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1、CompanyLOGO土的压缩性及地基沉降计算 第四章第四章 本章重点：土的压缩指标确定和地基的最终沉降量计算；土的固结理论Hohai UniversityHohai University土具有压缩性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的压缩特性地基厚度一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用第四章第四章土的压缩性及地基沉降计算土的压缩性及地基沉降计算土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率4.1 4.1 绪论绪论Hohai UniversityHohai UniversityKiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两
2、栋相邻的建筑物上部接触第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 实例一实例一Hohai UniversityHohai University基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 实例二实例二Hohai UniversityHohai University修建新建筑物：引起原有建筑物开裂修建新建筑物：引起原有建筑物开裂第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 实例三实例三Hohai UniversityHohai University高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于
3、不均匀沉降而被爆破拆除实例四实例四第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 Hohai UniversityHohai University建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大实例五实例五第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 Hohai UniversityHohai University建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 实例六实例六Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 荷
4、载通过基础传给地基后在地基内产生应力，应力作用下土体会发生变荷载通过基础传给地基后在地基内产生应力，应力作用下土体会发生变形，地基下沉、侧向或水平位移都属于地基变形。变形是土力学最基本也是形，地基下沉、侧向或水平位移都属于地基变形。变形是土力学最基本也是最重要的问题之一，过大变形或不均匀变形不仅会降低建筑物的使用价值，最重要的问题之一，过大变形或不均匀变形不仅会降低建筑物的使用价值，还会造成建筑物毁坏。因此，必须控制基础的总沉降量和沉降差。还会造成建筑物毁坏。因此，必须控制基础的总沉降量和沉降差。基本概念基本概念 基础沉降基础沉降 由于土的压缩性导致基础下沉称为基础沉降。由于土的压缩性导致基础
5、下沉称为基础沉降。土的压缩性土的压缩性通常将应力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。通常将应力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。土的固结土的固结 土体在外力作用下，压缩随时间发展的过程称为固结。土体在外力作用下，压缩随时间发展的过程称为固结。土的压缩性土的压缩性常用常用压缩性指标压缩性指标描述，描述，压缩性指标压缩性指标可以通过可以通过室内试验（如侧室内试验（如侧限压缩、三轴压缩等）限压缩、三轴压缩等）测定，也可以用测定，也可以用现场原位试验（如载荷试验、旁压试现场原位试验（如载荷试验、旁压试验等）验等）测定，无论什么方法都应该使试验条件与土的天然状态及荷载作用下测定，无论什么方法都应该
6、使试验条件与土的天然状态及荷载作用下土体的实际应力条件一致。土体的实际应力条件一致。4.1 4.1 绪论绪论Hohai UniversityHohai University一、土的压缩与固结一、土的压缩与固结第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.2 4.2 土压缩的特性土压缩的特性 土是散粒体结构，其颗粒间的孔隙与它所受到的外力的大小有关。土是散粒体结构，其颗粒间的孔隙与它所受到的外力的大小有关。外力增加，土颗粒将重新排列，导致土体发生体积缩小、这种在外力作外力增加，土颗粒将重新排列，导致土体发生体积缩小、这种在外力作用下用下,土体体积缩小的现象称为压缩。土体体积
