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1、一、概述一、概述 如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本身的如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本身的自重应力，自重应力，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附附加应力加应力作用，这都将导致地基土体的变形。作用，这都将导致地基土体的变形。土体变形可分为：土体变形可分为：体积变形体积变形和和形状变形。形状变形。本章只讨论由本章只讨论由正应力引起的体积变形，正应力引起的体积变形，即由于外荷载导致地基内即由于外荷载导致地基内正应力增加，使得土体体积缩小。正应力增加，使得土体体积缩小。在附加应力作用下，地基土将产生
2、体积缩小，从而引起建筑物基在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降。沉降。为什么研究沉降？为什么研究沉降？基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建筑物基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建筑物的正常使用，甚至会危及建筑物的安全。的正常使用，甚至会危及建筑物的安全。第1页/共78页地基土层发生变形的主要因素地基土层发生变形的主要因素 内因：土具有压缩性内因：土具有压缩性 外因：主要是建筑物荷载的作用外因：主要是建筑物荷载的作用 建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素建筑物荷载作用，这是普遍存
3、在的因素 地下水位大幅度下降地下水位大幅度下降 施工影响，基槽持力层土的结构扰动施工影响，基槽持力层土的结构扰动 振动影响，产生震沉振动影响，产生震沉 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉 土体压缩性土体压缩性土在压力（附加土在压力（附加应力或自重应力）作用下体积缩应力或自重应力）作用下体积缩小的特性。小的特性。通常，均认为土体压压缩完全是由于土中孔隙体积减小缩完全是由于土中孔隙体积减小的结果。的结果。土的固结土的固结土体在压力作用下土体在压力作用下其其压缩量随时间增长压缩量随时间增长的过程。的过程。第2页/共78页沉降值的大小取决于地基土的压缩实质 第3页/共78页土
4、的压缩性主要有两个土的压缩性主要有两个特点：特点：土的压缩性主要是由于土的压缩性主要是由于孔隙体积减少孔隙体积减少而引起的；而引起的；由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说需要时间，将土的由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说需要时间，将土的压缩随时间增长的过程称为压缩随时间增长的过程称为土的固结。土的固结。在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位移称为在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉沉降。降。研究建筑物沉降包含两方面的内容：研究建筑物沉降包含两方面的内容：绝对沉降量的大小，亦即绝对沉降量的大小，亦即最终沉降；最终沉降；沉降与时间
5、的关系，主要介绍太沙基的沉降与时间的关系，主要介绍太沙基的一维固结理论。一维固结理论。第4页/共78页二、土的压缩性土的压缩试验与压缩性指标土的压缩试验与压缩性指标 土体的变形计算，需要取得土的压缩性指标，可以通过室内侧限压缩土体的变形计算，需要取得土的压缩性指标，可以通过室内侧限压缩试验和现场原位试验得到。试验和现场原位试验得到。室内压缩试验亦称室内压缩试验亦称固结试验，固结试验，是研究土压缩性最基本的方法。是研究土压缩性最基本的方法。现场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于地基土上的载荷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发展以及稳
