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1、第五章第五章 土的压缩性和地基沉降计算土的压缩性和地基沉降计算 5.1 固结试验及压缩性指标 5.2 土的压缩性原位测试 5.3 应力历史对压缩性的影响 5.4 地基沉降计算 5.5 地基沉降与时间的关系 5.6 地基变形特征与地基允许变形值采用采用e e-lg -lg p p曲线，其后段接曲线，其后段接近直线近直线，此，此直线段的斜率直线段的斜率即是即是压缩指数压缩指数C Cc c 。C Cc c是无量纲系数，同压缩系数是无量纲系数，同压缩系数a a一样，压缩指数一样，压缩指数C Cc c值越大，土值越大，土的压缩性越高。虽然压缩系数的压缩性越高。虽然压缩系数a a 和压缩指数和压缩指数C
2、Cc c 都是反映土的压都是反映土的压缩性指标，但两者有所不同。缩性指标，但两者有所不同。前者随所取的前者随所取的初始压力初始压力及及压力增压力增量量的大小而异，而后者在较高的压力范围内却是常量，不随压的大小而异，而后者在较高的压力范围内却是常量，不随压力而变力而变。e e-lg -lg p p曲线曲线12122211lglglgceeeeCpppp 5.1.4 5.1.4 压缩模量和体积压缩压缩模量和体积压缩系数系数土体在土体在完全侧限完全侧限条件下，竖向附加应力条件下，竖向附加应力z 与相应的应变与相应的应变增量增量 的比值，称为压缩模量的比值，称为压缩模量或侧限模量，用或侧限模量，用E
3、Es s表示。表示。说明：说明：土的压缩模量土的压缩模量E Es s与土的的压缩系数与土的的压缩系数a a成反比，成反比， E Es s愈愈大，大， a a愈小，土的压缩性愈低愈小，土的压缩性愈低zszE由由得得2112121111zzppHHeeSHHe2111121(1 e )sppeEeeaz压缩模量压缩模量E Es s的倒数称为土的的倒数称为土的体积压缩系数体积压缩系数，表示单位压应力变表示单位压应力变化引起的单位体积的变化化引起的单位体积的变化，即，即 111vsamEe【例题【例题5.15.1】 某一饱和黏性土样进行固结试验，已知某一饱和黏性土样进行固结试验，已知土样的原始高度土样
4、的原始高度H H0 0 =20mm =20mm，初始孔隙比，初始孔隙比e e0 0=0.587=0.587，当压力，当压力由由p p1 1=100kPa=100kPa增加到增加到p p2 2=200kPa=200kPa时，土样变形稳定后的高度时，土样变形稳定后的高度 19.3119.31mmmm减小到减小到 18.36 18.36mmmm。（1 1）计算与）计算与p p1 1及及p p2 2相对应的孔隙比相对应的孔隙比e e1 1及及e e2 2；（2 2）计算该土样的压缩系数）计算该土样的压缩系数a a1-21-2与压缩模量与压缩模量E Es s1-21-2，并评价，并评价该土的压缩性。该土
5、的压缩性。 说明：说明：体积压缩系数体积压缩系数m mv v值越大，土的压缩性越高，反之亦反。值越大，土的压缩性越高，反之亦反。【解】【解】：（1 1）因为因为p p1 1=100kPa=100kPa时，时，土样变形稳定后的高度土样变形稳定后的高度H H1 1 =19.31mm=19.31mm，则，则土样变形稳定后压缩量土样变形稳定后压缩量10120 19.310.69sHHmmmm相应的孔隙比相应的孔隙比e e1 1110000.69(1 e )0.5871 0.5870.53220seeH因为因为p p2 2=200kPa=200kPa时，时，土样变形稳定后的高度土样变形稳定后的高度H H
6、2 2 =18.36mm =18.36mm ，则，则土样变形稳定后压缩量土样变形稳定后压缩量20220 18.761.24sHHmmmm220001.24(1 e )0.5871 0.5870.48920seeH（2 2）由题意得）由题意得11121 2210.5320.4890.43200 100eeakPaMPapp11 21 211 0.5323.60.43seEMPaMPaa因为因为 1111 20.10.430.5MPaaMPaMPa该土属于中该土属于中等压缩性土等压缩性土相应的孔隙比相应的孔隙比e e2 2压缩曲线特征：压缩曲线特征：(1)(1)卸荷时，试样不是沿初始压缩卸荷时，试
