第6章地基沉降计算课件.ppt

1、1 1、沉降量（、沉降量（mmmm）定义定义沉降量特指基础中心的沉降量。沉降量特指基础中心的沉降量。作用作用若沉降量过大，势必影响建筑物的正常使用。若沉降量过大，势必影响建筑物的正常使用。单层单层排架结构柱基排架结构柱基(特别是多跨的特别是多跨的)、考虑有关部分之间的净空连、考虑有关部分之间的净空连接方法及施工顺序时用沉降量控制。接方法及施工顺序时用沉降量控制。2 2、沉降差（、沉降差（mmmm）定义定义指同一建筑物中，相邻两个基础沉降量的差值。指同一建筑物中，相邻两个基础沉降量的差值。作用作用如建筑物中相邻两个基础的沉降差过大，会使相应的如建筑物中相邻两个基础的沉降差过大，会使相应的上部结构

2、产生额外应力，超过限度时，建筑物将发生裂缝、倾斜甚上部结构产生额外应力，超过限度时，建筑物将发生裂缝、倾斜甚至破坏至破坏。由于地基软硬不均匀、荷载大小差异、体型复杂等因素，引起地由于地基软硬不均匀、荷载大小差异、体型复杂等因素，引起地基变形不同。对于基变形不同。对于框架结构框架结构 单层排架结构单层排架结构，设计时应由相邻柱基，设计时应由相邻柱基的沉降差控制。的沉降差控制。3 3、倾斜（、倾斜（）定义定义特指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比特指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值，以值，以表示。表示。作用作用若建筑物倾斜过大，将影响正常使用，遇台风或强烈若建筑物倾斜过大，将影

3、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。对于多层或高层建筑和烟地震时危及建筑物整体稳定，甚至倾覆。对于多层或高层建筑和烟囱、水堰水塔、高炉等高耸结构，应以倾斜值作为控制指标。囱、水堰水塔、高炉等高耸结构，应以倾斜值作为控制指标。4 4、局部倾斜（、局部倾斜（）定义定义指砖石砌体承重结构，沿纵向指砖石砌体承重结构，沿纵向6m6m10m10m内基础两点的内基础两点的沉降差与其距离的比值，以沉降差与其距离的比值，以表示。表示。作用作用若建筑物的局部倾斜过大，往往使砖石砌体承受弯矩若建筑物的局部倾斜过大，往往使砖石砌体承受弯矩而拉裂。而拉裂。对于砌体承重结构设计，应由局部倾斜控制。

4、对于砌体承重结构设计，应由局部倾斜控制。S S Sl Slsi1 1、减小沉降量的措施、减小沉降量的措施外因方面外因方面地基沉降由附加应力产生，如减小基础底面的附加应力地基沉降由附加应力产生，如减小基础底面的附加应力p p0 0，则可，则可相应减小地基沉降量。由公式相应减小地基沉降量。由公式(3.29)(3.29)p p0 0=p-rd=p-rd可知，减小可知，减小p p0 0可采取以可采取以下两种措施：下两种措施：上部结构采用轻质材料，则可减小基础底面的接触压力上部结构采用轻质材料，则可减小基础底面的接触压力p p；当地基中无软弱下卧层时，可加大基础埋深当地基中无软弱下卧层时，可加大基础埋深

5、d d。(见补偿性基础见补偿性基础设计设计).).内因方面内因方面地基产生沉降的内因：地基土由三相组成，固体颗粒之间存在孔地基产生沉降的内因：地基土由三相组成，固体颗粒之间存在孔隙，在外荷作用下孔隙发生压缩所致。因此，为减小地基的沉降量隙，在外荷作用下孔隙发生压缩所致。因此，为减小地基的沉降量，在修造建筑物之前，可，在修造建筑物之前，可预先对地基进行加固处理预先对地基进行加固处理。根据地基土的。根据地基土的性质、厚度结合上部结构特点和场地周围环境，可分别采用性质、厚度结合上部结构特点和场地周围环境，可分别采用机械压机械压密密、强力夯实强力夯实、换土垫层换土垫层、加载预压加载预压、砂桩挤密砂桩挤

6、密、振、振冲及化学加固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。等人工地基的措施；必要时，还可以采用桩基础或深基础。2 2、减小沉降差的措施、减小沉降差的措施设计中尽量使上部荷载设计中尽量使上部荷载中心受压，均匀分布中心受压，均匀分布。遇高低层相差悬殊或地基软硬突变等情况遇高低层相差悬殊或地基软硬突变等情况,可合理可合理设置沉降缝设置沉降缝。增加上部结构对地基不均匀沉降的调整作用。如设置封闭增加上部结构对地基不均匀沉降的调整作用。如设置封闭圈梁圈梁与与构造柱构造柱，加强上部结构的刚度；将超静定结构改为，加强上部结构的刚度；将超静定结构改为静定结构静定结构，以，以加大对不均