6、定时的沉降量板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量s s s s，并绘制成，并绘制成P-SP-SP-SP-S曲线，即获得地基土载荷试验的结果。曲线，即获得地基土载荷试验的结果。反映土的压缩性的指标主要有反映土的压缩性的指标主要有压缩系数压缩系数、压缩模量压缩模量、压缩指数压缩指数和和变形变形模量模量、体积压缩系数。土的压缩性的高低，常用压缩性指标定量表示，压、体积压缩系数。土的压缩性的高低，常用压缩性指标定量表示，压 缩性指标，通常由工程地质勘察缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样取天然结构的原状土样进行。进行。第5页/共78页侧限压缩试验侧限压缩试验 侧限压缩试验
7、亦称固结试验。所谓侧限压缩试验亦称固结试验。所谓侧限侧限，就是使土样在竖向压力作用，就是使土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形。下只能发生竖向变形，而无侧向变形。室内压缩试验采用的试验装置为室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪压缩仪(下图下图)。试验时将切有土样的。试验时将切有土样的环刀置于刚性护环中，由于金属环刀及刚性护环的限制，使得土样在竖向环刀置于刚性护环中，由于金属环刀及刚性护环的限制，使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形。在土样上下放置的压力作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形。在土样上下放置的透水石透水石是土样受压后排出孔隙水的两个界面。压缩过程中竖向
8、压力通过刚性板施是土样受压后排出孔隙水的两个界面。压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样，土样产生的压缩量可通过加给土样，土样产生的压缩量可通过百分表量测。百分表量测。常规压缩试验通过逐级常规压缩试验通过逐级加荷进行试验，常用的分级加荷量加荷进行试验，常用的分级加荷量p p p p为：为：100100100100，200200200200，300300300300，400kPa400kPa400kPa400kPa。土的压缩是由于孔隙体积减小，所以土的变形常用孔隙比土的压缩是由于孔隙体积减小，所以土的变形常用孔隙比e e e e表示。表示。第6页/共78页单向固结试验或侧限固结试验单向固结试验或
9、侧限固结试验第7页/共78页单向固结试验或侧限固结试验单向固结试验或侧限固结试验第8页/共78页 土的压缩变形常用孔隙比土的压缩变形常用孔隙比土的压缩变形常用孔隙比e e e ee e的变化来表示。的变化来表示。的变化来表示。根据固结试验的结果可建立压力根据固结试验的结果可建立压力根据固结试验的结果可建立压力p p p pp p与相应的与相应的与相应的稳定孔隙比的关系曲线，称为稳定孔隙比的关系曲线，称为稳定孔隙比的关系曲线，称为土的压缩曲线。土的压缩曲线。土的压缩曲线。压缩曲线可以按两种方式绘制，一种是压缩曲线可以按两种方式绘制，一种是压缩曲线可以按两种方式绘制，一种是按普通直角坐标绘制的按普
10、通直角坐标绘制的按普通直角坐标绘制的e-pe-pe-pe-pe-pe-p曲线（常用）；曲线（常用）；曲线（常用）；另一种是用半对数直角坐标绘制的另一种是用半对数直角坐标绘制的另一种是用半对数直角坐标绘制的e-lgpe-lgpe-lgpe-lgpe-lgpe-lgp曲曲曲线。线。线。第9页/共78页要绘制ep曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比e。如何求e？看示意图：设试样的初始高度为H0，S为某级压力下土样高度变化（用百分表量测），cm。设土粒体积为VS=1=1(不变)，压缩稳定后的孔隙体积为Vv1，根据土的孔隙比的定义,则受压前后土的孔隙体积分别为e0和ei。Vv=e0Vv=eiVs=1V
11、s=1第10页/共78页e-pe-pe-pe-p 曲线确定压缩系数曲线确定压缩系数依侧限压缩试验原理可知：土样压缩前后试样截面积A不变，土粒体积不变，即VS0VS1，则有（4-24-2）第11页/共78页常规试验中，一般按P=P=100kPa100kPa、200kPa 200kPa、300kPa 300kPa、400kPa400kPa四级加荷，测定各级压力下的稳定变形量S S，然后由式（4-14-1）计算相应的孔隙比e e 。第12页/共78页压缩指标压缩指标 反映土的压缩性的指标主要有反映土的压缩性的指标主要有压缩系数压缩系数、压缩指数压缩指数、压缩模量压缩模量和和变形变形模量模量、体积压缩