7、样不是沿初始压缩曲线，而是沿曲线曲线，而是沿曲线bcbc回弹，可见回弹，可见土体的变形是由可恢复的土体的变形是由可恢复的弹性变弹性变形形和不可恢复的和不可恢复的塑性变形塑性变形两部份两部份组成。组成。(2)(2)回弹曲线和再压线曲线构成一回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体；迴滞环，土体不是完全弹性体；(3)(3)回弹和再压缩曲线比初始压缩回弹和再压缩曲线比初始压缩曲线平缓得多。曲线平缓得多。(4)(4)当再加荷时的压力超过当再加荷时的压力超过b b点，点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲线再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。的延长线。土体变形机理非常复杂，不是理想的弹塑性土体变形
8、机理非常复杂，不是理想的弹塑性体，而是具体，而是具弹、粘、塑性弹、粘、塑性的自然历史的产物。的自然历史的产物。 5.1.5 5.1.5 回弹曲线和再压缩曲回弹曲线和再压缩曲线线回弹曲线回弹曲线及及再压缩曲线再压缩曲线pe弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形adbcb 压缩曲线压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压缩曲线再压缩曲线 回弹回弹- -再压缩的再压缩的e-lg pe-lg p曲线可以定义回弹指数或再压缩指曲线可以定义回弹指数或再压缩指数数C Ce e，即回弹，即回弹- -再压缩的再压缩的e-lg pe-lg p曲线卸载段和再加载段的曲线卸载段和再加载段的平均斜率称为土的回弹指数或再压缩指数平均斜率称
9、为土的回弹指数或再压缩指数C Ce e ，且，且C Ce e C Cc c，一般粘性土，一般粘性土C Ce e （0.1 0.1 0.20.2）C Cc c 。高层建筑的基础，基础底面和埋置深度往往较大，开挖深基坑后，地基受到较大的减压（也称应力解除），土体将会发生膨胀，造成基坑回弹。因此，在预估基础的沉降量时，应适当考虑这种影响。 5.2.1 5.2.1 载荷试验载荷试验 现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的于地基土上的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量发展以及稳定时的沉降
10、量s s，将上述试验得到的各级荷载，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成与相应的稳定沉降量绘制成p-sp-s曲线，即获得了地基土载曲线，即获得了地基土载荷试验的结果。荷试验的结果。地基土现场载荷试验图地基土现场载荷试验图1 1载荷板载荷板 2 2千斤顶千斤顶 3 3百分表百分表 4 4平台平台 5 5支墩支墩 6 6堆载堆载5.2 土的压缩性原位测试静载试验静载试验浅层平板载荷试验要点：（1）地基土浅层平板载荷试验适用于确定浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力和变形参数，承压板面积不应小于0.25m2 ，对于软土不应小于0.5m2（2）试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直
11、径的三倍。应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂层找平，其厚度不应超过20mm 。（3）加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。（4）每级加载后，按间隔10min, 10min, 10min, 15min,15min，以后为每隔半小时测读一次沉降量，当在连续两小时内，每小时的沉降量小于0. 1 mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。（5）当出现下列情况之一时，即可终止加载 1、承压板周围的土明显地侧向挤出; 2、沉降S急骤增大，荷载一沉降(p-s)曲线出现陡降段; 3、在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准; 4、沉降量与承压板宽度或直径之比
12、大于或等于0.06。通过通过积分积分，可得，可得均布荷载均布荷载作用下地基沉降公式作用下地基沉降公式2(1)FsEr2(1) BpsE2(1)crp BEs土的变形模量：土的变形模量：土体在无侧向约束条件下，竖向应力与竖向土体在无侧向约束条件下，竖向应力与竖向应变的比值。竖向应变中包括应变的比值。竖向应变中包括弹性应变弹性应变和和塑性应变塑性应变，称之为，称之为变形模量。变形模量。 在弹性理论中，当在弹性理论中，当集中力集中力F作用在半无限直线变形体表面作用在半无限直线变形体表面引起地表上任意点的沉降为引起地表上任意点的沉降为 当荷载较小时，荷载与沉降当荷载较小时，荷载与沉降p-sp-s曲线成
