 压缩性A e务-為Pi- Pi土的压缩性大小受荷载大小的影响规范用pEOOkPu、p2=200kPa对应 的压缩系数“来评价土的压缩性。,0.1 MPa-1低压缩性土0MPN “.2O5MP 中压缩性土注輿更二触(2) 压缩模量乓土在完全侧限条件下竖向应力增fit勺与相应的应变增量A啲 比值. 称为侧限压缩模量，简称压缩模绘，
5、用瓦表示。单位：KPa Al Pa无侧向变形.压缩过程中试样横截面及不变.根据土粒所占高度不变 的条件，AH可用相应的孔隙比的变化Aen严2来表示：H、D亠_轨H=M H1 +片1 + e?1 + e?1+勺11 +勺1Es：非常数与a成反比E 一一十 一 ”+勺A/7/| Ae/1 + 勺 a2013年8H1HM期刚2时16分56抄2、e-ogpW线及压缩指标(1) e-logp曲线当采用半对数坐标来绘制室内侧限压缩试验曲线时， 就得到Eogp曲线。在曲线中可以看到，当压力较大时，曲线接近直线，这 是这种表示方法区别与曲线的独特优点。(2) 压缩指数q将COM曲线直线段的斜率用 q来表示，称
6、为压缩指数，它是 无母纲的：20( 3 年期四12时16分56抄压缩指数G与压缩系数“不同. 它在压力较大时为常数，不随压力 变化而变化。G值越大，土的压缩性越高.低 压缩性土的G值一般小于0.2,高压 缩性土的值一般大于04和3年8小认期卩陀时x G多用于地基沉降计算，通常用室内侧限压缩16分56抄C3)回弹指数Ceeog)卸载段和再压缩段的平 均斜率称为回弹指数或再 压缩指数C通常QvvCc,般粘性 土的 (0.10.2Cc)回弹模量用于深基坑开挖时，沉降计算.通常用载荷板试验来确定.16分56抄2、ps曲线及变形模掃I) ps曲线20( 3年8片星糾四12时16分56秒14（2）地基变形
7、模尿竝在$曲线的育线段内，根据弹性理论计算沉降的公式 （6-8）反求地基的变形模量E。E。二 Ml-?）。单位：MPaS式中：p为比例界限荷载,kPa；s为相应I p的载荷板沉降鼠.mm：b为载荷板的宽度或直径，m：“为土的泊松叱，砂土可取0.2-0.25,粘性土可取0.250.45：S li：彩响系数.对刚件栈荷板讹=088（八 :“=079（圖形板）20（ 3年8们1泉期凹12时16分56抄弹性模量及试验测定2013年8JH日星期四12时16分56秒弹性模量是指正应力与弹性正应变（即可恢复应变）的比值。一般采用三轴仪进行剪切试验，得到应力应变曲线，应I 力应变曲线的初始切线模量厶或再加荷模
8、量吕作为弹性模量。*一般在计算饱和粘性土地基 上瞬时加荷所产生的瞬时沉降 时，应采用弹性模量。轴向应空X计算高耸结构物的风荷载作 用下的倾斜，瞬时重复荷載， 变形大部分为弹性变形.三种模量讨论标试验方法条f数值应用VV:. |试脸一定国压 卜竖向止应变与相应弹ft 正应变的比值弹性理论公式中佔算建 筑物的初始瞬时沉降E,V固结试验侧限条件竖向正应力与相应正应 变（总应变）的比值E = /3E$地肚沉降址终沉降il舁 的分层总和法和应力浙 枳法瓦现场载荷侧向自由 膨胀条件竖向匸应力；II应上应 变（变）比值弹性理论法佔m也幕最 终沉降量0=1-苦2013年8月1H星期四12时16分56枕1j f
9、 j f jf f j f jf f j f f j f q.f jf计云工的应力历史和固结状态应力历史是指土层在地质历史发展过程屮所形成的询期 应力状态以及这个状态对土层强度与变形的响。（1）先期固结压力天然土层在历史上受过的垠人的固结压力（垠人竖向 有效应力），称为先期固结压力或前期固结压力。根据室内压缩试验获得的e-logplltl线來确定，较方便 的方法是卡萨格兰徳1936年提出的经验作图法。20(3年8AJ1HW期四12时16 分 56W匸常固结十.超固结I:欠固结I.(2) 土的固结状态将上层的天然固结状态划分为三种，即正常固结、超 固结和欠固结。上层天然固结状态的定量指标一趙固结
