单元2地基变形计算.ppt

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1、2 2 地基变形计算地基变形计算同济大学出版社1目录 2.1 土中应力分析与计算 2.2 土的渗透变形与固结 2.3 地基沉降计算与建筑物沉降观测22.1土中应力分析与计算土中应力分析与计算3土土中中应应力力分分析析与与计计算算F 什么是自重应力、附加应力、基底压什么是自重应力、附加应力、基底压 力？对地基产生的影响如何？力？对地基产生的影响如何？F 自重应力如何计算？其分自重应力如何计算？其分布情况如何？布情况如何？F 基底压力如何计算？基底压力如何计算？其分布情况如何？其分布情况如何？F 附加应力如何计算？附加应力如何计算？其分布情况如何？其分布情况如何？4F 能够能够熟练计算地基中的自重

2、应力、熟练计算地基中的自重应力、附加应力、基底压力。附加应力、基底压力。F 能够绘出自重应力、附加应力、基能够绘出自重应力、附加应力、基 底压力在地基中的分布曲线。底压力在地基中的分布曲线。F 能够掌握各种应力对地基产生的影能够掌握各种应力对地基产生的影 响。响。本任务目标本任务目标52.1 土中应力分析与计算土中应力分析与计算 地基中的自重应力和附加应力产生的原因不同，对工地基中的自重应力和附加应力产生的原因不同，对工程的影响也不同。一般情况下，由于土体的形成年代比较程的影响也不同。一般情况下，由于土体的形成年代比较久远，除了新近沉积或堆积的土层外，自重应力不会再引久远，除了新近沉积或堆积的

3、土层外，自重应力不会再引起地基的变形。导致地基变形的主要原因是地基中新增加起地基的变形。导致地基变形的主要原因是地基中新增加的附加应力，同时，附加应力也是导致地基强度破坏和失的附加应力，同时，附加应力也是导致地基强度破坏和失稳的重要原因。稳的重要原因。地基中的应力按其产生原因的不同，可分为自重应力地基中的应力按其产生原因的不同，可分为自重应力和附加应力两种。由土体自身的有效重量产生的应力称为和附加应力两种。由土体自身的有效重量产生的应力称为自重应力。由建筑荷载等其它外载在建筑修建前后在地基自重应力。由建筑荷载等其它外载在建筑修建前后在地基中产生的应力的增加值称为附加应力。中产生的应力的增加值称

4、为附加应力。62.1 土中应力分析与计算土中应力分析与计算 本节将主要介绍自重应力、附加应力、基底压力的分本节将主要介绍自重应力、附加应力、基底压力的分析与计算。析与计算。土中应力计算通常采用弹性力学方法求解。即假定地土中应力计算通常采用弹性力学方法求解。即假定地基是均匀、连续、各向同性的半无限空间直线变形体。这基是均匀、连续、各向同性的半无限空间直线变形体。这样的假定与土的实际情况虽不相同，但在通常请况下，尤样的假定与土的实际情况虽不相同，但在通常请况下，尤其是在中、小应力条件下，用弹性理论计算出的结果与实其是在中、小应力条件下，用弹性理论计算出的结果与实际情况较为接近，且计算方法较为简单，

5、能够满足一般工际情况较为接近，且计算方法较为简单，能够满足一般工程设计的要求。程设计的要求。72.1.1 自重应力的分析与计算自重应力的分析与计算 2 2、计算范围内土层分层时：计算范围内土层分层时：地基中的自重应力是指由土体自身的有效重量产生的应力。地基中的自重应力是指由土体自身的有效重量产生的应力。一、竖向自重应力一、竖向自重应力一、竖向自重应力一、竖向自重应力1 1、计算范围内为均质土层时：计算范围内为均质土层时：82.1.1 自重应力的分析与计算自重应力的分析与计算 4 4、计算范围内有不透水层时：计算范围内有不透水层时：3 3、计算范围内有地下水时：计算范围内有地下水时：计算公式同成

6、层土的情况，计算公式同成层土的情况，将地下水位处作为新的土层分将地下水位处作为新的土层分层处，地下水位以下土的重度层处，地下水位以下土的重度取有效重度取有效重度 不透水层层面处及不透水层层面以下的自重应力不透水层层面处及不透水层层面以下的自重应力在计算时应在上覆土所产生自重应力的基础上，加上在计算时应在上覆土所产生自重应力的基础上，加上由地下水位至不透水层层面处水所产生的自重应力。由地下水位至不透水层层面处水所产生的自重应力。92.1.1 自重应力的分析与计算自重应力的分析与计算 表示土的侧压力系数或静止土压力系数。表示土的侧压力系数或静止土压力系数。二、侧向自重应力二、侧向自重应力二、侧向自