13、线性关系。曲线成线性关系。反算反算出地基土的变形模量出地基土的变形模量 ：【例【例5.25.2】 某建筑基坑宽某建筑基坑宽5 5m m ，长，长2020m m，基坑深度为，基坑深度为6 6m m，基，基底以下为粉质黏土，在基槽底面中间进行平板载荷试验，采底以下为粉质黏土，在基槽底面中间进行平板载荷试验，采用直径为用直径为800800mmmm的圆形承压板。载荷试验结果显示，在的圆形承压板。载荷试验结果显示，在p-sp-s曲曲线线性段对应线线性段对应100100kPakPa压力的沉降量为压力的沉降量为6 6mmmm。试计算，基底土。试计算，基底土层的变形模量层的变形模量E E值值。20.79 (1
14、 0.3 ) 0.1 0.89.590.006EMPa8000.8Bmmm1000.1pkPaMPa【解】【解】 对于圆形承压板，对于圆形承压板，=0.79=0.79；土的泊松比；土的泊松比近似取近似取0.30.3。代入上式可得：代入上式可得： 5.2.2 5.2.2 旁压试验旁压试验旁压仪示意图旁压仪示意图 将圆柱形旁压器竖直将圆柱形旁压器竖直放入土中，通过旁压器在放入土中，通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压竖直的孔内加压，使旁压器膨胀，并由旁压膜将压器膨胀，并由旁压膜将压力传给周围的土体（岩力传给周围的土体（岩体），使土体（岩体）产体），使土体（岩体）产生变形直至破坏，通过量生变形直至破坏
15、，通过量测施加的压力和土变形之测施加的压力和土变形之间的关系，即可得到地基间的关系，即可得到地基土在水平方向的应力应变土在水平方向的应力应变关系。关系。旁压试验适用于碎石土、砂土、粉土、黏性土、残积土、极软岩和软岩等。旁压试验曲线（旁压试验曲线（pVpV 曲线），分为（曲线），分为（）首段曲线、）首段曲线、（）似直线段和（）似直线段和（）尾段曲线。第）尾段曲线。第段是旁压器中腔的段是旁压器中腔的橡皮膜膨胀到与土壁完全接触橡皮膜膨胀到与土壁完全接触，p p0 0为原位水平压力，即为原位水平压力，即初始压初始压力力；第；第段相当于弹性变形阶段，段相当于弹性变形阶段，p pf f为开始屈服的压力，即
16、为开始屈服的压力，即临临塑压力塑压力；第；第段相当于塑性变形阶段，段相当于塑性变形阶段，p pl l为趋向于纵轴平行的为趋向于纵轴平行的渐近线时所对应的压力，即渐近线时所对应的压力，即极限压力极限压力。压力与体积曲线的直压力与体积曲线的直线段斜率线段斜率即即旁压模量旁压模量0E2 12fmcVVpVV 旁压仪压力旁压仪压力 p p与体积与体积变化变化 V V的关系曲线的关系曲线cV0V0pfV/PV旁压器测量腔（中腔）初始固有体积，（与初始压力 对应的体积 与初始压力应的体积旁压曲线直线段的斜率 5.2.3 5.2.3 变形模量与压缩模量的关系变形模量与压缩模量的关系()xxyzEE()yyz
17、xEE()zzxyEE在侧向压缩试验土样中取一微单元体进行应力分析在侧向压缩试验土样中取一微单元体进行应力分析: 土的土的侧压力系数侧压力系数或或静止土压力系数静止土压力系数。压缩模量压缩模量定义定义：竖向应变竖向应变在三向受力情况下的应变在三向受力情况下的应变zzsEzszE0 xyzK0K0 xy1xyz01K001KK22(1)1zzE2121(1)1sEE202(1)E1 2 K1ssEE202(1)1 2 K1 sEE侧限条件侧限条件代代入入对比对比0 xyzK()zzxyEE对比对比zzsE即即令令土的泊松比，土的泊松比，一般一般00.5之间之间5 5. .3 3 应力历史对压缩性
18、的影应力历史对压缩性的影响响5.3.1 5.3.1 先期固结压先期固结压力力先期固结压力先期固结压力p pc c ：天然土层在其应力历史中所受过的最大天然土层在其应力历史中所受过的最大竖向有效应力竖向有效应力讨论：讨论：对试样施加压力对试样施加压力p p时，压缩曲线形状时，压缩曲线形状p p p pc c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和压缩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，用先期固结压力性有明显的影响，用先期固结压力p pc c与现时与现时的土压力的土压力p p0 0的比值（超固结比的比值（超固结比OCRO
