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1、地基沉降计算第一页，讲稿共二十八页哦第二页，讲稿共二十八页哦苏州市虎丘塔苏州市虎丘塔80年代，塔身已向年代，塔身已向东北方向严重倾斜，不仅东北方向严重倾斜，不仅塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达2.31m，而且底层塔身发生不少，而且底层塔身发生不少裂缝，东北方向为竖直裂裂缝，东北方向为竖直裂缝，西南方向为水平裂缝，缝，西南方向为水平裂缝，成为危险建筑而封闭。采成为危险建筑而封闭。采取在塔四周建造一圈桩排取在塔四周建造一圈桩排式地下连续墙并对塔周围式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和树与塔基进行钻孔注浆和树根桩加固塔身。获得成功。根桩加固塔身。获得成功。此塔位于苏州市虎丘公园山顶，此塔位于苏
2、州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年，（公元落成于宋太祖建隆二年，（公元961年）年），距今已有，距今已有1036年悠久历史。全塔年悠久历史。全塔7层，高层，高47.5m。塔的平面呈八角形，。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊与塔心三部分组成。由外壁、回廊与塔心三部分组成。塔身全部青砖砌筑，外形仿楼阁塔身全部青砖砌筑，外形仿楼阁式木塔，每层都有式木塔，每层都有8个壶门，拐角个壶门，拐角处的砖特制成圆弧形，建筑精美。处的砖特制成圆弧形，建筑精美。国务院将此塔列为全国重点保护国务院将此塔列为全国重点保护文物。文物。第三页，讲稿共二十八页哦上海展览中心馆上海展览中心馆 地基为高压缩性淤泥质软土。地基为
3、高压缩性淤泥质软土。展览馆于展览馆于1954年年5月开工，当年月开工，当年底实测地基平均沉降量为底实测地基平均沉降量为60cm。1957年年6月，中央大厅四周的沉降月，中央大厅四周的沉降量最大达量最大达146.55cm，最小为，最小为122.8cm。到。到1979年，累计平年，累计平均沉降量为均沉降量为160cm，从，从1957年年至至1979年共年共22年的沉降量仅年的沉降量仅20cm左右，不及左右，不及1954年下半年年下半年沉降量的一半，说明沉降已趋向沉降量的一半，说明沉降已趋向稳定。但由于地基严重下沉，不稳定。但由于地基严重下沉，不仅使散水倒坡，而且建筑物内外仅使散水倒坡，而且建筑物内
4、外连接的水、暖、电管道断裂，都连接的水、暖、电管道断裂，都付出了相当的代价。付出了相当的代价。上海展览中心馆上海展览中心馆原称上海工业展览馆。原称上海工业展览馆。中央大厅为框架结构，中央大厅为框架结构，箱形基础，展览馆两箱形基础，展览馆两翼采用条形基础。箱翼采用条形基础。箱形基础为两层，埋深形基础为两层，埋深7.27m。箱基顶面至。箱基顶面至中央大厅顶部塔尖，中央大厅顶部塔尖，总高总高96.63m。第四页，讲稿共二十八页哦6.2 地基沉降原理地基沉降原理饱和土软粘土饱和土软粘土砂土砂土第五页，讲稿共二十八页哦饱和土软粘土地基的沉降原理饱和土软粘土地基的沉降原理初始沉降初始沉降(瞬时沉降瞬时沉降
5、)固结沉降固结沉降次固结沉降次固结沉降 由于土体在附加应力作用下固结变形引起的沉降。由于土体在附加应力作用下固结变形引起的沉降。采用采用固结固结理论计算。理论计算。在附加应力作用下，土体在恒体积状况下，由剪应变引起的侧向变形，从而造成瞬时沉在附加应力作用下，土体在恒体积状况下，由剪应变引起的侧向变形，从而造成瞬时沉降。采用不排水指标，利用弹性理论求解。降。采用不排水指标，利用弹性理论求解。土体在附加应力作用下，土体土体在附加应力作用下，土体蠕变变形蠕变变形引起的沉降。引起的沉降。采用次采用次固结固结理论计算。理论计算。在大多工程中，在大多工程中，蠕变沉降所占的比重很小，只有当土中含有大量有机物
6、的厚层粘土时，其蠕变结果才是不蠕变沉降所占的比重很小，只有当土中含有大量有机物的厚层粘土时，其蠕变结果才是不可忽视的。可忽视的。特别指出：将地基沉降分为三部分是从机理出发的而非时间的先后。特别指出：将地基沉降分为三部分是从机理出发的而非时间的先后。第六页，讲稿共二十八页哦砂土地基的沉降原理砂土地基的沉降原理 对于砂土地基，土的透水性较大，土的对于砂土地基，土的透水性较大，土的剪切变形和排水变形在荷载作用下很快完剪切变形和排水变形在荷载作用下很快完成。蠕变变形也较小，一般不需要分为三成。蠕变变形也较小，一般不需要分为三部分计算。可直接采用弹性理论计算。部分计算。可直接采用弹性理论计算。第七页，讲
7、稿共二十八页哦6.3 常用沉降计算方法常用沉降计算方法弹性理论计算方法弹性理论计算方法分层总和法分层总和法次固结沉降计算方法次固结沉降计算方法第八页，讲稿共二十八页哦弹性理论计算方法弹性理论计算方法在集中力在集中力 P 的作用下，地表任意点的沉降是：的作用下，地表任意点的沉降是：第九页，讲稿共二十八页哦弹性理论计算方法弹性理论计算方法在柔性荷载在柔性荷载 作用下地表的任意点的沉降：作用下地表的任意点的沉降：第十页，讲稿共二十八页哦弹性理论计算方法弹性理论计算方法均布矩形荷载均布矩形荷载 常数，其角点常数，其角点C的沉降：的沉降：令令 m=l/b其中心点其中心点o的沉降：的沉降：其平均沉降：其平