12、系数。、体积压缩系数。压缩系数：压缩系数：曲线上任意两点割线的斜率。可表示为：曲线上任意两点割线的斜率。可表示为：式中，式中，负号负号表示随着压力表示随着压力P P P P的增加，的增加，e e e e逐渐减逐渐减少。压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是少。压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是不一样的。不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。愈高。工程上，工程上，自重应力自重应力P P P P1 1 1 1增加到外荷作用土增加到外荷作用土中应力中应力P P P P2 2 2 2(自重与附加应
13、力之和自重与附加应力之和)第13页/共78页 为了便于应用和比较，通常采用压力由为了便于应用和比较，通常采用压力由P P P P1 1 1 1100kPa100kPa100kPa100kPa增加到增加到P P P P2 2 2 2 200kPa200kPa200kPa200kPa时所得的压缩系数时所得的压缩系数a a a a1-21-21-21-2来评定土的压缩性：来评定土的压缩性：工程中，为减少土的孔隙比，从而达到加固土体的目的工程中，为减少土的孔隙比，从而达到加固土体的目的,常采用常采用砂桩挤砂桩挤密、重锤夯实、灌浆加固密、重锤夯实、灌浆加固等方法等方法 a a a a1-21-21-21
14、-2 0.1 MPa0.1 MPa0.1 MPa0.1 MPa-1-1-1-1时，低压缩性土时，低压缩性土 0.10.10.10.1a a a a1-21-21-21-2 0.5MPa0.5MPa0.5MPa0.5MPa-1-1-1-1时，中压缩性土时，中压缩性土 a a a a1-21-21-21-2 0.5MPa 0.5MPa 0.5MPa 0.5MPa-1-1-1-1时，高压缩性时，高压缩性土土 C C C Cc c c c 0.20.20.20.2时，低压缩性土时，低压缩性土 C C C Cc c c c0.40.40.40.4时，高压缩性时，高压缩性土土第14页/共78页 压缩模量：
15、压缩模量：土体在完全侧限的条件下，竖向应力增量与竖向应变增量土体在完全侧限的条件下，竖向应力增量与竖向应变增量的比值。的比值。现场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于地基土上的载荷板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发展以及稳定时的沉降量施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量s s s s，将上述试验，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成p p-s sp p-s s曲线，即获得了地基土载荷曲线，即获得了地基土载荷试验的结果。试验的结果。1 1 1 1承压板承压板 2 2
16、2 2千斤顶千斤顶 3 3 3 3百分表百分表 4 4 4 4平台平台 5 5 5 5支墩支墩 6 6 6 6堆载堆载地基土现场载荷试验图地基土现场载荷试验图第16页/共78页三、基础最终沉降量计算 定义定义 地基土层在建筑物荷载作用下，不断产生压缩，直至地基土层在建筑物荷载作用下，不断产生压缩，直至压缩稳定压缩稳定后地基后地基表面的沉降量称为地基的最终沉降量。表面的沉降量称为地基的最终沉降量。原因原因 其外因主要是建筑物荷载在地基中产生附加应力；内因是土的碎散性其外因主要是建筑物荷载在地基中产生附加应力；内因是土的碎散性，孔隙发生压缩变形，引起地基沉降。，孔隙发生压缩变形，引起地基沉降。目的
17、目的 判断地基变形值是否超出允许的范围，以便在建筑物设计时，采取相判断地基变形值是否超出允许的范围，以便在建筑物设计时，采取相应的工程措施，保证建筑物的正常使用。应的工程措施，保证建筑物的正常使用。方法方法 有关地基沉降量的方法很多，工业与民用建筑中常见的有有关地基沉降量的方法很多，工业与民用建筑中常见的有分层总和法分层总和法和和规范规范法，法，还有弹性理论法和数值计算法。还有弹性理论法和数值计算法。第17页/共78页 （一）分层总和法（一）分层总和法 工程上计算地基的沉降时，在地基可能产生压工程上计算地基的沉降时，在地基可能产生压缩的土层深度内，按土的特性和应力状态的变缩的土层深度内，按土的