19、CR）描述土）描述土层的应力历史，将粘性土进行分类层的应力历史，将粘性土进行分类n1.1.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p pc cp p1 1n2.2.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p pc c p p1 1n3.3.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p pc c pp1 1 ）由原始压缩曲线和再压缩曲线分别确定土的压缩指数由原始压缩曲线和再压缩曲线分别确定土的压缩指数C Cc c和回弹指数和回弹指数C Ce e。分下列两种情况分下列两种情况：110011nniiin
20、iiiiiieeeshhee1101(C lgC lg)1niciiieiciiiicihpppepp（1）p p1 1i i +p pi i p pcici情况情况孔隙比的变化孔隙比的变化e ei i包括两部分：包括两部分：由现有土平均自重应力由现有土平均自重应力p p1 1i i增至增至该土层先期固结压力该土层先期固结压力p pcici 由先期固结压力由先期固结压力p pcici增至增至p p1 1i i +p pi i （2） p p1 1i i +p pi i p pcici 情况情况孔隙比变化只沿着原始孔隙比变化只沿着原始再压缩曲线再压缩曲线b b1 1 b b段发生段发生。1101
21、C lg)1miiieiiiihppep101nimiiieshe【例题【例题5.75.7】 某超固结黏土层厚某超固结黏土层厚2.02.0m m，先期固结压力，先期固结压力p pc c=300kPa=300kPa，由原位压缩曲线得压缩指数由原位压缩曲线得压缩指数C Cc c =0.5=0.5，回弹指数，回弹指数C Ce e =0.1=0.1，土层所受的平均自重应力，土层所受的平均自重应力p p1 1=100kPa=100kPa，e e0 0 =0.70=0.70，试计算，试计算下列条件下黏土层的最终沉降量。（下列条件下黏土层的最终沉降量。（1 1）建筑物荷载在土层中）建筑物荷载在土层中引起的平
22、均竖向附加应力引起的平均竖向附加应力p p= = 400kPa 400kPa；（；（2 2）建筑物荷载在土）建筑物荷载在土层中引起的平均竖向附加应力层中引起的平均竖向附加应力p p= = 180kPa 180kPa 。【解】【解】（1）自重应力）自重应力超固结土超固结土1100300cpkPapkPa1100400500300cppkPapkPa23001004000.1 lg0.5lg10.7100300ns1.1760.1 0.4770.5 0.2220.1866186.6mmm（2）1100 180280300cppkPapkPa2100 1800.5lg1.176 0.04771 0.
23、7100ms0.052652.6mmm3） 欠固结土欠固结土（p pc cp t t1 1 ； t t1 1相当于主固结度为相当于主固结度为100%100%的时间，的时间， 根据根据e-lg te-lg t曲线外推而曲线外推而得。得。地基土层单向压地基土层单向压缩的次压缩沉降缩的次压缩沉降101lg1niiiihtsCetaa 5.4.5 5.4.5 路基路基沉降计算沉降计算公路软土地基路堤设计与施工技术细则规定路堤公路软土地基路堤设计与施工技术细则规定路堤梯形梯形断面荷载断面荷载作用下地基表面瞬时沉降的计算公式作用下地基表面瞬时沉降的计算公式规定路堤的总沉降量规定路堤的总沉降量s s宜采用宜
24、采用沉降（经验）系数沉降（经验）系数m ms s与与主固主固结沉降结沉降s sc c路堤的总沉降路堤的总沉降也可也可由由瞬时沉降、固结（主固结）沉降和次瞬时沉降、固结（主固结）沉降和次压缩（次固结）沉降压缩（次固结）沉降三分量相加三分量相加来计算，即来计算，即dpBsFEscsm sdcsssssC Ca a的一般取值的一般取值5.5 地基沉降与时间的关系 5.5.15.5.1一维渗流固结物理模型一维渗流固结物理模型无粘性土地基无粘性土地基上的建筑物上的建筑物土的透水性强，压土的透水性强，压缩性低缩性低沉降很快完成沉降很快完成粘性土地基上粘性土地基上的建筑物的建筑物土的透水性弱，压土的透水性弱
25、，压缩性高缩性高达到沉降稳定达到沉降稳定所需时间十分所需时间十分漫长漫长n播放动画播放动画n饱和土的压缩主要是由于土的外荷作用下孔隙水被挤出，饱和土的压缩主要是由于土的外荷作用下孔隙水被挤出，以致孔隙体积减小所引起的以致孔隙体积减小所引起的n饱和土孔隙中自由水的挤出速度，主要取决于土的渗透饱和土孔隙中自由水的挤出速度，主要取决于土的渗透性和土的厚度性和土的厚度n渗透固结：与自由水的渗透速度有关的饱和土固结过程渗透固结：与自由水的渗透速度有关的饱和土固结过程弹簧弹簧- -活塞模型活塞模型58 1、物理模型0t t0 twph pphh 0h p附加应力:z=p超静孔压: u = z=p有效应力:
