第六章-地基沉降计算-土力学课件.ppt
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- 第六 地基 沉降 计算 土力学 课件
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1、1第六章地基变形2 在荷载作用下,土体的沉降通常可以分为在荷载作用下,土体的沉降通常可以分为三部分:三部分:(1 1)瞬时沉降:施加荷载后,土体在很短的时)瞬时沉降:施加荷载后,土体在很短的时间内产生的沉降。间内产生的沉降。(2 2)主固结沉降:它是由饱和粘性土在荷载作)主固结沉降:它是由饱和粘性土在荷载作用下产生的超静孔隙水压力逐渐消散,孔隙水用下产生的超静孔隙水压力逐渐消散,孔隙水排出,孔隙体积减小而产生的。排出,孔隙体积减小而产生的。(3 3)次固结沉降:指孔隙水压力完全消散,主)次固结沉降:指孔隙水压力完全消散,主固结沉降完成后的那部分沉降。通常认为次固固结沉降完成后的那部分沉降。通常
2、认为次固结沉降是由于颗粒之间的蠕变及重新排列而产结沉降是由于颗粒之间的蠕变及重新排列而产生的。生的。3地基表面沉降的弹性力学公式地基表面沉降的弹性力学公式23(1)12(1)2pzERR第四章节中布辛奈斯克解有第四章节中布辛奈斯克解有当在地基表面时当在地基表面时,Z=0,Z=02(1)pER4对均布矩形荷载对均布矩形荷载,P=,P=常数常数,用角点法得到用角点法得到21csbpE5研究表明:研究表明:粘性土地基在粘性土地基在基底压力作用下的沉降量基底压力作用下的沉降量S由三种不同的原因引起由三种不同的原因引起次固结沉降次固结沉降 :Ss瞬时沉降瞬时沉降:Sd主固结沉降主固结沉降(渗流固结渗流固
3、结沉降沉降):SctSS Sd d :初始瞬时沉降初始瞬时沉降Ss:次固结沉降次固结沉降S Sc c:主固结沉降主固结沉降scdSSSS 6.3 6.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算6n一、分层总和法一、分层总和法地基最终沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量地基最终沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量1.基本假设基本假设n地基是均质、各向同性的半无限线性地基是均质、各向同性的半无限线性变形体,可按弹性理论计算土中应力变形体,可按弹性理论计算土中应力n在压力作用下,地基土不产生侧向变在压力作用下,地基土不产生侧向变形,可采用侧限条件下的压缩性指标形,可采用侧限条件下的压缩性指标 为了
4、弥补假定为了弥补假定所引起误差,取所引起误差,取基底中心点下的基底中心点下的附加应力进行计附加应力进行计算,以基底中点算,以基底中点的沉降代表基础的沉降代表基础的平均沉降的平均沉降2.单一压缩土层的沉降计算单一压缩土层的沉降计算n在一定均匀厚度土层上施加连续均布在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载,竖向应力增加,孔隙比相应减荷载,竖向应力增加,孔隙比相应减小,土层产生压缩变形,没有侧向变小,土层产生压缩变形,没有侧向变形。形。7p可压缩土层可压缩土层H1H0s土层竖向应力由土层竖向应力由p1增加到增加到p2,引起孔隙比从引起孔隙比从e1减小到减小到e2,竖向应力增量为竖向应力增量为p11212
5、11HeeeHHs1221 ppeepea由于由于所以所以11121)(1HEpHppeass3.3.单向压缩分层总和法单向压缩分层总和法n分别计算基础中心点下地基中各个分分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量层土的压缩变形量si,基础的平均沉基础的平均沉降量降量s等于等于si的总和的总和ininiiiHss11i第第i层土的层土的压缩应变压缩应变84.4.单向压缩分层总和法计算步骤单向压缩分层总和法计算步骤siiiiiiiiiiEpeppaeee1121211)(1e1i由第由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比得到的相应孔隙比 e2
6、i由第由第i层的自重应力均值与附加应力均值之层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比ni土的压缩应变土的压缩应变n1.1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度n3.3.确定沉降计算深度范围内的分层界面确定沉降计算深度范围内的分层界面n4.4.计算各分层沉降量计算各分层沉降量n5.5.计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量9n绘制基础中心点下地基中自绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线重应力和附加应力分布曲线n确定基础
7、沉降计算深度确定基础沉降计算深度 一般取附加应力与自重应力一般取附加应力与自重应力的比值为的比值为20处,即处,即z=0.2c处的深度作为沉降计算深度的处的深度作为沉降计算深度的下限下限n确定地基分层确定地基分层1.1.不同土层的分界面与地下水位不同土层的分界面与地下水位面为天然层面面为天然层面2.2.每层厚度每层厚度hi 0.4bn计算各分层沉降量计算各分层沉降量 根据自重应力、附加应力曲线、根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量压缩曲线计算任一分层沉降量 对于软土,应该取对于软土,应该取z=0.1c处,若沉降深度范围内存在基处,若沉降深度范围内存在基岩时,计算至基岩表