18、特性和应力状态的变化将地基分为若干化将地基分为若干(n)(n)(n)(n)层，假定每一分层土质均层，假定每一分层土质均匀且应力沿厚度均匀分布，然后对每一分层分匀且应力沿厚度均匀分布，然后对每一分层分别计算其压缩量别计算其压缩量s s s si i i i，最后将各分层的压缩量总，最后将各分层的压缩量总和起来，即得地基表面的最终沉降量和起来，即得地基表面的最终沉降量s s s s，这种方，这种方法称为法称为分层总和法。分层总和法。基本假设基本假设 地基是均质、弹性地基是均质、弹性地基土不产生侧向变形，地基土不产生侧向变形，以基础中点沉降量代替基础沉以基础中点沉降量代替基础沉降量降量l l分层总和
19、法的基本思路是：分层总和法的基本思路是：将压缩层范围内地基分层，计算每一分层的压将压缩层范围内地基分层，计算每一分层的压缩量，然后累加得总沉降量。缩量，然后累加得总沉降量。第18页/共78页计算步骤计算步骤1.1.1.1.确定沉降计算深度范围内的分层界面n沉降计算分层面可按下述原则确定：n第一，不同土层的分界面与地下水位n面;n第二，每一分层厚度不大于基础宽度的0.40.4倍。2.2.2.2.计算各分层界面处土的自重应力，计算各分层界面处基底中心下竖向附加应力。第19页/共78页3.3.确定地基沉降计算深度(1)(1)一般取附加应力与自重应力的比值为2020处，即处的深度作为沉降计算深度的下限
20、;(2)(2)若在该深度以下为高压缩性土（软土），则应取附加应力与自重应力的比值为1010处;(3)(3)在沉降计算深度范围内存在基岩时，z zn n可取至基岩表面为止。一般土一般土软软 土土第20页/共78页4.4.4.4.计算各分层沉降量计算各分层沉降量S S S Si i i i5.5.5.5.最终变形量最终变形量查查e e e ep p p p曲线曲线l【讨论】分层越细越准确吗？第21页/共78页【例4-4-1 1】某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为4m4m4m4m，埋深d d1.0m1.0m，地基为粉质粘土，地下水位距天然地面3.4m3.4m。上部荷重传至基础顶面F F14
21、40kN,1440kN,土的天然重度 16.0kN/m,16.0kN/m,饱和重度 satsat18.2kN/m18.2kN/m，试分别用分层总和法计算基础最终沉降（已知f fa ak k=94kPa=94kPa）。第22页/共78页实实用用计计算算步步骤骤：分层计算每一层的自重应力和附加应力确定计算深度计算每一层的平均自重应力（）和平均附加应力()令e2i第23页/共78页【例题例题例题2 2 2 22 2】有一矩形基础放置在均质粘土层上，如图所示。基础长度有一矩形基础放置在均质粘土层上，如图所示。基础长度有一矩形基础放置在均质粘土层上，如图所示。基础长度L=10mL=10mL=10mL=1
22、0mL=10mL=10m，宽度，宽度，宽度B=5mB=5mB=5mB=5mB=5mB=5m，埋置深度，埋置深度，埋置深度d=1.5md=1.5md=1.5md=1.5md=1.5md=1.5m，其上作用着中心荷载，其上作用着中心荷载，其上作用着中心荷载F=10000kNF=10000kNF=10000kNF=10000kNF=10000kNF=10000kN。地基土。地基土。地基土的重度为的重度为的重度为20kN/m20kN/m20kN/m20kN/m20kN/m20kN/m3 3 3 33 3，饱和重度，饱和重度，饱和重度21kN/m21kN/m21kN/m21kN/m21kN/m21kN/
23、m3 3 3 33 3，土的压缩曲线如图（，土的压缩曲线如图（，土的压缩曲线如图（b b b bb b）所示。若地）所示。若地）所示。若地下水位距基底下水位距基底下水位距基底2.5m2.5m2.5m2.5m2.5m2.5m，试求基础中心点的沉降量。，试求基础中心点的沉降量。，试求基础中心点的沉降量。第24页/共78页【解解解】（1 1 1 11 1）由）由）由L/B=10/5=210L/B=10/5=210L/B=10/5=210L/B=10/5=210L/B=10/5=210L/B=10/5=210可知，属于空间问题，且为中心荷载，所可知，属于空间问题，且为中心荷载，所可知，属于空间问题，且