7、匀沉降的适应性。加大对不均匀沉降的适应性。妥善安排施工顺序妥善安排施工顺序。例如，建筑物高、重部位沉降大先施工；。例如，建筑物高、重部位沉降大先施工；拱桥先做成三铰拱，并可预留拱度。拱桥先做成三铰拱，并可预留拱度。人工补救措施人工补救措施。瞬时沉降主固结沉降次固结沉降scdssss按变形机理饱和软粘土地基可能产生的总沉降S可分为三部分：瞬时沉降瞬时沉降(1)(1)瞬时沉降瞬时沉降指在加荷瞬间土孔隙中水来不及排出指在加荷瞬间土孔隙中水来不及排出 ,孔隙体积尚未变化孔隙体积尚未变化,地基土在荷载作用下仅发生剪切地基土在荷载作用下仅发生剪切变形时的地基沉降变形时的地基沉降.(2)(2)瞬时沉降一般不

8、予考虑瞬时沉降一般不予考虑.(3)(3)对于控制要求较高的建筑物，瞬时沉降可用弹性对于控制要求较高的建筑物，瞬时沉降可用弹性理论估算。对于饱和粘土在局部均布荷载作用下，理论估算。对于饱和粘土在局部均布荷载作用下，地基地瞬时沉降可用下式计算地基地瞬时沉降可用下式计算.02)1(wbpEpsd主固结与主固结沉降主固结与主固结沉降 在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致土体体积随时间逐渐减小，有效应力逐渐增加，土体体积随时间逐渐减小，有效应力逐渐增加，这一过程称为这一过程称为主固结主固结。随着时间的增加，孔隙水应力逐渐消散，有随着时间的增加，孔隙水应力逐渐消散，

9、有效应力逐渐增加并最终达到一个稳定值，此时效应力逐渐增加并最终达到一个稳定值，此时孔隙水应力消散为零，主固结沉降完成，这一孔隙水应力消散为零，主固结沉降完成，这一过程所产生的沉降为过程所产生的沉降为固结沉降固结沉降。次固结沉降次固结沉降 土体在主固结成将完成之后有效应力增长不变土体在主固结成将完成之后有效应力增长不变的情况下还会随时间的增长进一步产生沉降，称为的情况下还会随时间的增长进一步产生沉降，称为次固结沉降次固结沉降。次固结沉降对某些土如软粘土是比较重要的，次固结沉降对某些土如软粘土是比较重要的，对于坚硬土或超固结土，这一分量相对较小。对于坚硬土或超固结土，这一分量相对较小。toSdSc

10、SsSelgt主固结主固结Ot1斜率斜率Cd 对于对于软粘土软粘土地基地基，主要是主要是固结沉降固结沉降，其发展变化时间很长。，其发展变化时间很长。Sd、Sc和和Ss分别利用分别利用弹性理论、固结理论和次固结理论弹性理论、固结理论和次固结理论进行计算，进行计算，初始沉降的计算初始沉降的计算参数由不排水条件下土工试验测定；参数由不排水条件下土工试验测定；对于对于无粘性土无粘性土地基，沉降发展很快，次固结沉降很小。如砂土地基，地基，沉降发展很快，次固结沉降很小。如砂土地基，一般不需分三部分，而直接按一般不需分三部分，而直接按弹性理论弹性理论方法计算。但方法计算。但在荷载较大时，需要在荷载较大时，需

11、要考虑其非线性；考虑其非线性；对于有机质土次固结沉降较大对于有机质土次固结沉降较大。地基沉降又可分为地基沉降又可分为施工期间沉降施工期间沉降和和工后沉降工后沉降两部分。施工期间沉降包两部分。施工期间沉降包括括初始沉降初始沉降和和固结沉降固结沉降，工后沉降包括，工后沉降包括固结固结和和次固结次固结沉降。另外，工后沉沉降。另外，工后沉降又可分为工后某段时间内的沉降量和工后某段时间后的沉降量。对于工降又可分为工后某段时间内的沉降量和工后某段时间后的沉降量。对于工后沉降，一般关心前者，即工后一定时间内的沉降值，例如高速公路后沉降，一般关心前者，即工后一定时间内的沉降值，例如高速公路15年年内的沉降。内