8、面为止岩时,计算至基岩表面为止n计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量iiiiiheees1211 niiss1d地基沉降计算深度地基沉降计算深度c线线z线线10318kN m320satkN m6m下降后地下水位原地下水位2m中砂粉质粘土例:图示天然地基,由粉质粘土和中砂组成,。粉质粘土在水面以上的重度为 ,在地下水位以下的重度为 ,试求由于地下水位下降引起粉质粘土层中2m6m土层的沉降量压力P(kPa)孔隙比e500.671000.651500.632000.61811n二、规范法二、规范法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 分层总和法的另一种形
9、式分层总和法的另一种形式n沿用分层总和法的假设,并引入平均附加应力系数和地沿用分层总和法的假设,并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数基沉降计算经验系数 均质地基土,在侧限条件下,压缩模量均质地基土,在侧限条件下,压缩模量Es不随深度而变,不随深度而变,从基底至深度从基底至深度z的压缩量为的压缩量为szzszszEAdzEdzEs001附加应力面积附加应力面积深度深度z范围内的范围内的附加应力面积附加应力面积dzAzz0附加应力通附加应力通式式z=p0代入代入引入平均附引入平均附加应力系数加应力系数00zdzAzp z因此附加应力因此附加应力面积表示为面积表示为zpA0sEzps0因此因
10、此00zpdz12利用附加应力面积利用附加应力面积A的等代值计算地基任意深度范围内的的等代值计算地基任意深度范围内的沉降量,因此第沉降量,因此第i层沉降量为层沉降量为)(11011iiiisisiiiiiizzEpEAAsss根据分层总和法基本原理可得成根据分层总和法基本原理可得成层地基最终沉降量的基本公式层地基最终沉降量的基本公式zi-1地基沉降计算深度地基沉降计算深度znzizzi-153 4612b12345612ip0i-1p0p0p0第第n层层第第i层层zi)(11101iiiinisiniizzEpssAiAi-113地基沉降计算深度地基沉降计算深度zn应该满足的条件应该满足的条件
11、)(1110iiiinisisszzEpsszi、zi-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面的距离层土底面的距离(m)i、i-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面范围内平层土底面范围内平均附加应力系数均附加应力系数niinss1025.0 当确定沉降计算深度下有软弱土层时,尚应向下继续计当确定沉降计算深度下有软弱土层时,尚应向下继续计算,直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上算,直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式,若计算深度范围内存在基岩,式,若计算深度范围内存在基岩,zn可取至基岩表面为止可取至基岩表面为止 当无相邻荷载影响,
12、基础宽度在当无相邻荷载影响,基础宽度在130m范围内,基础中范围内,基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算)ln4.05.2(bbzn 为了提高计算精度,地基沉降量乘以一个沉降计算经验为了提高计算精度,地基沉降量乘以一个沉降计算经验系数系数s,可以查有关系数表得到可以查有关系数表得到地基最终沉降地基最终沉降量修正公式量修正公式14n三、地基沉降计算中的有关问题三、地基沉降计算中的有关问题n1.1.分层总和法在计算中假定不符合实际情况分层总和法在计算中假定不符合实际情况 假定地基无侧向变形假定地基无侧向变形 计算结果偏小计算结果偏小 计算采用基础中心点
13、下土的附加应力和沉降计算采用基础中心点下土的附加应力和沉降 计算结果偏大计算结果偏大 两者在一定程度上相互抵消误差,但精确误差难以估计两者在一定程度上相互抵消误差,但精确误差难以估计n2.2.分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用下的分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用下的固结程度,未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量固结程度,未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量 相邻荷载对沉降量有较大的影响,在附加应力计算中应考相邻荷载对沉降量有较大的影响,在附加应力计算中应考虑相邻荷载的作用虑相邻荷载的作用 n3.3.当建筑物基础埋置较深时,应考虑开挖基坑时地基土的当建筑物基础埋置较
14、深时,应考虑开挖基坑时地基土的回弹,建筑物施工时又产生地基土再压缩的情况回弹,建筑物施工时又产生地基土再压缩的情况15n四、例题分析四、例题分析n【例】某厂房柱下单独方形基础,已知基础底面积尺寸某厂房柱下单独方形基础,已知基础底面积尺寸为为4m4m,埋深埋深d1.0m,地基为粉质粘土,地下水位地基为粉质粘土,地下水位距天然地面距天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面上部荷重传至基础顶面F1440kN,土土的天然重度的天然重度 16.0kN/m,饱和重度饱和重度 sat17.2kN/m,有有关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算基础最终沉