10、比OCROCR =-式中de十层白車:应力，kPa20(3年8AJ1HW期四12时16 分 56W20(3年8月席期四12时16分56秒一、地基表面沉降的弹性力学公式根据弹性半空间的布辛奈斯克的竖向位移解公式，计 算地基表面沉降量。基本假定：假设地基土为均匀的、连续的、各向同性 的半空间无限体。集中荷载2瞬陪+ 2(1-“)刃亠 =咤4*近似适用于基础埋藏较浅的情况，计算初始(瞬时)沉降。20131 8H1HM 期四 12时16分56秒式中：$竖向集中力p作用下地基表面 任意点沉降；-/集中力p作用点与地基表面沉 降计算点的距离，即-77； 弹性模量；“一泊松比。ABX通常用耳代替E+ in(
11、w + 牛1)P。m Iny _(1-心e(I-/2),=心/%=；仏切。列一中点沉降影响系数，是长宽比的函数，可査表61 (P143)得到.。=2仪JJ心_ 2tn20( 3年8月1H耶期四12时角点法以中心点为例(2)均布矩形柔性荷载(a)角点处根据柱加原理，利用集屮力作用下的沉降公式进行积分求 得矩形角点处产生的沉降：m=b,矩形荷载而积的长宽比；厲一棊底附加压力；戈一角点沉降系数，即单位矩形均布荷找在角占引起的沉降：皱一角点沉降彩响系数，是长宽比的函数，町含表(PI43)得到。a)=(l/2)/(b/2)=l/bA 1 /2 b $。=4 叫亍P。二一厂班切(C)平均沉降 矩形柔性基础
13、土层中附加应力的影响深度，该深 度以下的变形小到可以忽略不计，也称为地基变形计算深度。计算所用到的压缩性指标是根据固结试验的压缩曲线确定 的，BPe-p曲线。计算基础最终沉降时先求得基底中心轴线下土中应力(包 括自重应力.基底附加压力和地基附加应力)的分布。分层总和法单向压缩基本公式计算步骤(1) 地基土分层(a) 成层土的层面，不同土层压缩性及重度不同；(b) 地下水面(上、下土层的有效氫度不同)足当然的分层界面;(c) 分层厚度一般不应大于0.3 (方)为基底宽度.(2) 计算各分层界面处土自童应力自重应力从天然地面算起.地下水位以下一般应取有效重度。(3) 计算各分层界面处基底中心下竪向
14、附加应力(4) 确定地基沉降计算深度(或压缩层厚度般取qa=o.2(o.i)深度以上层厚为压缩层厚度。20130 8月81期四12时16分56秒(5) 计算各分层土的压缩量3“必=严匕=牛土0 =警严2耳1十勺1 +即1+%Hl第i分层土的厚度；e】L对应于第i分层土上、下层面自重应力值的平均值从土的压缩 曲线上得到的孔隙比；对应于第i分层土自重应力值平均值如与上下层面附加应力值的平 均值V之和必从土的压缩曲线上得到的孔隙比。(6) 叠加计算基础的平均沉降量:ns = Y冷式中n为沉降计隽深度范用内的分层数。20138)11 H 期凹 12时16分56件犬然地山12013 I 816分 56*
15、N1丄2、分层总和法规范修正公式一应力面积法建筑地基基础设计規范(GB5007.2002 )推荐地基最终变形童计算公式是分层总和法单向压缩的修正公式. 三个新指标：(1 )地基平均附加应力系数匸从基底某U.点下至地基任意深度Z范09内的附加应力(分布图)面积 力对基底附加压力与地基深度的乘积忆之比值.(2) 地基变形计算深度冷的新标准位移比法代替应力比法(3) 沉降计算经验系数怀20(3年8月1日凰期四12时16分56抄31r*召贏(1) 地基土分层(a) 成层土的层面，不同土层压缩性及重度不同；(b) 地下水面(上、下土层的有效重度不同)是当然的 分层界面；(2) 计算各分层界面处土自重应力