7、重应力二、侧向自重应力 地基中除了存在作用于水平面上的竖向自重应地基中除了存在作用于水平面上的竖向自重应力力 外，还存在有作用于竖直面上的水平自重应外，还存在有作用于竖直面上的水平自重应力力 和和 。水平自重应力可按下式计算：。水平自重应力可按下式计算：（）三、地下水位的变化对自重应力的影响三、地下水位的变化对自重应力的影响三、地下水位的变化对自重应力的影响三、地下水位的变化对自重应力的影响 地下水位的升降会带来自重应力的变化，简单地下水位的升降会带来自重应力的变化，简单记忆为：上升减小，下降增大。记忆为：上升减小，下降增大。102.1.1 自重应力的分析与计算自重应力的分析与计算 用自重应力

8、曲线的变化即可表示出其变化。用自重应力曲线的变化即可表示出其变化。112.1.1 自重应力的分析与计算自重应力的分析与计算自重应力曲线的分布规律：自重应力曲线的分布规律：四、自重应力曲线的分布规律四、自重应力曲线的分布规律 自重应力一般指的是竖向自重应力自重应力一般指的是竖向自重应力 ，自重应力曲，自重应力曲线是关于竖向自重应力与深度之间关系的曲线。线是关于竖向自重应力与深度之间关系的曲线。（1）、在同一土层中，自重应力曲线为一条直线；、在同一土层中，自重应力曲线为一条直线；（2）、自重应力曲线为一条拐（折）线，拐点位于、自重应力曲线为一条拐（折）线，拐点位于 土层分层处或地下水位处；土层分层

9、处或地下水位处；（3）、自重应力随深度的增加而增大。、自重应力随深度的增加而增大。122.1.2 基底压力的分析与计算基底压力的分析与计算 在地基与基础的接触面上存在着接触应力。基础作用在在地基与基础的接触面上存在着接触应力。基础作用在地基上的接触应力称为基底压力，方向向下；地基作用在基地基上的接触应力称为基底压力，方向向下；地基作用在基础上的接触应力称为地基反力，方向向上。地基与基础接触础上的接触应力称为地基反力，方向向上。地基与基础接触面上单位面积土体所受到的压力称为基底压力。基底压力与面上单位面积土体所受到的压力称为基底压力。基底压力与地基反力为一对作用力与反作用力。基底压力是分析地基中

10、地基反力为一对作用力与反作用力。基底压力是分析地基中应力，变形及稳定性的外荷载。地基反力则是计算基础结构应力，变形及稳定性的外荷载。地基反力则是计算基础结构内力的外荷载。因此，研究基底压力的分布规律和计算方法内力的外荷载。因此，研究基底压力的分布规律和计算方法在工程中具有重要意义。在工程中具有重要意义。准确地确定基底压力的分布是相当复杂的问题，它既受准确地确定基底压力的分布是相当复杂的问题，它既受基础刚度、尺寸、形状和埋置深度的影响，又受作用于基础基础刚度、尺寸、形状和埋置深度的影响，又受作用于基础上荷载的大小、分布形式、地基土性质的影响。上荷载的大小、分布形式、地基土性质的影响。132.1.

11、2 基底压力的分析与计算基底压力的分析与计算 实测资料表明，当荷载较小时，基底压力分布接近弹性实测资料表明，当荷载较小时，基底压力分布接近弹性理论解（图理论解（图a）；随着上部荷载的逐渐增加，基底压力转变）；随着上部荷载的逐渐增加，基底压力转变为马鞍形分布（图为马鞍形分布（图b），抛物线形分布（图），抛物线形分布（图c）；当荷载接近）；当荷载接近极限荷载，地基接近破坏时，基底压力呈钟形（图极限荷载，地基接近破坏时，基底压力呈钟形（图d）。）。对于刚度较大的基础而言，虽然基对于刚度较大的基础而言，虽然基底压力分布十分复杂，但试验表明，当底压力分布十分复杂，但试验表明，当基础宽度大于基础宽度大于1

12、m、荷载在、荷载在300500 KN/m2时，基底压力可近似按直线变时，基底压力可近似按直线变化来计算，由此，在地基变形计算中引化来计算，由此，在地基变形计算中引起的误差在一般工程中是允许的。这样，起的误差在一般工程中是允许的。这样，计算工作大为简化，所以，基底压力分布可近似的按材料计算工作大为简化，所以，基底压力分布可近似的按材料力学公式进行计算。力学公式进行计算。142.1.2 基底压力的分析与计算基底压力的分析与计算一、中心荷载作用下的基底压力一、中心荷载作用下的基底压力一、中心荷载作用下的基底压力一、中心荷载作用下的基底压力 表示基础的自重与表示基础的自重与基础台阶上回填土重基础台阶上