7、缩小的现象称为压缩。外力作用下，土体积缩小的原因：外力作用下，土体积缩小的原因：1 1）土粒本身和孔隙水的压缩）土粒本身和孔隙水的压缩2 2）孔隙气体的压缩变形）孔隙气体的压缩变形3 3）孔隙中的水和气体有一部分向外排出）孔隙中的水和气体有一部分向外排出（研究表明：在工程上常遇到的压力（研究表明：在工程上常遇到的压力（600kPa=0.5中中压缩性土压缩性土0.1-0.5低低压缩性土压缩性土0.4中中压缩性土压缩性土0.2-0.4低低压缩性土压缩性土=3b（b为载荷试验压板为载荷试验压板宽度或直径）。安装承压板前，应注意保持试验土层的原状结构和天然湿度，宜宽度或直径）。安装承压板前，应注意保持
8、试验土层的原状结构和天然湿度，宜在拟试压表面用不超过在拟试压表面用不超过20mm后的粗、中砂找平试坑。后的粗、中砂找平试坑。一、载荷试验一、载荷试验 Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试载荷试验结果载荷试验结果荷载荷载-沉降曲线沉降曲线沉降沉降-时间曲线时间曲线Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试把一个圆柱型充
9、且充满水的旁压器放入钻孔中预测深度，通过旁压器膨胀向孔壁土体施加侧向压力使土体变形，通过量测装置，测出施加压力盒土体变形之间关系，从而求出地基土变形模量和地基土承载力。二、旁压试验二、旁压试验 Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试试验原理1）在建筑场地试验地点钻孔，将旁压器放入钻孔中至测试高程。）在建筑场地试验地点钻孔，将旁压器放入钻孔中至测试高程。2）用水加压力，使充满水的旁压器圆筒形橡胶膜膨胀，对孔壁的土体施加压力，）用水加压力，使充满水的旁压器圆
10、筒形橡胶膜膨胀，对孔壁的土体施加压力，迫使孔周围的土变形外挤，直至破坏。迫使孔周围的土变形外挤，直至破坏。3）分级加压，量测所加的压力）分级加压，量测所加的压力p的大小以及旁压器测量腔的体积的大小以及旁压器测量腔的体积V的变化。的变化。4）计算地基土的变形模量、压缩模量和地基承载力。）计算地基土的变形模量、压缩模量和地基承载力。试验结果的整理计算1）反力校正。总压力为每级试验压力表读数加上静水压力，再扣除橡胶膜的约束力，即为实际施加在孔壁土体的压力值。2）土体变形校正。各级试验加压后，测管水位下降值扣除仪器综合变形校正值，即为实际土体压缩变形。3）绘制旁压曲线。以校正后的压力p为横坐标，测管水
11、位下值s为纵坐标，绘制p-s曲线，如图4-11所示。4）地基承载力f按下式计算 其中：为土的侧压力系数，查表5）地基土的变形模量和压缩模量根据公式计算。见P89-90Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试变形模量E定义为无侧限条件下土体的竖向应力力与竖向应变之比。计算时由荷载-沉降曲线首先得到地基承载力特征值，再利用沉降弹性力学计算公式便可以反求出土体的变形模量。土的变形模量土的变形模量 土的变形模量土的变形模量E与压缩模量与压缩模量Es的关系：的关系：
12、由定义可知，土体的变形模量与压缩模量的区别在于土体压缩时是否有侧限条件。由定义可知，土体的变形模量与压缩模量的区别在于土体压缩时是否有侧限条件。土体的变形模量相当于其它材料的弹性模量，由于土体不是理想的弹性体，所以称土体的变形模量相当于其它材料的弹性模量，由于土体不是理想的弹性体，所以称为变形模量。变形模量反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。为变形模量。变形模量反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。沉降影响系数，对圆形刚性承压板沉降影响系数，对圆形刚性承压板=0.79，方形刚性承压板，方形刚性承压板=0.88；Hohai UniversityHohai University试试样样压力室压力室压力水压力
13、水排水管排水管阀门阀门轴向轴向加压杆加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽量测体变或量测体变或孔隙水压力孔隙水压力测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力体变或孔隙水压力体变或孔隙水压力类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性室内测试方法土的压缩性室内测试方法三、三轴压缩试验三、三轴压缩试验Hoha