12、的沉降。)(1yxzzE 图图6-1 集中荷载作用下地基任一点沉降集中荷载作用下地基任一点沉降 在集中力在集中力P作用下，上式中点作用下，上式中点A处的附加应力处的附加应力 ，和和 可采用可采用布辛涅斯克解，则可得到布辛涅斯克解，则可得到A点的沉降：点的沉降：xyzRRzEPS)1(22)1(320()zzS zdz 对于任意（面）荷载对于任意（面）荷载(假定为柔性荷载假定为柔性荷载)，地基沉降可，地基沉降可由上两式按迭加原理积分求得，如同计算附加应力。由上两式按迭加原理积分求得，如同计算附加应力。下面将介绍圆形、矩形均布荷载下地基沉降计算式。下面将介绍圆形、矩形均布荷载下地基沉降计算式。地面

13、上某点（地面上某点（x，y，0）处的沉降为：）处的沉降为：222)1(yxEPdzsz)1()1(12IIbzEpbs图6-2 圆形均布荷载作用下 地基中竖向应变 22rxy 当当z=0时，均布柔性圆形荷载作用下地面沉降为：时，均布柔性圆形荷载作用下地面沉降为：12)1(IEpbs 表表6-1为圆形荷载轴线处（为圆形荷载轴线处（r=0）不同深度处的土体的沉降（即竖向位移）不同深度处的土体的沉降（即竖向位移）影响数影响数I1和和I2值，值，表表6-2为为地面（地面（z=0）处沉降影响数）处沉降影响数I1的值的值1.1.圆形荷载圆形荷载EpBEpbs75.05.1中心EpBEpbs475.095.

14、0边EpBEpbs6375.0275.1s85.0中心平均3pbsIE42)1(2IEpBs角点4242)1()1(2)2/(4IEpBIEBps中心中心平均ss848.02.2.矩形荷载矩形荷载HzzHzzssdzdzs00图6-3 有限厚度弹性地基 采用弹性理论计算式计算沉降有一定的应用范围，主要应用于采用弹性理论计算式计算沉降有一定的应用范围，主要应用于砂土地基砂土地基沉沉降的计算，降的计算，饱和软粘土饱和软粘土地基初始沉降的计算，有时也应用于地基初始沉降的计算，有时也应用于排水条件下固结排水条件下固结沉降沉降的计算。下面分别加以介绍。的计算。下面分别加以介绍。3.3.有限厚度弹性土层有

15、限厚度弹性土层图6-4 E50值的确定采用弹性理论计算式计算时泊松比采用弹性理论计算式计算时泊松比一般可取一般可取0.5，不排水变形模量（杨氏模量）可，不排水变形模量（杨氏模量）可采用三轴不排水压缩试验（采用三轴不排水压缩试验（CIU试验）测定。采用三轴固结不排水压缩试验测定试验）测定。采用三轴固结不排水压缩试验测定E值时，常取值时，常取E50值。若试验曲线如图值。若试验曲线如图6-4中所示，最大主应力差为中所示，最大主应力差为 ，E50是是主应力差主应力差 达到达到 时的割线斜率。时的割线斜率。弹性理论计算式有时也应用于饱和软粘土地基排水条件下地基总沉降计算。弹性理论计算式有时也应用于饱和软

16、粘土地基排水条件下地基总沉降计算。此时，土体弹性参数此时，土体弹性参数E和和应采用三轴固结排水压缩试验（应采用三轴固结排水压缩试验（CID试验）测定。试验）测定。13max()13()13max1()2z0puzzzz与实际相比,结算结果的影响?1)地基土是均质、各向同性的半无限空间弹性体。地基土是均质、各向同性的半无限空间弹性体。2)地基土层受荷后不能发生侧向变形。地基土层受荷后不能发生侧向变形。目的：可利用完全侧限压缩试验的指标。目的：可利用完全侧限压缩试验的指标。3)基础沉降量根据基础基础沉降量根据基础中心点下中心点下土柱所受的土柱所受的附加应力附加应力z 进行计算。进行计算。4)基础最

17、终沉降量等于基础底面下某一深度范围内各基础最终沉降量等于基础底面下某一深度范围内各土层压缩量的总和。土层压缩量的总和。该深度以下土层的压缩变形值小到可以忽略不计。该深度以下土层的压缩变形值小到可以忽略不计。计算结果比实际大还是小计算结果比实际大还是小?1.压缩性指标由侧限压缩试验得到压缩性指标由侧限压缩试验得到,试样只发生试样只发生竖向变形竖向变形,而实际土体无侧向约束或认为比试验而实际土体无侧向约束或认为比试验侧向约束小得多侧向约束小得多,故计算结果比实际要故计算结果比实际要偏小偏小.2.由于同一深度处由于同一深度处,基础中心点下得附加应力最基础中心点下得附加应力最大大,向两边逐渐减小向两边