13、回填土重之和。之和。152.1.2 基底压力的分析与计算基底压力的分析与计算二、偏心荷载作用下的基底压力二、偏心荷载作用下的基底压力二、偏心荷载作用下的基底压力二、偏心荷载作用下的基底压力 偏心距偏心距 162.1.2 基底压力的分析与计算基底压力的分析与计算三、基底附加应力三、基底附加应力三、基底附加应力三、基底附加应力 一般情况下，土层在自重应力作用下已压缩稳定，因一般情况下，土层在自重应力作用下已压缩稳定，因此，只有新增加于基底平面处的外荷载即基底附加应力才此，只有新增加于基底平面处的外荷载即基底附加应力才能引起地基变形。能引起地基变形。由建筑物建造后的基底压力应扣除基底标高处原有的由建

14、筑物建造后的基底压力应扣除基底标高处原有的自重应力，才是基底处新增加给地基的附加应力自重应力，才是基底处新增加给地基的附加应力 中心受压时：中心受压时：偏心受压时：偏心受压时：172.1.2 基底压力的分析与计算基底压力的分析与计算182.1.3 附加应力的分析与计算附加应力的分析与计算 地基中的附加应力是指建筑物荷重在土体中引起的附加地基中的附加应力是指建筑物荷重在土体中引起的附加于原有自重应力基础之上的应力，即地基中在建筑修建前后于原有自重应力基础之上的应力，即地基中在建筑修建前后应力的增加值。对于一般天然土层来说，地基中原有的自重应力的增加值。对于一般天然土层来说，地基中原有的自重应力引

15、起的压缩变形早已完成，不会再产生地基的变形。因应力引起的压缩变形早已完成，不会再产生地基的变形。因此，引起地基变形的主要原因就是附加应力。那么，计算附此，引起地基变形的主要原因就是附加应力。那么，计算附加应力的主要目的也就是计算地基的变形。加应力的主要目的也就是计算地基的变形。地地基基中中附附加加应应力力的的计计算算方方法法一一般般是是：假假定定地地基基是是均均质质的的半半无无限限空空间间直直线线变变形形体体，这这样样就就可可以以直直接接采采用用弹弹性性理理论论解解答。答。192.1.3 附加应力的分析与计算附加应力的分析与计算一、集中力作用下土中附加应力一、集中力作用下土中附加应力一、集中力

16、作用下土中附加应力一、集中力作用下土中附加应力 的计算的计算的计算的计算 法国学者布辛奈斯克（法国学者布辛奈斯克（Boussinesq）用弹性理论推出）用弹性理论推出了在半无限空间弹性体表了在半无限空间弹性体表面上作用有竖向集中力时，面上作用有竖向集中力时，在弹性体内任意点所引起在弹性体内任意点所引起的附加应力的附加应力 集中力作用下土中的竖向附加应力系数，是关于 的函数。202.1.3 附加应力的分析与计算附加应力的分析与计算集中力作用下土中附加应力集中力作用下土中附加应力集中力作用下土中附加应力集中力作用下土中附加应力 的分布规律的分布规律的分布规律的分布规律 212.1.3 附加应力的分

17、析与计算附加应力的分析与计算二、二、二、二、竖向矩形均布荷载作用下土中附加应力竖向矩形均布荷载作用下土中附加应力 的计算的计算 1、竖向矩形均布荷载作用下竖向矩形均布荷载作用下角点下的附加应力角点下的附加应力 竖向矩形均布荷载作用下角点下的附加应力系数，或表示为 ，可由 和 查表得出。角点公式：角点公式：其中：222.1.3 附加应力的分析与计算附加应力的分析与计算二、二、二、二、竖向矩形均布荷载作用下土中附加应力竖向矩形均布荷载作用下土中附加应力 的计算的计算 2、竖向矩形均布荷载作用下非角点下的附加应力竖向矩形均布荷载作用下非角点下的附加应力 由于角点公式只有地基中待求附加应力的点位于竖向

18、矩形均布由于角点公式只有地基中待求附加应力的点位于竖向矩形均布荷载面积的角点下时才能使用，在地基中矩形均布荷载角点下的点只荷载面积的角点下时才能使用，在地基中矩形均布荷载角点下的点只是极特殊的点，绝大数点并不在角点以下，故不能直接使用角点公式，是极特殊的点，绝大数点并不在角点以下，故不能直接使用角点公式，这时欲求非角点下的附加应力时，可使用这时欲求非角点下的附加应力时，可使用角点法角点法。角点法角点法利用应力叠加的原理，使用角点法时，大体可分为两步：利用应力叠加的原理，使用角点法时，大体可分为两步：第一步简称第一步简称分割分割，即通过分割使待求的点处在若干小矩形角点以下，即通过分割使待求的点处

