1、2022-6-61第三章第三章 土的压缩性土的压缩性 与地基沉降计算与地基沉降计算2022-6-62 地基发生变形的主要因素 土的压缩性建筑物荷载内因外因 研究土的压缩性 研究在上部荷载作用下地基中的应力分布情况 计算地基的沉降本章学习目的：根据建筑地基土层的分布、厚度、物理力学性质和上部结构的荷载，计算地基的变形值。2022-6-633.1 土的变形特性v土的压缩性大v地基土产生压缩的原因：v饱和土体压缩过程：v蠕变的影响2022-6-64地基土产生压缩的原因v外因:v建筑荷载的作用、地下水位大幅下降、施工影响、振动影响、温度变化影响、浸水下沉v内因：v固相矿物本身压缩：极小v土中液相水的压
2、缩：在一般建筑100-600kPa 作用下，很小v土中孔隙的压缩：土中水与气体受压后从土中挤出，使土的孔隙减小。2022-6-65饱和土体压缩的过程连续固体介质钢材、混凝土压缩变形瞬时完成饱和土压缩变形孔隙减小孔隙中充满水水被挤出颗粒很细孔隙更细水的挤出需要很长时间土的渗流固结过程2022-6-663.1.2 土的应力应变关系v土体中的应力v六个应力分量：x，y， z， xy，yz，zx，v法向应力的正负：压应力为正，拉应力为负v剪应力的正负：逆时针方向为正。v土力学将土体宏观上视为连续材料。土力学的研究对象绝大多数是压应力2022-6-67水平土层中的自重应力天然地面cz cx cy 11z
3、zcz zcz cz= z 土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量上土柱的有效重量常用竖向有效自重应力常用竖向有效自重应力czcz简称为自重应力或自重压力，改用简称为自重应力或自重压力，改用c c表示表示2022-6-68czcycxK0侧向自重应力天然地面天然地面zcz cx cy 静止侧压力系数静止侧压力系数K K0 0=0.33=0.330.720.72zzc0 xzzxzyyzyxxy同时：同时：2022-6-69主应力和莫尔圆v主应力：在剪应力=0平面上的法向应力称为主应力，此平面称为主应面。v莫尔圆：在- 直角坐标系中，
4、在横坐标上点出最大主应力1与最小主应力3，再以1- 3为直径作圆，此圆称莫尔应力圆。v微元体中任意斜截面上的法向应力与剪应力，可用此莫尔应力圆来表示。2022-6-610土的应力应变关系及测定方法v单轴压缩试验v侧限压缩试验v直剪试验v三轴压缩试验2022-6-6113.2 有效应力原理土中土中应力应力孔隙水压力孔隙水压力孔隙气压力孔隙气压力孔隙孔隙压力压力有效有效应力应力土中有效应力指土粒所传递的粒间应力，它土中有效应力指土粒所传递的粒间应力，它是控制土的体积（变形）和强度两者变化的是控制土的体积（变形）和强度两者变化的土中应力。土中应力。静水压力静水压力超孔隙水压力超孔隙水压力自重应力自重
5、应力附加应力附加应力孔隙水压力孔隙水压力u指指附加应力在土孔隙水中所引起的超孔隙水压力附加应力在土孔隙水中所引起的超孔隙水压力有效应力有效应力是指是指由土骨架所传递的压力，即颗粒间接触应力由土骨架所传递的压力，即颗粒间接触应力饱和土中任意点的总应力饱和土中任意点的总应力 总是等于有效应力总是等于有效应力加上孔隙水加上孔隙水压力压力u。即即：u或或u饱和土中的有效应力原理饱和土中的有效应力原理2022-6-6123.3侧限条件下土的压缩性v侧限条件：指侧向限制不能变形，只有竖向单向压缩的条件。v土的压缩性高低，用压缩性指标来描述v压缩系数、压缩指数和侧限压缩模量v压缩性指标由原状土样，进行侧限压
6、缩试验测定。v侧向压缩试验常简称为压缩试验，又称固结试验。2022-6-613刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载注意：注意：土样在竖直土样在竖直压力作用下，由于压力作用下，由于环刀和刚性护环的环刀和刚性护环的限制，只产生竖向限制，只产生竖向压缩，不产生侧向压缩，不产生侧向变形变形1.压缩仪示意图2022-6-614压缩曲线是土的孔隙比与所受压力的关系压缩曲线是土的孔隙比与所受压力的关系曲线，从而得到土的压缩性指标曲线，从而得到土的压缩性指标三联固结仪三联固结仪2022-6-615研究土在不同压力作用下，孔隙比研究土在不同压力作用下，孔隙比变
7、化规律变化规律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveiVs1H1/(1+ei)H1Hi土样在压缩前后变土样在压缩前后变形量为形量为Hi，整个过整个过程中土粒体积和底程中土粒体积和底面积不变面积不变ieHeH11100土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变)1(000eHHeeii整理整理1)1(000wswde 其中其中根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制绘制e- -p曲线，为压缩曲线曲线，为压缩曲线pe-p曲线2022-6-6162.e-p曲线百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器P1s1e1e