14、i UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试试验分析试验分析Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试压缩模量是根据室内侧限压缩试验得到的。它的定义为侧限条件下竖向应力与应变的比值。该参数将用于地基最终沉降计算。三种模量的讨论三种模量的讨论 土体的变形模量根据现场载荷试验得到的。定义为无侧限条件下土体的土体的变形模量根据现场载荷试验
15、得到的。定义为无侧限条件下土体的竖向应力力与竖向应变之比。该参数将用于弹性理论法的最终沉降估算竖向应力力与竖向应变之比。该参数将用于弹性理论法的最终沉降估算中。但载荷试验中所规定的沉降稳定标准带有很大的近似性。中。但载荷试验中所规定的沉降稳定标准带有很大的近似性。弹性模量根据室内三轴压缩试验或无侧限压缩试验得到的。该参数常用于弹性理论公式估算建筑物的初始瞬时沉降。土的弹性模量比压缩模量和变形模量都要大。几倍甚至更大。土的弹性模量比压缩模量和变形模量都要大。几倍甚至更大。Hohai UniversityHohai University应力历史：应力历史：指土体在历史上曾经受到过的应力状态指土体在
16、历史上曾经受到过的应力状态四、应力历史对粘性土压缩性的影响四、应力历史对粘性土压缩性的影响第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试固固结结应应力力：能能够够使使土土体体产产生生固固结结或或压压缩缩的的应应力力 。包包括括土土的的自自重重应应力力和外荷载在地基内部引起的附加应力和外荷载在地基内部引起的附加应力 对于对于新近沉积的土或人工吹填土新近沉积的土或人工吹填土，最初土的自重应力由孔隙水承担，有，最初土的自重应力由孔隙水承担，有效应力为零，而随着时间的推移，土在自重作用下逐渐沉降固结，最后自效应力为零，而随着时间的推
17、移，土在自重作用下逐渐沉降固结，最后自重应力全部转化为有效应力，故这类土的自重应力就是固结应力。重应力全部转化为有效应力，故这类土的自重应力就是固结应力。对于大多数天然土，在自重作用下已经固结，其固结应力仅指附加应力。对于大多数天然土，在自重作用下已经固结，其固结应力仅指附加应力。Hohai UniversityHohai University先期固结应力：先期固结应力：历史上所经受到的最大有效应力历史上所经受到的最大有效应力 p p pc=p1：正常固结土，正常固结土，pc p1：超固结土，超固结土，pc p1：欠固结土，实际不存在欠固结土，实际不存在相同相同p p1 1 时，一般时，一般O
18、CROCR越大，土越密实，压缩性越小越大，土越密实，压缩性越小超固结比：超固结比：第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试P P1 1：现有有效应力现有有效应力Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试前期固结应力前期固结应力前期固结应力前期固结应力前期固结应力前期固结应力现有有效应力现有有效应力现有有效应力现有有效应力现有有效应力现有有效应力三种不同应力历史的土层三种不同应力历史的
19、土层Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.3 4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试 对于固结土，它在沉积过程中对于固结土，它在沉积过程中已从已从e0开始在自重应力作用下沿开始在自重应力作用下沿现场压缩曲线至现场压缩曲线至A点固结稳定。点固结稳定。对于超固结土，它曾经从对于超固结土，它曾经从e0开始开始在自重应力作用下沿现场压缩曲线在自重应力作用下沿现场压缩曲线至至B点，后因上部土层被冲蚀或移点，后因上部土层被冲蚀或移去，现已回弹稳定在去，现已回弹稳定在B点。点。对于欠固结土，由于在自重应力对于
20、欠固结土，由于在自重应力作用下尚未完全固结稳定，目前它作用下尚未完全固结稳定，目前它处在现场压缩曲线的处在现场压缩曲线的C点点。结论：虽然这三种土的压力增量相同，但其压缩量是不同的，这结论：虽然这三种土的压力增量相同，但其压缩量是不同的，这一特性在沉降计算中要得到反映。一特性在沉降计算中要得到反映。下图表示下图表示z深度处土的现场压缩、回弹和再压缩曲线，并假定三种土在沉深度处土的现场压缩、回弹和再压缩曲线，并假定三种土在沉积初期都曾处于孔隙比积初期都曾处于孔隙比e0Hohai UniversityHohai University最终沉降量最终沉降量S：是指地基在建筑物附加荷载作用下不断产生压缩
21、，直：是指地基在建筑物附加荷载作用下不断产生压缩，直至压缩稳定后地基表面的沉降量。至压缩稳定后地基表面的沉降量。t t时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层z=pp第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算影响沉降计算的两个关键性因素：影响沉降计算的两个关键性因素：地基中附加应力和地基土体压缩性地基中附加应力和地基土体压缩性指标很难准确计算！指标很难准确计算！一、概述一、概述Hohai UniversityHohai