19、在若干小矩形角点以下，分割的目的是为了使用角点公式；第二步简称分割的目的是为了使用角点公式；第二步简称叠加叠加，即通过角点公式，即通过角点公式，计算出每个小矩形在待求点产生的附加应力计算出每个小矩形在待求点产生的附加应力 ，求出代数和，即为竖，求出代数和，即为竖向矩形均布荷载作用下该点的附加应力向矩形均布荷载作用下该点的附加应力 。23角点法计算地基附加应力角点法计算地基附加应力zMoIVIIIIIIo oIIIIIIIVp计算点在基底内部计算点在基底内部24角点法计算地基附加应力角点法计算地基附加应力IIIo oo oIIIIo oIVo oII计算点在基底边缘计算点在基底边缘计算点在基底边

20、缘外计算点在基底边缘外25角点法计算地基附加应力角点法计算地基附加应力计算点在基底角点外计算点在基底角点外Io oo oIIIIIIV262.1.3 附加应力的分析与计算附加应力的分析与计算（1）所列出的叠加公式中每一个）所列出的叠加公式中每一个 或或 系数，必须包含有待系数，必须包含有待求的点在基础底面上的投影。求的点在基础底面上的投影。（2）通过叠加，所划分的每一个小矩形面积总和应等于原有）通过叠加，所划分的每一个小矩形面积总和应等于原有的矩形荷载面积。的矩形荷载面积。（3）查表确定每个小矩形角点下附加应力系数时，每个小矩）查表确定每个小矩形角点下附加应力系数时，每个小矩形的长边为形的长边

21、为 ，短边为，短边为 。在使用在使用角点法角点法时，时，必须注意：必须注意：272.1.3 附加应力的分析与计算附加应力的分析与计算三、三、三、三、竖向条形均布荷载作用下土中附加应力竖向条形均布荷载作用下土中附加应力 的计算的计算 竖向条形均布荷载竖向条形均布荷载作用下，作用下，M点的附加应点的附加应力力 为：为：为条形均布荷载作用下土中竖向附加应力系数，可由 和 查表得出。282.1.3 附加应力的分析与计算附加应力的分析与计算竖向均布荷载作用下土中附加应力竖向均布荷载作用下土中附加应力竖向均布荷载作用下土中附加应力竖向均布荷载作用下土中附加应力 的分布规律的分布规律的分布规律的分布规律 2

22、92.2土的渗透变形与固结土的渗透变形与固结30土土的的渗渗透透变变形形与与固固结结F 什么是土的渗透性、渗透变形？什么是土的渗透性、渗透变形？对工程的影响如何？对工程的影响如何？F 什么是土的压缩性？压缩的实质什么是土的压缩性？压缩的实质 是什么是什么？F 压缩曲线、压缩性指标如何来评压缩曲线、压缩性指标如何来评 价土的压缩性，在工程中的应用价土的压缩性，在工程中的应用 情况如何？情况如何？31F 能够能够了解土的渗透性、达西定律、渗了解土的渗透性、达西定律、渗 透变形的类型及对工程的影响。透变形的类型及对工程的影响。F 能够掌握土的压缩性、压缩的实能够掌握土的压缩性、压缩的实 质、压缩曲线

23、、压缩性指标的定义。质、压缩曲线、压缩性指标的定义。F 能够掌握通过计算确定土的压缩性的能够掌握通过计算确定土的压缩性的 方法。方法。本任务目标本任务目标322.2 土的渗透变形与固结土的渗透变形与固结 一、土的渗透性一、土的渗透性 2.2.1 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 土体内部孔隙中的水在各种势能（水头差）的作用土体内部孔隙中的水在各种势能（水头差）的作用下，通过土中的孔隙，从水头高的位置向水头低的位置下，通过土中的孔隙，从水头高的位置向水头低的位置流动，这种现象称为水的渗流。流动，这种现象称为水的渗流。土的渗透性是指水流通过土中孔隙难易程度的性土的渗透性是指水流通过土中孔隙难易程度

24、的性质，也称为透水性。粗粒土的渗透性主要取决于孔隙质，也称为透水性。粗粒土的渗透性主要取决于孔隙通道的截面积。细粒土的渗透性主要取决于粘土矿物通道的截面积。细粒土的渗透性主要取决于粘土矿物表面的活性作用和土体孔隙比的大小。表面的活性作用和土体孔隙比的大小。332.2.1 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形342.2.1 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形二、达西定律二、达西定律 在在1856年，法国学者达年，法国学者达西在稳定流和层流条件下，用西在稳定流和层流条件下，用饱和粗颗粒土进行渗透试验，饱和粗颗粒土进行渗透试验，测定水流通过试样单位截面积测定水流通过试样单位截面积的渗流量，得到渗流量与水力