16、自重应力从天然地面算起，地下水位以下一般应取有效重度.(3) 计算各分层界面处基底中心下竖向附加应力20(3年8月1円皿期四12时16分56秒(4) 确定地基沉降计算深度(或压缩层厚度)用符号Z表示沉降计算深度，并规定Zn应符合下列要求:式中山：0 0.0252；人号-自试算深度往上Az厚度范围内庄缩量(包括考 虑相邻荷栽的彩响)；Az的取值按下表确定。33 *2013年8月禺创四12时16分56松r值b (in)bW22bW416W88Z力二(ill)0.30 60 810注:如果确定的沉降计算深度下部仍有校软弱土层时，应继续往下进 行计算，同样也应满足上式为止.2013年8丿呈期凹12时1
17、6分56秒36简化方法：无相邻荷载彩响时，基础宽度在lJOin范围内，地基沉降 计算深度可按下式计算：zft = (2.5-().41n b)式中：b基础宽度.注；在计算深度范围内存在基岩时，Z“取至基岩面沉那计翼经逾系数匕、E (KP)、_ 臺底常加压力、2.5407015020 0A 2 Zk1 I13100 40.2po 0乃几111007040.2(5)计算各分层土的压缩最假设地基土是均质的，Es不随 深度而变，则可得从基底某点下至 地基採度护a呻巒琢 式中：丄的压缩应変了，b地基竖向附加应力； A基底某点下至任意深度z徂围内附加应力面积; A = (T：dz= Po j： adz=
18、p,、a 乙 S = - a T范围内的竖向平均附加应力系数； 可得成层地基中第i分层的变形董公式：20134 8片早期凹12时AV = S16分56抄1附加应力(6)沉降计算经验系数/SssV、一般根据地区沉降观测资料及经验确定，也可查表64乓沉降计算深度范田内各分展压缩模童的当量值，按下式计算亘=2；- 式中：舛一第匚层土附加应力面积当量值; Y 4 =站6 -二-g)(7) 计算基础的骯终沉降量)5 二 I)91Ml式中：叭沉降计算经验系数；0计算得到的沉降；n 一沉降计算深度范围内划分的土层数；Pa基底附加压力；几&一平均竖向附加应力系数；查表65, P152;2013勺：8月星期四1
19、2时16分56秒3、规范法与分层总和法单向压缩公式比较的优点(1 )应力面积法可以减少划分土层的层数，一般可以按地基 土的天然层面划分，使得计算工作得以简化；(2) 地基沉降计算深度/的确定方法更合理；(3) 沉降计算经验系数败综合反映了多种因素的影响,使得计算值更接近与实际.f 5.4饱和粘性土地基沉降与时间的关系一、概述在一般粘性土地区，四五层以上民用建筑物允许沉降近10cm左右，沉降超过此值就易产生裂缝；而沿海软土地区,沉降的固结过程彳艮股，建筑物能够适应于地基的变形，类似建 筑物允许沉降量超过2(k m甚至更大。碎石土和砂土固结稳定所需时间很短，在外荷栽施加完毕 时，其固结变形就已经基
20、本完成。工程中一般只考虑粘性土和 粉土的变形与时间的关系.气 5个月、W个月、2年地基土的沉降量是多少？占总沉降量的比例是多少？地基沉降2OOmni要多长时间？-原理-理论：有效应力原理一维因结理论3个评价指标:如何描述地基沉降速率？20(3年8月1出期四12时16分56松(.有效应力原理1有效应力原理饱和土中任意点在任意时刻的总应力总是等于有效应力 和孔隙水压力之和。CT = CF 4- U 或 b =b UX有效应力/是由土骨架传递的压力，即颗粒间接触应力, 是引起土体变形的应力；x超净孔隙水压力M是外荷勵在土孔隙水中引起的超静水 压力，简称孔隙水压力。20(3年8丿H Fid期四12时1
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