22、University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 一般按变形机理将沉降分为三部分：初始沉降一般按变形机理将沉降分为三部分：初始沉降SdSd（又称瞬时沉降或形变沉（又称瞬时沉降或形变沉降）、固结沉降降）、固结沉降ScSc和次固结沉降和次固结沉降ScSc（又称蠕变沉降），于是总沉降（又称蠕变沉降），于是总沉降S S等于：等于：计算原理初始沉降初始沉降荷载刚加上时土体立即发生的那部分沉降，故又称为瞬时沉降。荷载刚加上时土体立即发生的那部分沉降，故又称为瞬时沉降。特点：发生时间较快，土体仅发生侧向膨胀，所以体积
23、并没有变化特点：发生时间较快，土体仅发生侧向膨胀，所以体积并没有变化，用土，用土体的弹性模量计算。体的弹性模量计算。固结沉降固结沉降 是土体在荷载作用下因固结发生的沉降是土体在荷载作用下因固结发生的沉降特点：沉降要较长时间才能完成（所需时间与地基土层厚度、排水条件和土特点：沉降要较长时间才能完成（所需时间与地基土层厚度、排水条件和土体渗透系数有关）。一般情况下讲到沉降都是指固结完成后的最终沉降。体渗透系数有关）。一般情况下讲到沉降都是指固结完成后的最终沉降。次固结沉降次固结沉降 指有效应力不变时随时间继续发展的那部分沉降指有效应力不变时随时间继续发展的那部分沉降特点：是土骨架流变的结果，由于变
24、形刚开始时与土体的固结沉降相比太特点：是土骨架流变的结果，由于变形刚开始时与土体的固结沉降相比太微不足道了，因此常被忽略。但对于高塑性软土，流变特性显著，如果长微不足道了，因此常被忽略。但对于高塑性软土，流变特性显著，如果长期沉降对工程影响很大，则必须要考虑次固结沉降。期沉降对工程影响很大，则必须要考虑次固结沉降。Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 地基的大部分固结沉降在施工期完成，但软土地基土体固结时间长，加地基的大部分固结沉降在施工期完成，但
25、软土地基土体固结时间长，加上流变引起的次固结沉降又很大，因此不仅要计算地基的最终沉降，还要关上流变引起的次固结沉降又很大，因此不仅要计算地基的最终沉降，还要关注沉降随时间的发展情况。注沉降随时间的发展情况。地基沉降也可以按施工阶段分为施工期沉降和工后沉降地基沉降也可以按施工阶段分为施工期沉降和工后沉降 以软土地基上的高速公路为例，以软土地基上的高速公路为例，施工期沉降主要关系到工程量及工程进施工期沉降主要关系到工程量及工程进度，对公路的使用并无影响；人们更关心的是工后沉降（即完工后度，对公路的使用并无影响；人们更关心的是工后沉降（即完工后15年内年内发生的沉降），因为过大的工后沉降及不均匀沉降
26、会导致路面不平，给高发生的沉降），因为过大的工后沉降及不均匀沉降会导致路面不平，给高速行驶的汽车带来很大危害。地基究竟有多大沉降，是否需要采取措施加速行驶的汽车带来很大危害。地基究竟有多大沉降，是否需要采取措施加固，固，采取怎样的措施加固，施工期后沉降是否在允许范围内等一系列问题采取怎样的措施加固，施工期后沉降是否在允许范围内等一系列问题的解决都依赖于沉降计算分析。的解决都依赖于沉降计算分析。Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算计算方法弹性理论法弹
27、性理论法弹性理论法计算地基沉降是基于布辛奈斯克课题的位移解，弹性理论法计算地基沉降是基于布辛奈斯克课题的位移解，其基本假定为地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体；此外还假定其基本假定为地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体；此外还假定基础整个底面和地基一直保持接触。基础整个底面和地基一直保持接触。分层总和法分层总和法 分层总和法是指将地基沉降计算深度内的土层按土质和应力分层总和法是指将地基沉降计算深度内的土层按土质和应力变化情况划分为若干分层，分别计算各分层的压缩量，然后求其总和得出地变化情况划分为若干分层，分别计算各分层的压缩量，然后求其总和得出地基最终沉降量。这是计算地基最终沉降
28、量的基本且常用的方法。基最终沉降量。这是计算地基最终沉降量的基本且常用的方法。地基内与竖向集中荷载地基内与竖向集中荷载P作用点相距为作用点相距为r的地表任一点的沉降量：的地表任一点的沉降量：Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算二、弹性理论计算沉降二、弹性理论计算沉降利用前述公式根据叠加原理积分求得，公式如下利用前述公式根据叠加原理积分求得，公式如下沉降影响系数沉降影响系数Hohai UniversityHohai University理论上不够完备