25、的渗流量，得到渗流量与水力梯度的关系，从而得到渗流速梯度的关系，从而得到渗流速度与水力梯度和土体渗透性质度与水力梯度和土体渗透性质的基本规律，即达西定律：的基本规律，即达西定律：352.2.1 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形三、渗透力三、渗透力 水在土的孔隙中流动时，将会产生水头损失，而这种水在土的孔隙中流动时，将会产生水头损失，而这种水头损失是因为水在土的孔隙中流动时，作用在土颗粒上水头损失是因为水在土的孔隙中流动时，作用在土颗粒上的作用力产生的，那么，渗透水作用在单位土体内土颗粒的作用力产生的，那么，渗透水作用在单位土体内土颗粒上的作用力称为渗透力。上的作用力称为渗透力。渗流作用于单位土

26、体的渗流力渗流作用于单位土体的渗流力 为：为：渗透力渗透力 的作用方向与渗流方向一致，大小与水力梯的作用方向与渗流方向一致，大小与水力梯度度 成正比。成正比。362.2.1 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形四、渗透变形四、渗透变形 当渗透力较大时，就会引起土颗粒的移动，使土体产当渗透力较大时，就会引起土颗粒的移动，使土体产生变形，称为渗透变形。若渗透水流把土颗粒带出土体，生变形，称为渗透变形。若渗透水流把土颗粒带出土体，则造成土体的破坏，称为渗透失稳或渗透破坏。则造成土体的破坏，称为渗透失稳或渗透破坏。渗透失稳可分为流土与管涌两种基本类型。渗透失稳可分为流土与管涌两种基本类型。管涌是指在渗透力

27、作用下，无粘性土中的细小颗粒通管涌是指在渗透力作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，发生移动或被水流带出的现象，管涌过较大颗粒的孔隙，发生移动或被水流带出的现象，管涌在水流出溢口或土体内部均有可能发生。在水流出溢口或土体内部均有可能发生。流土通常是在渗透作用下，粘性土或无粘性土体中某流土通常是在渗透作用下，粘性土或无粘性土体中某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移动的现象，流土发生一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移动的现象，流土发生在水流出溢口处而不发生在土体内部。在开挖基坑时遇到在水流出溢口处而不发生在土体内部。在开挖基坑时遇到的流砂现象即属于流土的类型。的流砂现象即属于流土的类型。37

28、2.2.1 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 流土和管涌这些渗透现象会危及建筑物的安全与稳定，流土和管涌这些渗透现象会危及建筑物的安全与稳定，必须采取措施加以防治。必须采取措施加以防治。382.2.1 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形工程实例：工程实例：2003年年7月月1日，日，上海市轨道交通上海市轨道交通4号号线发生一起管涌坍塌线发生一起管涌坍塌事故，防汛墙塌陷、事故，防汛墙塌陷、隧道结构损坏、周边隧道结构损坏、周边地面沉降、造成三幢地面沉降、造成三幢建筑物严重倾斜。直建筑物严重倾斜。直接经济损失高达接经济损失高达1.5亿人民币。亿人民币。392.2.2 土的固结土的固结 土是一种散粒体的

29、沉积物，由土颗粒和孔隙组成，具土是一种散粒体的沉积物，由土颗粒和孔隙组成，具有较高的压缩性。地基土在建筑荷载的作用下将会发生变有较高的压缩性。地基土在建筑荷载的作用下将会发生变形，建筑的基础也会随之沉降。对于非均质地基或上部结形，建筑的基础也会随之沉降。对于非均质地基或上部结构荷载差异较大时，基础还会出现不均匀沉降。如果沉降构荷载差异较大时，基础还会出现不均匀沉降。如果沉降或不均匀沉降超过允许范围，就会导致建筑物的开裂或影或不均匀沉降超过允许范围，就会导致建筑物的开裂或影响其正常使用，甚至造成建筑物破坏。响其正常使用，甚至造成建筑物破坏。在地基与基础设计和施工时，必须重视基础的沉降与在地基与基

30、础设计和施工时，必须重视基础的沉降与不均匀沉降问题。计算出地基将要发生的变形值，并将此不均匀沉降问题。计算出地基将要发生的变形值，并将此变形值控制在允许的范围以内。为了计算出地基的变形值，变形值控制在允许的范围以内。为了计算出地基的变形值，必须了解土的压缩性，以及反映土体压缩性大小的压缩性必须了解土的压缩性，以及反映土体压缩性大小的压缩性指标，利用压缩性指标和地基中的附加应力，即可计算出指标，利用压缩性指标和地基中的附加应力，即可计算出地基的最终沉降量。地基的最终沉降量。402.2.2 土的固结土的固结一、基本概念一、基本概念有效应力原理有效应力原理：压缩的实质就是孔隙中的水和空气被挤出土体的