8、均沉降：第十一页，讲稿共二十八页哦弹性理论计算方法弹性理论计算方法瞬时沉降的计算：对于饱和土软粘土取瞬时沉降的计算：对于饱和土软粘土取 ；采用三轴固结不排水压采用三轴固结不排水压缩试验测定。缩试验测定。排水条件下，饱和土软粘土地基的总沉降的计算：排水条件下，饱和土软粘土地基的总沉降的计算：和和 值采值采用三轴固结排水压缩试验测定。用三轴固结排水压缩试验测定。对砂土地基，利用弹性理论计算其沉降时：其弹性参数通常根据其土对砂土地基，利用弹性理论计算其沉降时：其弹性参数通常根据其土的类别和它的密度来选用。的类别和它的密度来选用。第十二页，讲稿共二十八页哦分层总和法分层总和法在地基沉降计算深度范围内将
9、地基土划分为若干分层来在地基沉降计算深度范围内将地基土划分为若干分层来计算各分层的压缩量，然后求其总和。这类方法统称计算各分层的压缩量，然后求其总和。这类方法统称分分层总和法。层总和法。分层总和法是基于下面的假设：分层总和法是基于下面的假设：在同一分层内，地基土的竖向附加应力不变；地在同一分层内，地基土的竖向附加应力不变；地基土的变形参数保持不变；土层压缩时不发生侧向变形基土的变形参数保持不变；土层压缩时不发生侧向变形(侧限条件？侧限条件？)。普通分层总和法普通分层总和法规范分层总和法规范分层总和法考虑先期固结压力分层总和法考虑先期固结压力分层总和法第十三页，讲稿共二十八页哦普通分层总和法普通
10、分层总和法利用地基土的自重应力；利用地基土的自重应力；采用弹性理论计算地基的附加应力；采用弹性理论计算地基的附加应力；采用压缩试验所得的试验成果；采用压缩试验所得的试验成果；确定确定“计算深度计算深度”，并分层；，并分层；计算第计算第 i 层的应变和变形；层的应变和变形；求和。求和。dc线线z线线p1ip2ie1ie2iM1M2e0epe-p 曲线曲线piei地基沉降计算深度地基沉降计算深度第十四页，讲稿共二十八页哦规范规范法法另一种形式分层总和法另一种形式分层总和法由由建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB500072002）提出提出沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基
11、沉降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，从基底至不随深度而变，从基底至深度深度z的压缩量为的压缩量为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附加应力通附加应力通式式z=K p0代入代入引入平均附加引入平均附加应力系数应力系数因此附加应力因此附加应力面积表示为面积表示为因此因此第十五页，讲稿共二十八页哦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沉降量，的等代值计算地基任意深度范围内的沉降量，因此第因此第i层沉降
12、量为层沉降量为根据分层总和法基本原理可得成层地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 4612b12345612aip0ai-1p0p0p0第第n层层第第i层层ziAiAi-1第十六页，讲稿共二十八页哦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(变形变形比法比法)zi、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)ai、ai-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
13、系数 当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，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式，若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，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，基础宽度在当无相邻荷载影响，基础宽度在130m范围内，基础中点的地范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算基沉降计算深度可以按简化公式计算 为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经验系为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经验系数数ys，可以查有关系数表