29、，缺乏统一理论；理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半径验性方法单向压缩分层总和法是一个半径验性方法。（a a）假设基底压力为线性分布假设基底压力为线性分布 （b b）附加应力用弹性理论计算附加应力用弹性理论计算（c c）只发生单向沉降：侧限应力状态只发生单向沉降：侧限应力状态（d d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降（e e）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和各层沉降量之和：4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基
30、沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 三、分层总和法三、分层总和法基本假定和基本原理基本假定和基本原理Hohai UniversityHohai University第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的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：无侧向变形条件下单向压缩量计算假设：（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）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；的压缩可忽略不计；（3）土层均质且在土层厚度范围内，压力是均匀分布的。）土层均质且在土层厚
31、度范围内，压力是均匀分布的。（2）土体仅产生竖向压缩，而无侧向变形；）土体仅产生竖向压缩，而无侧向变形；计算公式：计算公式：压缩前压缩前压缩后压缩后Hohai UniversityHohai University解决问题解决问题4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 1 地基土的分层地基土的分层（1）天然土层交界面和地下水位应为分层面）天然土层交界面和地下水位应为分层面（2）同一类土，其分层厚度不大与）同一类土，其分层厚度不大与0.4b(b为为基础宽度基础宽度)如何利用单如何利用单向压缩量计向压缩量计算公式？算公式
32、？2 确定压缩层厚度确定压缩层厚度（1）应力比法）应力比法竖向附加应力与自重应力之比竖向附加应力与自重应力之比 对一般粘土按对一般粘土按 确定地基沉降计算深度；如果下面还有软土层，确定地基沉降计算深度；如果下面还有软土层，按按 确定地基沉降计算深度。确定地基沉降计算深度。（2）变形法）变形法Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 1）确定沉降计算剖面，计算基底压力）确定沉降计算剖面，计算基底压力的大小及分布，选择沉降计算点位置。的大小及分布，选择沉降计
33、算点位置。2）分层并求出计算点垂线上各分层面）分层并求出计算点垂线上各分层面处地基中的自重应力处地基中的自重应力 ，并绘出自重应，并绘出自重应力沿深度分布曲线。力沿深度分布曲线。注意自重应力应从注意自重应力应从地面起算地面起算3）求出计算点垂线上各分层面处竖向）求出计算点垂线上各分层面处竖向附加应力附加应力 ，绘出分布曲线。，绘出分布曲线。e-p曲线法计算地基最终沉降量具体步骤具体步骤Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4）确定地基沉降计算深度）确
34、定地基沉降计算深度5）根据每一分层顶、底面处的自重应）根据每一分层顶、底面处的自重应力和附加应力求出每个分层的平均自重力和附加应力求出每个分层的平均自重应力应力 和平均附加应力和平均附加应力。6）计算每一薄层的沉降量）计算每一薄层的沉降量7）计算最终沉降量。）计算最终沉降量。Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 例题4-1均质粘性土地基上有一矩形基础，基础长度均质粘性土地基上有一矩形基础，基础长度L=10m，宽度，宽度B=5m，埋，埋置深度置深度D=
35、1.2m，基础上作用着中心荷载，基础上作用着中心荷载P=12000 kN。土体的天然重土体的天然重度度=20kN/m3，饱和重度，饱和重度 m=21kN/m3，土的压缩曲线如，土的压缩曲线如下图所示，下图所示，如果地下水位距离基底如果地下水位距离基底2.5m，试求基础中心点的沉降量。，试求基础中心点的沉降量。Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 1）用地基平均附加应力系数）用地基平均附加应力系数 计算计算每一分层中的附加应力。每一分层中的附加应力。2