24、为中心荷载，所以基底压力为以基底压力为以基底压力为 基底净压力为基底净压力为基底净压力为 （2 2 2 22 2）因为是均质土，且地下水位在基底以下）因为是均质土，且地下水位在基底以下）因为是均质土，且地下水位在基底以下2.5m2.5m2.5m2.5m2.5m2.5m处，取分层厚度处，取分层厚度处，取分层厚度2.5m2.5m2.5m2.5m2.5m2.5m（3 3 3 33 3）求各分层面的自重应力（注意：从地面算起）并绘分布曲线见图）求各分层面的自重应力（注意：从地面算起）并绘分布曲线见图）求各分层面的自重应力（注意：从地面算起）并绘分布曲线见图（a a a aa a）第25页/共78页（4
25、 4 4 44 4）求各分层面的竖向附加应力并绘分布曲线见图）求各分层面的竖向附加应力并绘分布曲线见图）求各分层面的竖向附加应力并绘分布曲线见图(a)(a)(a)(a)(a)(a)。该基础为矩。该基础为矩。该基础为矩形，属空间问题，故应用形，属空间问题，故应用形，属空间问题，故应用“角点法角点法角点法”求解。为此，通过中心点将基底求解。为此，通过中心点将基底求解。为此，通过中心点将基底划分为四块相等的计算面积，每块的长度划分为四块相等的计算面积，每块的长度划分为四块相等的计算面积，每块的长度L L L LL L1 1 1 11 1=5m=5m=5m=5m=5m=5m，宽度，宽度，宽度B B B
26、 BB B1 1 1 11 1=2.5m=2.5m=2.5m=2.5m=2.5m=2.5m。中心。中心。中心点正好在四块计算面积的公共角点上，该点下任意深度点正好在四块计算面积的公共角点上，该点下任意深度点正好在四块计算面积的公共角点上，该点下任意深度z z z zz zi i i ii i处的附加应处的附加应处的附加应力为任一分块在该点引起的附加应力的力为任一分块在该点引起的附加应力的力为任一分块在该点引起的附加应力的4 4 4 44 4倍，计算结果如下表所示。倍，计算结果如下表所示。倍，计算结果如下表所示。第26页/共78页（5 5 5 55 5）确定压缩层厚度。从计算结果可知，在第）确定
27、压缩层厚度。从计算结果可知，在第）确定压缩层厚度。从计算结果可知，在第4 4 4 44 4点处有点处有点处有z4z4z4z4z4z4/c4c4c4c4c4c40.1950.20.1950.20.1950.20.1950.20.1950.20.195Po)(PcPo)。说明土在历史上曾受过比现有自重压力大的固结压力。(b(b图）欠固结土是在现有自重压力作用下尚未完全固结的土。(c(c图）第40页/共78页第41页/共78页四、四、地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系为了建筑物的安全与正常使用，对于一些重要或特殊的建筑物应在工程实践和分析研究中掌握沉降与时间关系的规律性，这是因为较快的沉降速率
28、对于建筑物有较大的危害。例如，在第四纪一般粘性土地区，一般的四、五层以上的民用建筑物的允许沉降仅10 cm10 cm左右，沉降超过此值就容易产生裂缝；而沿海软土地区，沉降的固结过程很慢，建筑物能够适应于地基的变形。因此，类似建筑物的允许沉降量可达20 cm20 cm甚至更大。第42页/共78页 碎石土和砂土的压缩性小而渗透性大，在受荷后固结稳定所需的时间很短，可以认为在外荷载施加完毕时，其固结变形就已经基本完成。饱和粘性土与粉土地基在建筑物荷载作用下需要经过相当长时间才能达到最终沉降，例如厚的饱和软粘土层，其固结变形需要几年甚至几十年才能完成。因此，工程中一般只考虑粘性土和粉土的变形与时间的关
29、系。第43页/共78页了解地基沉降与时间的关系 以便安排施工顺序，控制施工速度及采取必要的建筑措施，以消除沉降可能带来的不利后果。要熟悉地基沉降与时间的关系，就须先了解有效应力原理和饱和土体渗透固结理论。第44页/共78页建筑地基基础设计规范建议一般多层建筑物在施工期间完成的最终沉降量：砂土：8080低压缩性土：5080%5080%中压缩性土：2050%2050%高压缩性土：520%520%第45页/共78页在设计时不仅需计算基础的最终沉降，有时还需知道地基沉降与时间的关系。（一）饱和土的渗流固结1 1、饱和土体受荷产生的渗流固结过程可概括为：（1 1）土体空隙中自由水逐渐排出；（2 2）土骨
30、架受力被压缩，土体孔隙体积逐渐减小；（3 3）由孔隙水承担的压力u u，逐渐转移到土骨架上，成为有效应力。饱和土体的渗流固结过程是排水、压缩和压力转移，三者同时进行的过程。第46页/共78页2 2、有效应力原理 u u,用太沙基渗透固结模型很能说明问题。当 t t 0 0 时，u u，0 0 当 t 0 t 0 时，u u ，0 0当 t t 时，,u ,u 0 0 结论：u u ，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。在渗透固结过程中，伴随着孔隙水压力逐渐消散，有效应力在逐渐增长，土的体积也就逐渐减小，强度随着提高。土的变形只取决于有效应力。第47页/共78页五、砂土振动