31、过程。压缩的实质就是孔隙中的水和空气被挤出土体的过程。土体在压力的作用下体积减少的性质称为土的压缩性。土体在压力的作用下体积减少的性质称为土的压缩性。土的压缩随时间而增长的过程称为土的固结。土的压缩随时间而增长的过程称为土的固结。1、土的压缩性土的压缩性2、土的固结土的固结 固结度固结度 412.2.2 土的固结土的固结二、压缩曲线与压缩性指标二、压缩曲线与压缩性指标 研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验，亦称为固结试验。对于一般工程而言，在压缩土层厚试验，亦称为固结试验。对于一般工程而言，在压缩土层厚度较小的情况下，常用侧限压缩

32、试验来研究土的压缩性。度较小的情况下，常用侧限压缩试验来研究土的压缩性。1、压缩曲线压缩曲线 由侧限压缩仪对土样分级施加竖向压力由侧限压缩仪对土样分级施加竖向压力 ，测定出对应，测定出对应于每级压力下土样稳定的压缩量于每级压力下土样稳定的压缩量 ，从而计算出对应于压缩，从而计算出对应于压缩量量 的孔隙比的孔隙比 ，最后绘制压缩曲线。，最后绘制压缩曲线。422.2.2 土的固结土的固结侧限压缩试验压缩仪示意简图侧限压缩试验压缩仪示意简图侧限压缩试验压缩仪示意简图侧限压缩试验压缩仪示意简图 432.2.2 土的固结土的固结 侧限压缩试验土样变形示意图侧限压缩试验土样变形示意图侧限压缩试验土样变形示

33、意图侧限压缩试验土样变形示意图 442.2.2 土的固结土的固结 压缩性不同的土体，压缩曲线的形状是不一样的。曲线越陡，说明在压缩性不同的土体，压缩曲线的形状是不一样的。曲线越陡，说明在相同压力变化阶段，孔隙比的变化量越大，因此，土的压缩性就越高。相同压力变化阶段，孔隙比的变化量越大，因此，土的压缩性就越高。452.2.2 土的固结土的固结二、压缩曲线与压缩性指标二、压缩曲线与压缩性指标 压缩系数表示单位压力下孔隙比的变化量。单位取压缩系数表示单位压力下孔隙比的变化量。单位取 2、压缩系数压缩系数 在压缩曲线中以曲线上两点连线的斜率表示压缩系数。在压缩曲线中以曲线上两点连线的斜率表示压缩系数。

34、压缩系数是土的压缩性的重要指标之一。压缩系数越压缩系数是土的压缩性的重要指标之一。压缩系数越大，表示土的压缩性越高。而同一种土体的压缩系数并不大，表示土的压缩性越高。而同一种土体的压缩系数并不是一个常数，它是随不同的压力变化范围而变化的。是一个常数，它是随不同的压力变化范围而变化的。462.2.2 土的固结土的固结 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB 500072002）提出用提出用 ，时相对应的压缩系数时相对应的压缩系数 来来评价土的压缩性评价土的压缩性。时，为低压缩性土；时，为低压缩性土；时，为中等压缩性土；时，为中等压缩性土；时，为高压缩性土。时，为高压缩性土。472.2.2

35、 土的固结土的固结二、压缩曲线与压缩性指标二、压缩曲线与压缩性指标 土体在完全侧限条件下，压应力的变化量土体在完全侧限条件下，压应力的变化量 与相应的与相应的压应变变化量压应变变化量 之比。单位取之比。单位取 3、压缩模量压缩模量 压缩模量压缩模量 与压缩系数与压缩系数 成反比，成反比，越大，则越大，则 越越小，此时，土的压缩性就越低。小，此时，土的压缩性就越低。其中：其中：则：则：482.2.2 土的固结土的固结三、变形模量三、变形模量 是关于土的泊松比是关于土的泊松比 的函数，的函数，压缩系数与压缩模量均为土的侧限压缩性指标，由室压缩系数与压缩模量均为土的侧限压缩性指标，由室内压缩试验测定

36、。通过现场静荷载试验在无侧限条件下，内压缩试验测定。通过现场静荷载试验在无侧限条件下，可以得到土的变形模量可以得到土的变形模量 。变形模量是指土体在无侧限条。变形模量是指土体在无侧限条件下竖向压应力与相应应变之比。变形模量是在现场原位件下竖向压应力与相应应变之比。变形模量是在现场原位测定的，所以它能比较准确的反映出土在天然状态下的压测定的，所以它能比较准确的反映出土在天然状态下的压缩性。变形模量缩性。变形模量 与压缩模量与压缩模量 之间存在如下理论上的换之间存在如下理论上的换算关系：算关系：492.3地基沉降计算与建筑物沉降观测地基沉降计算与建筑物沉降观测50地地基基沉沉降降计计算算与与建建筑