26、z=0渗流固结过程变形逐渐增加附加应力:z=p超静孔压: u 0附加应力:z=p超静孔压: u =0有效应力:z=p一、一维渗流固结理论u0=pt=0u=p z =0t= u=0 z =pzu0t u0p 不透水岩层不透水岩层z排水面排水面Hu ：超静孔压：超静孔压z ：有效应力：有效应力p ：总附加应力：总附加应力u+ z =ppF土层超静孔压是土层超静孔压是z z和和t t的函数，渗流固的函数，渗流固结的过程取决于土层可压缩性（总排结的过程取决于土层可压缩性（总排水量）和渗透性（渗透速度）水量）和渗透性（渗透速度）数数 学学 模模 型型土体中由孔隙水土体中由孔隙水所传递的压力所传递的压力n
27、有效应力有效应力是指是指由土骨架所传递的压力，由土骨架所传递的压力，即颗粒间接触应力即颗粒间接触应力模型演示得到：模型演示得到：饱和土的渗透固结过程就饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力向有效力应力转化的过程，是孔隙水压力向有效力应力转化的过程，在任一时刻，有效应力在任一时刻，有效应力和孔隙水压力和孔隙水压力u之和始终等于饱和土体的总应力之和始终等于饱和土体的总应力u饱和土体有饱和土体有效应力原理效应力原理n孔隙水压力孔隙水压力u是指是指外荷外荷p在土孔隙水中所引起的在土孔隙水中所引起的超静水压力超静水压力定义：饱和土体定义：饱和土体在附加应力作用下，孔隙水随时间逐渐在附加应力作用下，孔隙水随时
28、间逐渐向外排出，孔隙体积逐渐缩小，土颗粒重新排列，相互向外排出，孔隙体积逐渐缩小，土颗粒重新排列，相互挤紧，由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架上来承受，挤紧，由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架上来承受，成为有效应力的过程称为成为有效应力的过程称为渗流（渗透）固结渗流（渗透）固结 2 2）饱和土的一维固结理论）饱和土的一维固结理论 土体的有效应力土体的有效应力与孔隙水压力与孔隙水压力u u的变化，不仅与时间的变化，不仅与时间t t有有关，而且还与该点离透水层距离有关，即孔隙水压力是距关，而且还与该点离透水层距离有关，即孔隙水压力是距离离z z和时间和时间t t的函数：的函数：,uf z tn1.
29、1.土层是均质的、完全饱和的土层是均质的、完全饱和的n2.2.土的压缩完全由孔隙体积减小引起，土体和水不可压缩土的压缩完全由孔隙体积减小引起，土体和水不可压缩n3.3.土的压缩和排水仅在竖直方向发生土的压缩和排水仅在竖直方向发生n4.4.土中水的渗流服从达西定律土中水的渗流服从达西定律n5.5.在渗透固结过程中，土的渗透系数在渗透固结过程中，土的渗透系数k和压缩系数和压缩系数a视为常数视为常数n6.6.外荷一次性施加外荷一次性施加（1 1）基本假设）基本假设（2 2）一维渗流固结微分方程的建立一维渗流固结微分方程的建立设厚度为设厚度为H H的饱和粘土层，土层顶面是透水层，底面为不透的饱和粘土层
30、，土层顶面是透水层，底面为不透水层和不可压缩层。取一个微单元体进行分析水层和不可压缩层。取一个微单元体进行分析，并令，并令V Vs s=1=1。qdzdxdydtdxdydzdtzz 单位时间内该单元单位时间内该单元体内挤出的水量体内挤出的水量vdt()vvdz dtzdzzhkikzwuhwhkukzz22wkuzz达西定律达西定律代入代入22wkuqdxdydzdtz 综上综上孔隙体积孔隙体积的压缩量的压缩量1111VedeVdVd nVddxdydzdxdydzeedead zzudeadaduaduadtt 11auVdxdydzdtet求偏导求偏导有效应力有效应力原理原理对饱和土体对
31、饱和土体，dtdt时间内时间内 qV 2211wkuaudxdydzdtdxdydzdtzet221221VweukuuCtazz化简得化简得c cv v土的固结系数，土的固结系数，m m/ /年年渗透固结前土渗透固结前土的孔隙比的孔隙比其中：其中：k土的土的渗透系数，渗透系数，m/ /年年即即1(1)vkecavdt()vvdz dtzdzz （3 3）一维渗流固结微分方程解答一维渗流固结微分方程解答tuzucv22固结微分方程固结微分方程nt=0，0zH 时，时，uz z =常数n0t ，z H时，时， u/ / z=0nt=，0zH时，时，u0 采用分离变量法，求得傅立叶级数解采用分离变
32、量法，求得傅立叶级数解式中：式中：TV表示时间因子表示时间因子tHcTvv2nm正奇整数正奇整数1，3，5，7； nH待固结土层最长排水距离待固结土层最长排水距离(m)，单面排水土层取土层厚单面排水土层取土层厚度，双面排水土层取土层厚度一半度，双面排水土层取土层厚度一半22,141sinexp(/4)2z tzvmm zum TmHvdt()vvdz dtzdzz 5.5.25.5.2地基固结度地基固结度1 1）定义：）定义：指地基土层在某一压力作用下，经历时间指地基土层在某一压力作用下，经历时间t t所产所产生的固结变形量与最终固结变形量之比值，或孔隙水压力生的固结变形量与最终固结变形量之比