36、）给出了地基沉降计算深度新标准）给出了地基沉降计算深度新标准3）假设土体压缩模量不随深度变化。）假设土体压缩模量不随深度变化。4）用地基沉降计算经验系数）用地基沉降计算经验系数 对分对分层总和法结果进行了修正。层总和法结果进行了修正。建筑地基基础设计规范推荐法平均附加应力系数示意图平均附加应力系数示意图不同之处：不同之处：Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 计算公式：计算公式：Hohai UniversityHohai University4.4
37、4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 1）按分层总和法计算的地基沉降量，按分层总和法计算的地基沉降量，mm；2）沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无者查表；沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无者查表；3）荷载效应准永久组合时基础底面处的附加应力，荷载效应准永久组合时基础底面处的附加应力，kPa；4）基础底面下第基础底面下第i层土的压缩模量，层土的压缩模量，MPa；5），基础底面到第基础底面到第i层、第层、第i-1层土底面的距离，层土底面的距离，m；6）、和和 范围内的竖向平均附加应力系数，
38、查表；范围内的竖向平均附加应力系数，查表；计算深度的确定计算深度的确定考虑相邻荷载影响：应满足要求考虑相邻荷载影响：应满足要求无相邻荷载的基础中点下：无相邻荷载的基础中点下：在计算深度范围内，第在计算深度范围内，第i i层土的计算变形值层土的计算变形值在计算深度在计算深度 处，向上取厚度为处，向上取厚度为 的土层计算变形值的土层计算变形值Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 e-lgp曲线法计算地基最终沉降量土的现场压缩曲线的推求土的现场压缩曲线的推
39、求推求土的应力历史推求土的应力历史回顾室内压缩回顾室内压缩试验试验e-lgpe-lgp曲曲线的特征！线的特征！开始时比较平缓，随着开始时比较平缓，随着压力的增大，曲线明显压力的增大，曲线明显向下弯曲，且当压力较向下弯曲，且当压力较大时，会有较长一段往大时，会有较长一段往下延伸的直线。下延伸的直线。可使用推定的原状土压缩曲线；可使用推定的原状土压缩曲线；可以区分正常固结土和超固结土可以区分正常固结土和超固结土并分别进行计算。并分别进行计算。优点优点:Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地
40、基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 前期固结应力的确定前期固结应力的确定卡萨格兰德法（卡萨格兰德法（Casagrande）1）在室内压缩）在室内压缩e-lgp曲线上，找出曲率曲线上，找出曲率最大的最大的A点，过点，过A点作水平线点作水平线A1，切线，切线A2以及角平分线以及角平分线A3。2）将压缩曲线下部的直线段向上延伸）将压缩曲线下部的直线段向上延伸交交A3于于B点，则该点所对应的横坐标即点，则该点所对应的横坐标即为所求的前期固结应力为所求的前期固结应力pc。存在问题：存在问题：1 1）前期固结应力确定的精度取决于）前期固结应力确定的精度取决于A A点的选定，而其位置凭借点的选定，而其位置凭
41、借目测有一定的误差；目测有一定的误差；2 2）纵坐标的比例不同，）纵坐标的比例不同，A A点的位置也不尽相同。点的位置也不尽相同。改进措施：改进措施：结合土层形成的历史资料，加以综合分析结合土层形成的历史资料，加以综合分析Hohai UniversityHohai University 确定先期固结压力确定先期固结压力p pc c；过过e e0 0 作水平线与作水平线与p pc c作用线交于作用线交于b b。由假定由假定可可知，知，b b点必然位于原状土的现场压缩曲线上；点必然位于原状土的现场压缩曲线上；以以0.420.42e e0 0 在压缩曲线上确定在压缩曲线上确定c c点，由假定点，由假
42、定知，知，c c点也位于原状土的现场压缩曲线上；点也位于原状土的现场压缩曲线上；通过通过b b、c c两点的直线即为所求的现场压缩曲线两点的直线即为所求的现场压缩曲线土样取出以后土样取出以后e e不变，等于原状土的初始孔隙比不变，等于原状土的初始孔隙比e e0 0，因而，因而，（e e0 0,p pc c）点应位于原状土的现场压缩曲线上；点应位于原状土的现场压缩曲线上；0.420.42e e0 0时，土样不受到扰动影响。时，土样不受到扰动影响。a.a.正常固结土正常固结土假定：假定：推定：推定：现场压缩曲线的推求现场压缩曲线的推求4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第