37、筑物物沉沉降降观观测测F 什么是地基最终沉降量？计算最终沉降什么是地基最终沉降量？计算最终沉降 量的目的及常见的计算方法是什么？量的目的及常见的计算方法是什么？F 分层总和法与规范法的区别有哪些分层总和法与规范法的区别有哪些？F 分层总和法与规范法是如何计算最终沉分层总和法与规范法是如何计算最终沉 降量的？降量的？F 固结试验的操作要点有哪些？固结试验的操作要点有哪些？F 建筑物沉降观测的要点有哪些建筑物沉降观测的要点有哪些？地基的变形特征有哪几种？地基的变形特征有哪几种？51F 能够能够熟练掌握分层总和法与规范法熟练掌握分层总和法与规范法 计算地基最终沉降量。计算地基最终沉降量。F 能够熟悉

38、能够熟悉建筑物沉降观测的要点建筑物沉降观测的要点。F 能够掌握地基的各类变性特征。能够掌握地基的各类变性特征。F 能够掌握固结试验的操作要点。能够掌握固结试验的操作要点。本任务目标本任务目标522.3 地基沉降计算与建筑物沉降观测地基沉降计算与建筑物沉降观测 地基的最终沉降量是指地基土层在建筑物荷载作用下，地基的最终沉降量是指地基土层在建筑物荷载作用下，不断地产生压缩，直至压缩稳定后地基的最终的稳定的沉不断地产生压缩，直至压缩稳定后地基的最终的稳定的沉降值。降值。2.3.1分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 地基沉降的原因可由内因和外因两方面来说明，外地基沉降的原因可

39、由内因和外因两方面来说明，外因是建筑物荷载在地基中产生的附加应力；其内因是土是因是建筑物荷载在地基中产生的附加应力；其内因是土是散粒体结构，内部存在较大的孔隙。在附加应力作用下产散粒体结构，内部存在较大的孔隙。在附加应力作用下产生压缩变形，从而引起地基沉降。生压缩变形，从而引起地基沉降。根据建筑物的最终沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜根据建筑物的最终沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜度，就可以判断地基发生的变形值是否超过允许值的范围，度，就可以判断地基发生的变形值是否超过允许值的范围，以便采取相应的措施，保证建筑物的安全。以便采取相应的措施，保证建筑物的安全。532.3.1 分层总和法与规范法计算地

40、基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 一、分层总和法一、分层总和法 计算地基变形时，传递到基础底面的荷载效应应按正计算地基变形时，传递到基础底面的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形永久值。载和地震作用。相应的限值应为地基变形永久值。分层总和法，是将地基压缩层范围内的土层划分为若分层总和法，是将地基压缩层范围内的土层划分为若干薄土层，计算出每一薄土层的压缩量，然后求出每一薄干薄土层，计算出每一薄土层的压缩量，然后求出每一薄土层的压缩量之和，即认为是压缩层的压缩量，也就是地土层的压缩

41、量之和，即认为是压缩层的压缩量，也就是地基的最终沉降量。基的最终沉降量。该方法计算地基的最终沉降量时，概念明确，计算该方法计算地基的最终沉降量时，概念明确，计算方法简便。方法简便。542.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 1、假定地基是均质、连续、各向同性的半无限空间假定地基是均质、连续、各向同性的半无限空间直线变形体，可按弹性理论计算地基中的附加应力。直线变形体，可按弹性理论计算地基中的附加应力。分层总和法分层总和法的的几点假定：几点假定：2、假定在附加应力的作用下，地基土不发侧向变形。假定在附加应力的作用下，地基土不发侧向变形。3、地基中任一层面的附加应

42、力均按基础中心点下计算。地基中任一层面的附加应力均按基础中心点下计算。此假定的目的是为了弥补假定此假定的目的是为了弥补假定2所忽略的由地基土侧所忽略的由地基土侧向变形而引起的误差。向变形而引起的误差。4、地基的最终沉降量为压缩层范围内各土层分层压缩地基的最终沉降量为压缩层范围内各土层分层压缩量之和。量之和。552.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 将基础底面下压缩层范围内的将基础底面下压缩层范围内的土层划分为若干薄土层。对于第土层划分为若干薄土层。对于第 层，在建筑修建前，该土层受到自层，在建筑修建前，该土层受到自重应力的作用（重应力的作用（取该层上、下层取

43、该层上、下层面自重应力的平均值），建筑修建面自重应力的平均值），建筑修建以后，该土层在原有自重应力基础以后，该土层在原有自重应力基础之上，还受到建筑荷载所产生的附之上，还受到建筑荷载所产生的附加应力的作用。（附加应力根据假加应力的作用。（附加应力根据假定定3计算，取该层上、下层面的平计算，取该层上、下层面的平均值。）由于假定均值。）由于假定2，第，第 层的土层的土体受力状态与侧限压缩试验的土样体受力状态与侧限压缩试验的土样一致，所以：一致，所以：562.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降第第 层土体的压缩量层土体的压缩量 ：地基最终沉降量地基最终沉降量 的分层