8、0pte stP2s2e2P3s3e3普通直角坐标普通直角坐标e-pe-p曲线曲线一般按一般按5050、100100、200200、300300、400kPa400kPa五级加荷，第一级压力五级加荷，第一级压力软土宜从软土宜从12.512.5或或25kPa25kPa开始。开始。加荷率（前后两级荷载之差加荷率（前后两级荷载之差与前一级荷载之比）取与前一级荷载之比）取1 1压缩系数压缩系数a(MPaa(MPa-1-1) )、压缩模量、压缩模量E Es s(MPa(MPa) )半对数直角坐标半对数直角坐标e-lgpe-lgp曲线曲线压缩指数压缩指数C Cc c初始阶段加荷率取初始阶段加荷率取0.50
9、.5一般按一般按12.512.5、18.7518.75、2525、37.537.5、5050、100100、200200、300300、400400、800800、16001600、3200kPa3200kPa注意：读数时间注意：读数时间2022-6-617e0eppee- -p曲线曲线曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性压缩性曲线曲线B压缩性压缩性压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高2022-6-6183.2.2侧限压缩性
10、指标土的压缩系数：土的压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增量的比值，即量的比值，即e-pe-p曲线中某一压力段的割线斜率。曲线中某一压力段的割线斜率。p1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲线曲线pe利用单位压力增量所引起得利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性孔隙比改变表征土的压缩性高低高低pea d d在压缩曲线中，实际采在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压用割线斜率表示土的压缩性缩性1221 ppeepea常用常用p1100kPa、 p2200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2评价土的评价土的压缩性压缩性 a
11、1-20.1MPa-1低压缩性土低压缩性土0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中压缩性土中压缩性土 a1-20.5MPa-1高压缩性土高压缩性土1221 ppeepea斜率2022-6-619压缩指数土的压缩指数：土的压缩指数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力常土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力常用对数值增量的比值，即用对数值增量的比值，即e e-lg-lgp p曲线中某一压力段的直线斜率。曲线中某一压力段的直线斜率。1221lglgppeeCc斜率e e-lg-lgp p曲线后压力段接近直线，曲线后压力段接近直线，其斜率其斜率C Cc c为：为：)/lg(/lglg121221
12、ppeppeeCc同压缩系数一样，压缩指数同压缩系数一样，压缩指数CcCc值越大，土的压缩性越高。低值越大，土的压缩性越高。低压缩性土的压缩性土的CcCc值一般小于值一般小于0.20.2，CcCc值大于值大于0.40.4为高压缩性土。为高压缩性土。2022-6-620土的压缩模量Vve1Vs1H1/(1+e1)H1Vve2Vs1H2/(1+e2)pH2p2Hp1土的压缩模量：土的压缩模量：土体在侧限条件下的应力增量与应变增量之比土体在侧限条件下的应力增量与应变增量之比称为压缩模量称为压缩模量121211eeHH12111 eeeHH或H/H1H/H1即为土样的竖向应变即为土样的竖向应变pae由
13、由得得aeeeepEs11211)1/()(说明：说明：土的压缩模量土的压缩模量Es与土的的压缩系数与土的的压缩系数a成反比，成反比， Es愈大，愈大， a愈小，土的压缩性愈低愈小，土的压缩性愈低2022-6-621侧压力系数K0v试验表明，土样在完全侧限条件下，侧向压力3和竖向应力1之比，恒保持常值K0,称为侧压力系数，因此，上述完全侧限条件在土力学中也称为K0条件。czcycxK0静止侧压力系数静止侧压力系数K K0 0=0.33=0.330.720.72zzc2022-6-622侧限压缩试验的应用范围v侧限压缩试验操作简单，是目前测定土的压缩性的常用方法。v但下面情况不适用：v（1）地基