31、液化问题1、砂土液化：是指饱和砂土或粉土在地震力作用下,砂土或粉土在受到强烈振动后,土粒处于悬浮状态,致使土体失去强度而造成地基失效的现象。第48页/共78页2、砂土液化的形成机制砂土受振动时，每个颗粒都受到其值等于振动加速度与颗粒质量乘积的惯性力的反复作用。由于颗粒间没有内聚力或内聚力很小，在惯性力周期性反复作用下，各颗粒就都处于运动状态，它们之间必然产生相互错动并调整其相互位置，以便降低其总势能最终达到最稳定状态。如振动前砂体处于紧密排列状态，经震动后砂粒的排列和砂体的孔隙度不会有很大变化，如振动前砂土处于疏松排列状态，则每个颗粒都具有比紧密排列高得多的势能，在振动加速度的反复荷载作用下，
32、必然逐步加密，以期最终成为最稳定的紧密状态。第49页/共78页如果砂土位于地下水位以下的饱水带，此时要变密就必须排水。如砂的渗透性不良，排水不通畅，则前一周期的排水尚未完成，下一周期的孔隙度再减小又产生了。应排除的水不能排出，而水又是不可压缩的，所以孔隙水必然承受由孔隙度减小而产生的挤压力，于是就产生了剩余孔隙水压力或超孔隙水压力。前一个周期的剩余孔隙水压尚未消散，下一周期产生的新的剩余孔隙水压力又迭加上来，故随振动持续时间的增长，剩余孔隙水压会不断累积而增大。当达到总应力值时，有效正应力下降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生振动液化，完全丧失强度和承载能力。第50页/共78页砂土发生液化后，
33、在超孔隙水压力作用下，孔隙水自下向上运动。如果砂土层上部无渗透性更弱的盖层，地下水即大面积地漫溢于地表；如果砂土层上有渗透性更弱的粘性土覆盖，当超孔隙水压力超过盖层强度，则地下水携带砂粒冲破盖层或沿盖层已有裂缝喷出地表，即产生所谓的“喷水冒砂”现象。地基砂土液化可导致建筑物大量沉陷或不均匀沉陷，甚至倾倒，造成极大危害。地震、爆破、机械振动等均能引起砂土液化，其中尤以地震为广，危害最大。第51页/共78页3、影响砂土液化的主要因素饱和砂土或粉土液化除了地震的振动特性外，还取决于土的自身状态：1饱和的粉土和粉砂，即要有水，且无良好的排水条件；2土要足够松散，即砂土或粉土的密实度不好；3土承受的静载
34、大小，主要取决于可液化土层的埋深大小，埋深大，土层所受正压力加大，有利于提高抗液化能力。此外，土颗粒大小，土中粘粒含量的大小，级配情况等也影响到土的抗液化能力。在地震区，一般应避免用未经加固处理的可液化土层作天然地基的持力层。第52页/共78页4、防止砂土液化的处理方法1）、挖换挖去上部已液化土层，并用非液化土回填防止下部砂层的液化破坏。当液化土层较浅时，可考虑全部挖除；液化土层较深时，可考虑部分挖去。2)、加密通过增加砂土的相对密实度以降低其液化，是一种被广泛采用的方法。对于饱和砂土的加密常采用直接振密法、碎石桩法、砂石桩法、爆炸振密法、强夯法等。3)、排水利用排水使砂土地基含水量下降，地震
35、时土体超孔隙水压力的累积受到限制，降低其液化势。目前工程界有两种排水方法：降低地下水位法，砾石排水桩法。第53页/共78页4)、上覆压重利用在土体上覆加压时不易液化的特点，通常在砂土地基表面覆盖一层由非液化土组成的压重盖层，来抑制其下土体的液化。5)、围封用板桩、砾石桩、地下连续墙等手段将结构物地基四周包围起来，限制砂土液化时发生侧移，使地基的剪切变形受到约束，避免大的沉陷导致建筑物破坏。使用围封处理措施时，板桩必须有足够的深度，以穿越可液化砂层为宜，否则围封措施起不到应有的作用。如果在采用围封措施的同时再布置一些砾石排水桩，则可大大提高其抗液化效果。第54页/共78页6)、桩基础将桩身穿过液
36、化土层，打入可靠的非液化土层，以桩尖支撑作用和桩体对桩周土的限制来抑制土体液化变形。实际震害调查表明，桩间土仍会发生液化破坏，桩基破坏显著。因此液化场地桩基的破坏过程、地震作用下桩间土液化过程以及桩基加固的设计计算方法等仍是需要研究的课题。第55页/共78页5、砂土液化的可能性判别液化两步判别：初步判别 标准贯入试验判断凡经初步判别划分为不液化或不考虑液化影响，可不进行第二步判别。1、初步判别当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或不考虑液化影响：地质年代 粘粒含量 符合下列三式之一第56页/共78页2、的液化判别方法当地面下20m深度范围土的实测标准贯入锤击数N63.5小于按下式确定的临界