44、总和法公式如下：的分层总和法公式如下：上式为分层总和法的基本公式，采用压缩曲线来计算。上式为分层总和法的基本公式，采用压缩曲线来计算。572.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 若在计算时采用压缩系数若在计算时采用压缩系数 和压缩模量和压缩模量 ，则公式则公式可变形为：可变形为：582.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 1、按比例绘出地基与基础的剖面图。按比例绘出地基与基础的剖面图。分层总和法计算地基最终沉降量的步骤：分层总和法计算地基最终沉降量的步骤：2、绘制基础中心点下地基中自重应力分布曲线与附加绘制基础中心点下地基中自

45、重应力分布曲线与附加应力分布曲线。应力分布曲线。3、确定压缩层厚度确定压缩层厚度 ：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0.2处，即，处，即，处为压缩层下限；对于软土，处为压缩层下限；对于软土，应加深至应加深至 处。在沉降计算深度范围内存在有基处。在沉降计算深度范围内存在有基岩时，岩时，可取至基岩表面为止。可取至基岩表面为止。592.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 4、将压缩层范围内的土层划分为若干薄土层，分层时将压缩层范围内的土层划分为若干薄土层，分层时应注意两点：应注意两点：、每一薄土层的厚度不大于、每一薄土层的厚度不大于

46、0.4倍基础宽度；倍基础宽度；、天然层面与地下水位应当作为薄土层的分层处。、天然层面与地下水位应当作为薄土层的分层处。5、根据公式计算各薄土层的压缩量根据公式计算各薄土层的压缩量 。6、将各薄土层的压缩量求和，即得到地基最终沉降将各薄土层的压缩量求和，即得到地基最终沉降 量量 。分析：分析：分层总和法虽然概念明确，但计算工作繁重，分层总和法虽然概念明确，但计算工作繁重，且对于高压缩性地基与低压缩性地基计算出的最终沉降量且对于高压缩性地基与低压缩性地基计算出的最终沉降量与实际情况有较大差异。与实际情况有较大差异。602.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 二、二

47、、规范规范法法 由于分层总和法计算地基最终沉降量时，存在着计算由于分层总和法计算地基最终沉降量时，存在着计算工作繁重，且计算出的结果与实际情况有较大差异等缺点，工作繁重，且计算出的结果与实际情况有较大差异等缺点，在在建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB 500072002）提出提出了计算地基最终沉降的另一种形式的分层总和法。即：规了计算地基最终沉降的另一种形式的分层总和法。即：规范法。规范法计算出的地基最终沉降量更加接近实际情况。范法。规范法计算出的地基最终沉降量更加接近实际情况。612.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 2、规范法引入平均附加应力

48、系数与附加应力面积的概规范法引入平均附加应力系数与附加应力面积的概念。念。3、规范法引入沉降经验系数规范法引入沉降经验系数 ，来调整沉降的理，来调整沉降的理论值。论值。规范法的基本假定与分层总和法的相同，二者的不同点规范法的基本假定与分层总和法的相同，二者的不同点在于：在于：1、分层上的不同，规范法以天然层面分层。、分层上的不同，规范法以天然层面分层。622.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 对于第对于第 层，利用层，利用分层总和法可得该层理分层总和法可得该层理论上的沉降为：论上的沉降为：称称为为第第 层层的附的附加加应应力面力面积积632.3.1 分层总和

49、法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 称为第称为第 层底部到基底的附加应力面积，可由层底部到基底的附加应力面积，可由该范围内的平均附加应力乘以该范围深度求得该范围内的平均附加应力乘以该范围深度求得 为第为第 层底部至基底的平均附加应力系数。层底部至基底的平均附加应力系数。第第 层理论上的沉降层理论上的沉降 642.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 地基最终沉降量地基最终沉降量 的规范法公式的规范法公式：为沉降经验系数，可按表查取。为沉降经验系数，可按表查取。压缩层厚度压缩层厚度 (地基变形计算深度），采用试算地基变形计算深度），采用试算法确定

50、，法确定，应满足下式的要求：应满足下式的要求：652.3.1 分层总和法与规范法计算地基沉降分层总和法与规范法计算地基沉降 当无相邻荷载影响时，基础中心点的地基沉降计算当无相邻荷载影响时，基础中心点的地基沉降计算深度深度 可按下式试算：可按下式试算：当需要考虑相邻荷载影响时，可用角点法计算出当需要考虑相邻荷载影响时，可用角点法计算出相邻荷载引起地基中的平均附加应力，利用应力叠加，相邻荷载引起地基中的平均附加应力，利用应力叠加，即可求出考虑相邻荷载影响时，地基的最终沉降量。即可求出考虑相邻荷载影响时，地基的最终沉降量。662.3.2 建筑沉降观测建筑沉降观测 一、建筑物的沉降观测一、建筑物的沉降