33、值，或孔隙水压力的消散程度，对于土层任一深度的消散程度，对于土层任一深度z z处经时间处经时间t t后的固结度为后的固结度为00tuuUuttsUs或根据有效应力原理根据有效应力原理和和应力面积法计算沉降量的原理应力面积法计算沉降量的原理,0,00000000111HHHHz tzz tz ttHHHzzzadzdzu dzu dzeUadzdzdze =1-tU 有效应力所围面积t时刻超孔隙水压力所围面积起始超孔隙水压力所围面积起始超孔隙水压力所围面积即n对于附加应力呈对于附加应力呈矩形分布矩形分布的饱和粘性土的单向固结情况的饱和粘性土的单向固结情况n土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分
34、布和排水条土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分布和排水条件相同时，达到同一固结度时时间因素相等件相同时，达到同一固结度时时间因素相等222121tHctHcvv222121HHtt土质相同、厚度不同土层，荷土质相同、厚度不同土层，荷载和排水条件相同时，达到相载和排水条件相同时，达到相同固结度所需时间之比等于排同固结度所需时间之比等于排水距离平方之比水距离平方之比2 2）荷载一次瞬时施加情况的地基平均固结度荷载一次瞬时施加情况的地基平均固结度21281exp(/ 4)tvUT n傅立叶级数解收敛很快，当傅立叶级数解收敛很快，当U 30%近似取第一项近似取第一项221221811exp/ 4t
35、vmUmTm （m=1，3，5，7，）n对于附加应力呈对于附加应力呈三角三角形分布形分布（透水面处（透水面处 =0=0，不透水面，不透水面处处 = =p p）的饱和粘性土的单向固结情况的饱和粘性土的单向固结情况n实用中常取实用中常取第一项第一项（n n=1，2，3，）1222331121321exp421nvtnnTUn 223321exp4vtTU n结论：结论：对于同一地基情况，将单面排水改为双面排水，要对于同一地基情况，将单面排水改为双面排水，要达到相同的固结度，所需历时应减少为原来的达到相同的固结度，所需历时应减少为原来的1/4 渗渗流流排水面排水面H渗渗流流z z排水面排水面HTv=
36、0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u u0 0=p=p工程背景工程背景H H小，小，p p面积大面积大自重应力自重应力附加应力附加应力底面接近零底面接近零自重应力自重应力附加应力附加应力和和3 3类似类似底面不接近零底面不接近零应力分布应力分布基本情况基本情况 1 2 3 4 5不透水不透水透水透水papb a a =1 = =0 1 TtT）的沉降量为）的沉降量为1expexptdssABts ABt 3212322132ttttttttttsssssssssss1122121exp1expexpexpttdssABtssABtsABtABt2121321lnttttssBtts
37、s2132expexpB ttB tt2132tttt附加条件：附加条件：或或解得：解得：式中参数式中参数 A A一般采用一维固结理论近似值一般采用一维固结理论近似值 ，以及式中，以及式中时间时间t t均应由修正后的均应由修正后的00算起算起28/3331expexptssABtABt(2)双曲线法（二点法）双曲线法（二点法）双曲线经验公式双曲线经验公式121212tttttaststss212121/ttttsttss222/ttss tat111/ttss tat5.6 建筑物沉降观测与地基容许变形值 建筑物沉降观测建筑物沉降观测n反映地基的实际变形以及地基变形对建筑物的影响程度反映地基的
38、实际变形以及地基变形对建筑物的影响程度n根据沉降观测资料验证地基设计方案的正确性，地基事故根据沉降观测资料验证地基设计方案的正确性，地基事故的处理方式以及检查施工的质量的处理方式以及检查施工的质量n沉降计算值与实测值的比较，判断现行沉降计算方法的准沉降计算值与实测值的比较，判断现行沉降计算方法的准确性，并发展新的更符合实际的沉降计算方法确性，并发展新的更符合实际的沉降计算方法n观测工作主要内容观测工作主要内容n1.1.收集资料和编写计划收集资料和编写计划n2.2.水准基点设置水准基点设置n3.3.观测点的设置观测点的设置n4.4.水准测量水准测量n5.5.观测资料的整理观测资料的整理 5.6.