14、得到，可以查有关系数表得到地基最终沉降量地基最终沉降量修正公式修正公式第十七页，讲稿共二十八页哦应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响第十八页，讲稿共二十八页哦考虑应力历史的地基沉降计算考虑应力历史的地基沉降计算正常固结土正常固结土欠固结土欠固结土第十九页，讲稿共二十八页哦正常固结土正常固结土斜率斜率Cc第二十页，讲稿共二十八页哦欠固结土欠固结土斜率斜率Cc第二十一页，讲稿共二十八页哦超固结土的沉降计算超固结土的沉降计算第二十二页，讲稿共二十八页哦超固结土的沉降计算第二十三页，讲稿共二十八页哦分层总和法讨论分层总和法讨论地基沉降的分层总和法地基的成层性和非均质性所带来的计算上的困难。
15、分层总和法以均质弹性半空间的应力来计算非均质地基的变形的做法、在理论上显然不协调，其所引起的计算误差也还没有得到理论和实验的充分验证。分层总和法最为适用于土体的单向压缩变形计算，因为K0条件下的土体只有体积变形，所以计算所得的是地基最终固结沉降，也就是地基最终沉降。然而，对于一般基础，其地基压缩层厚度与基底尺寸比较，不能作为单向压缩看待时，以单向压缩分层总和法计算就没有考虑地基的三维应力状态的影响忽略了地基土因剪切变形所产生的瞬时沉降。按理说，这样计算所得的只是地基最终固结沉降。考虑三维应力状态下的固结沉降计算，则可发现以单向压缩分层总和法计算所得的固结沉降、对一般的正常固结和超固结土，都是偏
16、大的。所以，通常粗略地把单向压缩分层总和法的计算结果看成是地基最终沉降，而不另行考虑地基的瞬时沉降。传统的和规范推荐的两种单向压缩分层总和法，就计算方法而言并无太大差别，规范法的重要特点在于引入了沉降计算经验系数以校正计算值与实测值的偏差。砂土地基在荷载作用下由土的体积变形和剪切变形引起的沉降在短时间内几乎同时完成。地基沉降计算深度用于确定地基沉降有影响的土层范围保证满足沉降计算的精度要求。地基沉降计算深度的确定标准有二种：应力比法和与变形比法。第二十四页，讲稿共二十八页哦地基沉降计算中的有关问题地基沉降计算中的有关问题1.1.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
17、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2.2.分分层层总总和和法法中中附附加加应应力力计计算算应应考考虑虑土土体体在在自自重重作作用用下下的的固固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量相相邻邻荷荷载载对对沉沉降降量量有有较较大大的的影影响响，在在附附加加应应力力计计算算中中应应考考虑虑相相邻荷载的作用邻荷载
18、的作用 3.3.当当建建筑筑物物基基础础埋埋置置较较深深时时，应应考考虑虑开开挖挖基基坑坑时时地地基基土土的的回回弹，建筑物施工时又产生地基土再压缩的情况弹，建筑物施工时又产生地基土再压缩的情况第二十五页，讲稿共二十八页哦回弹在压缩影响回弹在压缩影响的变形量的变形量计算深度取至基计算深度取至基坑底面以下坑底面以下5m，当基坑底面在地当基坑底面在地下水位以下时取下水位以下时取10msc考虑回弹再压缩影响的地基变形考虑回弹再压缩影响的地基变形Eci土的回弹再压缩模量，按相关试验确定土的回弹再压缩模量，按相关试验确定yc考虑回弹影响的沉降计算经验系数，取考虑回弹影响的沉降计算经验系数，取1.0Pc基
19、坑底面以上土的自重应力，基坑底面以上土的自重应力，kPa式中：式中：第二十六页，讲稿共二十八页哦四、例题分析四、例题分析【例】某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为4m4m，埋深，埋深d1.0m，地基为粉质粘土，地下水位距天然地面，地基为粉质粘土，地下水位距天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面上部荷重传至基础顶面F1440kN,土的天然重度土的天然重度 16.0kN/m,饱和重度饱和重度 sat17.2kN/m，有关计算资料如下图。，有关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算基础最终沉降（已知试分别用分层总和法和规范法计算基础最终沉降
20、（已知fk=94kPa）3.4md=1mb=4mF=1440kN501002003000.900.920.940.96e第二十七页，讲稿共二十八页哦【解答解答】A.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的取的取值从基底面起算值从基底面起算z(m)c(kPa)01.22.44.05.67.21635.2 54.4 65.9 77.4 89.03.3.计算基底压力计算基底压力4.4.计算基底附加压力计算基底附加压力3.4md=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第二十八页，讲稿共二十八页哦