43、四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 Hohai UniversityHohai Universityb.b.超固结土超固结土假定假定：土取出地面后体积不变，即（土取出地面后体积不变，即（e e0 0,p p1 1）在原始再压缩在原始再压缩曲线上；曲线上；再压缩指数再压缩指数C Cc c 为常数；为常数；0.420.42e e0 0处的土与原状土一致，不受扰动影响。处的土与原状土一致，不受扰动影响。推定推定：确定确定p p1 1，p pc c的作用线；的作用线；过过e e0 0作水平线与作水平线与p p1 1作用线交于作用线交于b b1 1点；点；过过b b和和c c点作直线
44、即为现场压缩曲线。点作直线即为现场压缩曲线。过过b b1 1点作斜率为点作斜率为C Cc c的直线，与的直线，与p pc c作用线作用线交于交于b b点，点，b b1 1b b为为现场再压缩曲线现场再压缩曲线；过过0.420.42e e0 0 作水平线与作水平线与e-lge-lgp p曲线曲线交交于点于点c c；4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩
45、性与地基沉降计算 1）选择沉降计算断面和计算点，确定基底压力（）选择沉降计算断面和计算点，确定基底压力（基底净压力基底净压力）2）分层并计算各分层面的自重应力及土层平均自重应力）分层并计算各分层面的自重应力及土层平均自重应力 ；3）计算地基各分层面的竖向附加应力及土层平均附加应力；）计算地基各分层面的竖向附加应力及土层平均附加应力；4）用卡萨格兰德方法，根据室内压缩曲线确定前期固结应力）用卡萨格兰德方法，根据室内压缩曲线确定前期固结应力并判定土层属于正常固结土、超固结土或欠固结土；推求现场压缩并判定土层属于正常固结土、超固结土或欠固结土；推求现场压缩曲线；曲线；5）对不同土层分别用不同的方法求
46、各分层的压缩量，然后，将其总）对不同土层分别用不同的方法求各分层的压缩量，然后，将其总和，及为总沉降量。和，及为总沉降量。e-lgpe-lgp曲线法计算地基最终沉降量具体步骤曲线法计算地基最终沉降量具体步骤Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 （2）地基总沉降计算公式为）地基总沉降计算公式为正常固结土的沉降计算正常固结土的沉降计算（1）按右图计算孔隙比的变化量，）按右图计算孔隙比的变化量，即即Hohai UniversityHohai Univers
47、ity4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 超固结土的沉降计算超固结土的沉降计算考虑下列两种情况考虑下列两种情况（1）附加应力增量）附加应力增量 小于小于 即即第第i分层的土层在分层的土层在 作用下，孔作用下，孔隙比的改变将只沿着现场再压缩隙比的改变将只沿着现场再压缩曲线曲线b1 b减小，其改变量为：减小，其改变量为：Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 （2）附加应力
48、增量）附加应力增量 大于大于 即即超固结土的沉降计算超固结土的沉降计算考虑下列两种情况考虑下列两种情况第第i分层的土层在分层的土层在 作用下，孔隙比将先作用下，孔隙比将先沿着现场再压缩曲线沿着现场再压缩曲线b1 b减小，再沿着减小，再沿着现场压缩曲线现场压缩曲线bc减小，其改变量为：减小，其改变量为：Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 （2）新增附加应力）新增附加应力 引起的孔隙比改变量引起的孔隙比改变量欠固结土的沉降计算欠固结土的沉降计算（1）土
49、体在自重应力）土体在自重应力 下继续固结引起的下继续固结引起的 孔隙比改变量孔隙比改变量（3）欠固结土的总沉降为）欠固结土的总沉降为Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 例题4-2有一有一仓库，基础面积为仓库，基础面积为12.5*12.5，堆载堆载P=100kPa。地基剖面图见下图。地基剖面图见下图。从粘土层中心部位取样做室内压缩试验得到压缩曲线，如图所示。土样的从粘土层中心部位取样做室内压缩试验得到压缩曲线，如图所示。土样的初始孔隙比初始孔隙比e0
50、=0.67，试求，试求仓库基础中心处的沉降量（砂土压缩量不计）。仓库基础中心处的沉降量（砂土压缩量不计）。（答案（答案53.3cm）Hohai UniversityHohai University4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 1）确定沉降计算点及基底压力）确定沉降计算点及基底压力2）地基分层（砂土层及粘土层下的基岩沉）地基分层（砂土层及粘土层下的基岩沉降量不计，故只对粘土层进行分层）降量不计，故只对粘土层进行分层）3）计算粘土层的自重应力、附加应力、平）计算粘土层的自重应力、附加应力、平均自重应力及平均附