39、1 5.6.1 地基变形特征地基变形特征地基变形按其变形特征划分地基变形按其变形特征划分n1.1.沉降量沉降量: :特指基础中心的沉降量，以特指基础中心的沉降量，以mmmm为单位；为单位； 作用作用: :若沉降量过大，势必影响建（构）筑物的正常使用。若沉降量过大，势必影响建（构）筑物的正常使用。n2.2.沉降差沉降差: :指同一建筑物中相邻两个基础沉降的差值；指同一建筑物中相邻两个基础沉降的差值； 作用作用: :若沉降差过大，建筑物将发生裂缝、倾斜和破坏。若沉降差过大，建筑物将发生裂缝、倾斜和破坏。n3.3.倾斜倾斜: :指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的指独立基础倾斜方向两端点的沉降
40、差与其距离的比值，比值， 以以表示。表示。 作用作用: :若建筑物倾斜过大，将影响正常使用，遇台风或强若建筑物倾斜过大，将影响正常使用，遇台风或强烈地震时危及建筑物整体稳定，甚至倾覆。烈地震时危及建筑物整体稳定，甚至倾覆。n4.4.局部倾斜局部倾斜: :指砖石砌体承重结构，沿纵向指砖石砌体承重结构，沿纵向6m10m6m10m内基础内基础两点的沉降差与其距离的比值，以两点的沉降差与其距离的比值，以表示。表示。 作用作用: :若建筑物局部倾斜过大，往往使砖石砌体承受弯矩若建筑物局部倾斜过大，往往使砖石砌体承受弯矩而拉裂。而拉裂。 5.6.2 5.6.2 房屋建筑的地基变形允许值房屋建筑的地基变形允
41、许值1.1.理论分析方法理论分析方法n实质是进行结构与地基相互作用分析，计算上部结构中由实质是进行结构与地基相互作用分析，计算上部结构中由于地基差异沉降可能引起的次应力或拉应力，然后在保证于地基差异沉降可能引起的次应力或拉应力，然后在保证其不超过结构承受能力的前提下，综合考虑其它方面的要其不超过结构承受能力的前提下，综合考虑其它方面的要求，确定地基容许变形值求，确定地基容许变形值2.2.经验统计法经验统计法n对大量的各类已建筑物进行沉降观测和使用状况的调查，对大量的各类已建筑物进行沉降观测和使用状况的调查，然后结合地基地质类型，加以归纳整理，提出各种容许变然后结合地基地质类型，加以归纳整理，提
42、出各种容许变形值，建筑地基基础设计规范形值，建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）列出列出不同形式建筑物容许变形值。不同形式建筑物容许变形值。 5.6.3 5.6.3 公路桥涵的地基变形允许值公路桥涵的地基变形允许值公路桥涵养护规范（公路桥涵养护规范（JTG H11-2004JTG H11-2004）和公路养护）和公路养护技术规范（技术规范（JTG H10-2009JTG H10-2009）规定：）规定：（1 1）墩台均匀总沉降值（不包括施工中的沉降）：）墩台均匀总沉降值（不包括施工中的沉降）：（2 2）相邻墩台总沉降差值（不包括施工中的沉降）：）相邻墩台总沉降差值（不包括施工中的沉
43、降）：（3 3）墩台顶面水平位移值：）墩台顶面水平位移值：2.0 L cm1.0 L cm0.5 L cm 为相邻墩台间最小跨径，以为相邻墩台间最小跨径，以5m5m计，跨径小于计，跨径小于25m25m时时仍仍25m25m计算；计算；桩、柱式柔性墩台的沉降，以及桩基承台顶面的水桩、柱式柔性墩台的沉降，以及桩基承台顶面的水平位移值平位移值，可视具体情况而定，以保证正常使用为原则。可视具体情况而定，以保证正常使用为原则。注：注： 公路软土地基路堤设计与施工技术细则和公路路基设公路软土地基路堤设计与施工技术细则和公路路基设计规范计规范规定：当路面设计使用年限（沥青路面规定：当路面设计使用年限（沥青路面