18、逐渐减小,故采用中心点计算沉降量比故采用中心点计算沉降量比实际要实际要偏大偏大.3.引入基底附加压力引入基底附加压力 来计算附加应力来计算附加应力,而而 即认为净增的基底压力是引起地基即认为净增的基底压力是引起地基土变形的原因土变形的原因,而地基土在开挖基坑后没有回弹而地基土在开挖基坑后没有回弹,实际上这是一种极端的情况实际上这是一种极端的情况.故计算结果比实际故计算结果比实际偏大偏大.dppo00pi 1ziii12i 1i2ziczzzzzzuZZC.e-经统计引入沉降计算经验系数s-规范推荐法三、规范法三、规范法 与传统的分层总和法与传统的分层总和法相同之处相同之处：也采用单向：也采用单

19、向压缩条件下的压缩性指标压缩条件下的压缩性指标;与传统的分层总和法与传统的分层总和法不同之处不同之处：1.不按不按0.4b分层分层,基本上每天然土层就当作一层来基本上每天然土层就当作一层来计算计算,省去了分层总和法中压缩性指标随深度变化省去了分层总和法中压缩性指标随深度变化的麻烦的麻烦.2.采用平均附加应力系数采用平均附加应力系数,使烦琐的计算表格化使烦琐的计算表格化,简简单化单化.3.规定了地基沉降计算深度的标准，考虑了基础规定了地基沉降计算深度的标准，考虑了基础大小这一因素，比应力比法更为合理；大小这一因素，比应力比法更为合理；inisiziiniiiiniiHEHeeess1112111

20、4.提出了地基的沉降计算经验系数，使得计提出了地基的沉降计算经验系数，使得计算结果接近于实测值。算结果接近于实测值。2 2规范法推导规范法推导(应力面积法应力面积法):):1100125612343456iiiizpzpAAA1110iiiinisizzEpsi平均平均附加应力系数，附加应力系数，按按l/b、z/b查表。查表。计算原理计算原理为了提高计算准确度，规范规定需将计算沉降量乘以为了提高计算准确度，规范规定需将计算沉降量乘以经验系数经验系数,则：则：1110iiiinisisszzEpss)()(110110siiiiiiiiisiiisEzzpzzpEAAEniinss1025.0应

21、满足：应满足：nz)ln4.05.2(bbznnsis在计算深度在计算深度 范围内范围内,第第 层土的计算沉降值层土的计算沉降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 土层的计算沉降值土层的计算沉降值nznzzi当无相邻荷载影响当无相邻荷载影响,基础宽度在基础宽度在130m范围内范围内,当沉降计算深度范围内存在基岩时当沉降计算深度范围内存在基岩时,可取至基岩表面为止可取至基岩表面为止.查表变形比法变形比法 1)按比例尺绘出地基剖面图和基础剖面图按比例尺绘出地基剖面图和基础剖面图。2)计算基底的附加应力。计算基底的附加应力。3)列表计算分层的压缩量列表计算分层的压缩量 4)确定地基压

22、缩层厚度。确定地基压缩层厚度。5)计算计算 ,查表确定经验修正系数查表确定经验修正系数 6)计算最终沉降量。计算最终沉降量。sEs某矩形基础及地质资料如图所示某矩形基础及地质资料如图所示,试用试用规范规范法法计算地基的沉降量计算地基的沉降量。()2.1s解：解：(1)(1)求基底压力和基底附加压力求基底压力和基底附加压力基底平均压力基底平均压力KPaAdAFAGFpG150325.13220720 基底附加应力基底附加应力KPahpppc75.1235.15.171500(2)(2)确定基础地基受压层计算深度确定基础地基受压层计算深度nZmb 2)50,1(因为因为，在，在之间之间,所以所以m

23、mmbbZn45.4446.4)2ln4.05.2(2)ln4.05.2(说明计算的压缩层底部位于基岩层中，说明计算的压缩层底部位于基岩层中，固按照天固按照天然土层面分层计算到基岩层顶部即可；然土层面分层计算到基岩层顶部即可；blbl222bZmmb122(3)(3)沉降计算沉降计算(说明说明:角点法计算平均附加应力影响系数时角点法计算平均附加应力影响系数时,按按,查查,表格中所计算的表格中所计算的,基础底面中心为基础底面中心为1 1号点号点,向下在土层分界面为向下在土层分界面为2 2、3 3号点号点)沉降计算见下表：沉降计算见下表：2.1smmssis03.6953.572.1因为沉降经验系数因为沉降经验系数所以最终沉降量为所以最终沉降量为。)(mZibZii)(mmZii)(11mmZZiiii)(MPaES)(mmsi)(mmsiozz1.01logttCeCiC101log1noisiiCtsHet图6-7 e logt 曲线ctctsUs101log1naisiiiiCtsHet