15、降(已知基础最终沉降(已知fk=94kPa)3.4md=1mb=4mF=1440kN501002003000.900.920.940.96e16n【解答】解答】nA.A.分层总和法计算分层总和法计算1.1.计算分层厚度计算分层厚度每层厚度每层厚度hi 0.4b=1.6m,地下地下水位以上分两层,各水位以上分两层,各1.2m,地地下水位以下按下水位以下按1.6m分层分层2.2.计算地基土的自重应力计算地基土的自重应力自重应力从天然地面起算,自重应力从天然地面起算,z的取值从基底面起算的取值从基底面起算z(m)c(kPa)01.22.44.05.67.21635.2 54.4 65.9 77.4
16、89.03.3.计算基底压力计算基底压力kNAdGG320kPaAGFp1104.4.计算基底附加压力计算基底附加压力kPadpp9403.4md=1mF=1440kNb=4m自重应力曲线自重应力曲线附加应力曲线附加应力曲线175.5.计算基础中点下地基中附加应力计算基础中点下地基中附加应力用角点法计算,过基底中点将荷载面四等分,计算边长用角点法计算,过基底中点将荷载面四等分,计算边长l=b=2m,z=4Kcp0,Kc由表确定由表确定z(m)z/bKcz z(kPa)c c(kPa)z /czn(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.60.25000.22290.1
17、5160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.26.6.确定沉降计算深度确定沉降计算深度zn根据根据z=0.2c的确定原则,由计算结果,取的确定原则,由计算结果,取zn=7.2m7.7.最终沉降计算最终沉降计算根据根据e-曲线曲线,计算各层的沉降量,计算各层的沉降量18z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.0c(kPa)h(mm)12001600160016001600c(kPa)25
18、.644.860.271.783.2z(kPa)88.970.444.325.315.6z+c(kPa)114.5115.2104.597.098.8e10.9700.9600.9540.9480.944e20.9370.9360.9400.9420.940e1i-e2i1+e1i0.06180.01220.00720.00310.0021si(mm)20.214.611.55.03.4按分层总和法求得基础最终沉降量为按分层总和法求得基础最终沉降量为s=si=54.7mmnB.B.规范法计算规范法计算1.1.c 、z分布及分布及p0计算值见分层总和法计算过程计算值见分层总和法计算过程2.2.确
19、定沉降计算深度确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3.3.确定各层确定各层Esi)(112211iiiiisippeeeE4.4.根据计算尺寸,查表得根据计算尺寸,查表得到平均附加应力系数到平均附加应力系数195.5.列表计算各层沉降量列表计算各层沉降量siz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.6152925771615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94054.77.8l/bz/b3.9z(m)0.25000.24230.21490.17460.14330.12050.113600.29080.51580.
20、69840.80250.867608861izi-i-1zi-1(m)0.29080.22500.18260.10410.06510.0185Esi(kPa)7448s(mm)20.714.711.24.83.30.9s(mm)55.6根据计算表所示根据计算表所示z=0.6m,sn=0.9mm 0.025 si=55.6mm满足规范要求满足规范要求 6.6.沉降修正系数沉降修正系数j s 根据根据Es=6.0MPa,fk=p0,查表得到查表得到s=1.17.7.基础最终沉降量基础最终沉降量 s=s s=61.2mm20n3.3.土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史对土的压缩性的影响土的应
21、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期固结压力先期固结压力pc:土在其生成历史中曾受过的最大有土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力效固结压力讨论:讨论:对试样施加压力对试样施加压力p时,压缩曲线形状时,压缩曲线形状ppc正常压缩曲线,斜率陡,土体压缩量大正常压缩曲线,斜率陡,土体压缩量大 土层的先期固结压力对其固结程度土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响,用先期固结和压缩性有明显的影响,用先期固结压力压力pc与现时的土压力与现时的土压力p0的比值描述的比值描述土层的应力历史,将粘性土进行分类土层的应力历史,将粘性土进行分类n
22、1.1.正常固结土正常固结土先期固结压力等于现时的土压力先期固结压力等于现时的土压力pcp0n2.2.超固结土超固结土先期固结压力大于现时的土压力先期固结压力大于现时的土压力pcp0n3.3.超固结土超固结土先期固结压力小于现时的土压力先期固结压力小于现时的土压力pcp021正常固结土正常固结土1iszip sziziiCi2i1iCiszieClg ppClg d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度 sziziHi1ie2ieBCelg 1ip2ip2iszizip sziziiiiiCi1i1iszieHSHClg1e1e 222ipiii2
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