44、1515年、水泥年、水泥混凝土路面混凝土路面3030年）内的年）内的残余沉降残余沉降（简称（简称工后沉降工后沉降）不满足）不满足下下表时，应针对沉降进行处理设计。表时，应针对沉降进行处理设计。 注注：二级干线及二级以下公路工后沉降控制标准，经论证后可：二级干线及二级以下公路工后沉降控制标准，经论证后可较二级干线公路适当放宽。较二级干线公路适当放宽。容许工后沉降容许工后沉降 5.6.4 5.6.4 防止地基有害变形防止地基有害变形若计算地基变形值超过地基变形允许值，为避免建（构）筑若计算地基变形值超过地基变形允许值，为避免建（构）筑物发生事故，必须采取适当措施，以保证工程的安全。物发生事故，必须
45、采取适当措施，以保证工程的安全。n1.1.减少沉降量的措施减少沉降量的措施（1 1）外因方面的措施）外因方面的措施 可采用机械压密、强力夯实、换土垫层、加载预压、砂可采用机械压密、强力夯实、换土垫层、加载预压、砂桩挤密、振冲及化学加固等人工地基的措施。必要时，还可桩挤密、振冲及化学加固等人工地基的措施。必要时，还可以采用桩基础或深基础。以采用桩基础或深基础。（2 2）内因方面的措施）内因方面的措施 减小基础底面的附加应力减小基础底面的附加应力p p0 0 ，采用轻型结构、轻型材料，采用轻型结构、轻型材料，尽量减轻上部结构自重尽量减轻上部结构自重，或，或当基础中无软弱下卧层时，可加当基础中无软弱
46、下卧层时，可加大基础埋深大基础埋深d d。n2.2.减少沉降差的措施减少沉降差的措施 （1 1）尽量避免复杂的平面布置，并避免同一建筑物各组）尽量避免复杂的平面布置，并避免同一建筑物各组成部分的高度以及作用荷载相差过多。成部分的高度以及作用荷载相差过多。 （2 2）在可能产生较大差异沉降的位置或分期施工的单元）在可能产生较大差异沉降的位置或分期施工的单元连接处设置沉降缝。连接处设置沉降缝。 （3 3）设计中尽量使上部荷载中心受压，均匀分布。）设计中尽量使上部荷载中心受压，均匀分布。 （4 4）加强基础的刚度和强度，如采用十字交叉基础、箱）加强基础的刚度和强度，如采用十字交叉基础、箱型基础等。型
47、基础等。 （5 5）增加上部结构对地基不均匀沉降的调整作用，如在）增加上部结构对地基不均匀沉降的调整作用，如在砖石承重墙体内设置封闭圈梁与构造柱，加强上部结构刚砖石承重墙体内设置封闭圈梁与构造柱，加强上部结构刚度；将超静定结构改为静定结构，以加大对不均匀沉降的度；将超静定结构改为静定结构，以加大对不均匀沉降的适应性。适应性。（6 6）妥善安排施工顺序，对高度较大、重量差异较多的建）妥善安排施工顺序，对高度较大、重量差异较多的建筑物相邻部位采用不同的施工进度，先施工荷重大的部分，筑物相邻部位采用不同的施工进度，先施工荷重大的部分，后施工荷重轻的部分。后施工荷重轻的部分。（7 7）预留吊车轨道高层调整余地。）预留吊车轨道高层调整余地。（8 8）防止施工开挖、降水不当恶化地基土的工程性质。）防止施工开挖、降水不当恶化地基土的工程性质。（9 9）控制大面积地面堆载的高度、分布和堆载速率。）控制大面积地面堆载的高度、分布和堆载速率。（1010）人工补救措施。当建筑物已发生严重不均匀沉降时，）人工补救措施。当建筑物已发生严重不均匀沉降时，可采取人工补救措施。可采取人工补救措施。90结束语结束语