37、值Ncr时，则应判为液化土，否则为不液化土。第57页/共78页3、地基的液化等级划分例4-4第58页/共78页六、太沙基一维渗流固结理论1 1 基本假定 土层是均匀的、完全饱和的；土粒和水是不可压缩的；水的渗出和水的压缩只沿竖向发生,是一维的；土中水的渗流服从达西定律；在渗透固结中，土的渗透系数 k k 和压缩系数 a a 保持不变；外荷一次瞬时施加。第59页/共78页2 2、单向固结公式式中：Cv Cv 固结系数，m m 2 2/年 e e 渗透固结前土的孔隙比；r rw w 水的重度，10kN/m 10kN/m 3 3;a a 土的压缩系数，kPa kPa 1 1 k k 土的渗透系数，m
38、/m/年。提示：土质相同但厚度不同的土，Cv Cv 仍然相同。第60页/共78页式中 T Tv v 时间因数；H H 待固结土层的排水最长距离，m m，当土层为单排水时，H H 等于土层厚度；当土层为上下双面排水时，H H 为土层厚度的一半；t t 固结时间，年。第61页/共78页3 3、固结度Ut:地基固结过程中任一时刻 t t 的固结沉降量 S Sctct 与其最终固结沉降S Sc c 之比。固结度Ut仅为时间因数Tv的函数。当土的指标k、e、a和土层厚度H已知时，针对某一具体的排水条件和边界条件，即可求得Utt关系。第62页/共78页第63页/共78页U U t t 与 T T v v
39、的关系U U t t 与 T T v v 的关系：U U t t f f（T v T v），根据 =透水面应力/不透水面应力 ，查119119页表4-104-10。第64页/共78页（三）5 5种实际情况下地基中应力分布图情况1:1:适用于地基土在其自重作用下已固结完成，荷载面积很大而压缩土层又较薄的情况。排水面排水面第65页/共78页情况:应力图形为三角形这相当于大面积新填土层，由本土层自重应力引起的固结；或者土层由于地下水大幅度下降，在地下水变化范围内，自重应力随深度增加的情况。排水面第66页/共78页情况：适用于地基土在自重作用下已固结完成，面积较小而压缩土层较厚，外荷载在压缩土层的底面
40、引起的附加应力已接近于零。排水面第67页/共78页情况:适用于土层在自重应力作用下尚未固结，又在其上施加荷载。排水面第68页/共78页情况：基底面积小，传至压缩层底面附加应力不接近的情况。排水面第69页/共78页提示：提示：在压缩应力分布及排水条件相同的情况下，两个土质相同（即 C Cv v 相同）而厚度不同的土层，要达到相同的固结度，其时间因素 T T V V 应相等，即则有第70页/共78页上式表明 ，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，达到同一固结度所需时间之比等于两土层最长排水距离的平方之比。因而对于同一地基情况，若将单面排水改为双面排水，要达到相同的固结度，所
41、需历时应减少为原来的 1/4 1/4。第71页/共78页.渗透系数k k越大，越易固结，因为孔隙水易排出。.土的压缩性越小，越易固结，因为土骨架发生较小的压缩变形，即能分担较大的外荷载。.时间t t越长，显然固结越充分。.渗透路径越大，显然孔隙水越难排出土层，越难固结。【讨论】土体固结时间长短与哪些因素有关？固结度计算的讨论第72页/共78页地基沉降与时间关系计算 已知土层固结条件时，求某一时间对应的固结度，从而计算出相应的地基沉降量。计算步骤如下：（1）计算最终沉降量S；（2）计算固结系数Cv；（3）计算Tv；（4）计算附加应力比值；（5）由 值查表得到Ut值；（6）计算t时间的沉降量第73
42、页/共78页推算达到某一固结度（或某一沉降量）所需的时间t t。计算步骤如下：（1）计算附加应力比值 ；（2）由 值查表得到Tv值；（3）计算固结系数Cv；（4）计算达到不同固结度所需的时间t；第74页/共78页例题厚度 H H=10m=10m 的粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其压缩应力如图所示。已知粘土层的初始孔隙比 e e=0.8=0.8，.a a，a a。压缩系数 a a 0.00025 kPa 0.00025 kPa 1 1 ，渗透系数 k k 0.02m/0.02m/年。粘土层粘土层第75页/共78页试求：试求：加荷一年后的沉降量 S St t。地基固结度达 U Ut t 0.75 0.75 时所需的历时t t。第76页/共78页解求加荷一年后的沉降量 S Sctct 。第77页/共78页感谢您的观看。第78页/共78页