14、土为粉、细砂，取原状土样很困难，或地基为软土，土样取不上来。v（2）土层不均匀，土试样尺寸小，代表性差。v可用原位测试方法加以解决。v包括：载荷试验和旁压试验2022-6-623载荷试验百分表百分表百分表百分表千斤顶千斤顶千斤顶千斤顶堆重堆重排钢梁排钢梁木垛木垛载荷板载荷板载荷板载荷板钢梁（各由两钢梁（各由两个地锚锚住）个地锚锚住）地地锚锚(a)(a)堆重千斤顶式堆重千斤顶式(b)(b)地锚千斤顶式地锚千斤顶式浅层平板载荷试验载荷架示例浅层平板载荷试验载荷架示例2022-6-624地基土的变形模量u压缩模量压缩模量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与
15、应变增量之比。之比。u变形模量变形模量指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比。指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比。u计算公式：计算公式：借用弹性理论计算沉降的公式，应用载荷试验结借用弹性理论计算沉降的公式，应用载荷试验结果果p-s曲线进行反算。曲线进行反算。.79. 088. 010002相对应的沉降与比例界限承压板的边长；刚性圆形荷板刚性方形荷板形状系数对应的荷载曲线比例界限点载荷试验psB，asppsBpE2022-6-625地基土的变形模量022021-121 -121KEEEssu压缩模量压缩模量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力
16、与应变增量之比。之比。u变形模量变形模量指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比。指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比。土的侧膨胀系数土的侧膨胀系数（泊松比）：无侧限条件下受压时，侧向（泊松比）：无侧限条件下受压时，侧向与竖向与竖向的比值的比值土的侧压力系数土的侧压力系数K K0 0: :侧限条件下受压时，侧向侧限条件下受压时，侧向与竖向与竖向的比值的比值这只是理论关系。实际上由于这只是理论关系。实际上由于E E0 0和和E Es s的测定有些因素无法考虑到，使上式不的测定有些因素无法考虑到，使上式不能准确反映它们的关系。主要因素有：压缩试验的土样容易受到扰动（尤其能准确反映它们的关系
17、。主要因素有：压缩试验的土样容易受到扰动（尤其是低压缩性土）；载荷试验与压缩试验的加荷速率、压缩稳定的标准都不一是低压缩性土）；载荷试验与压缩试验的加荷速率、压缩稳定的标准都不一样；样；值不易精确确定等。值不易精确确定等。一般，土越坚硬一般，土越坚硬E E0 0值是值是E Es s的倍数越大，而软土则相近。的倍数越大，而软土则相近。)1/()1/(000KKK或2022-6-6263.5 地基中的应力分布土体在自身重力、建筑物荷载、交通荷载或其他因素（渗土体在自身重力、建筑物荷载、交通荷载或其他因素（渗流、地震等）的作用力下，均可产生土中应力。土中应力过大流、地震等）的作用力下，均可产生土中应
18、力。土中应力过大时，会导致土体的强度破坏，使土工建筑物发生土坡失稳或使时，会导致土体的强度破坏，使土工建筑物发生土坡失稳或使建筑物地基的承载力不足而发生失稳。建筑物地基的承载力不足而发生失稳。土中应力的分布规律和计算方法是土力学的基本内容之一土中应力的分布规律和计算方法是土力学的基本内容之一土中土中应力应力自重自重应力应力附加附加应力应力总和应力总和应力不产生土体或地基变形不产生土体或地基变形成土年代长久成土年代长久产生土体或地基变形产生土体或地基变形（新近沉积土、近期人工填土）（新近沉积土、近期人工填土）土中附加应力是指土体受外荷载及地下水渗流、地震土中附加应力是指土体受外荷载及地下水渗流、
19、地震等作用下附加产生的应力增量，是产生地基变形的主等作用下附加产生的应力增量，是产生地基变形的主要原因和导致地基土强度破坏和失稳的重要原因要原因和导致地基土强度破坏和失稳的重要原因2022-6-6273.5.1土层自重应力天然地面cz cx cy 11zzcz zcz cz= z 土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量积上土柱的有效重量常用竖向有效自重应力常用竖向有效自重应力czcz简称为自重应力或自重压力，改用简称为自重应力或自重压力，改用c c表示表示2022-6-6281 h1 + 2h2 + 3h3 + 4h4 + w(h3+
20、h4)4.2.2成层土中自重应力iniinnczhhhh 12211说明：说明：1.地下水位以上土层地下水位以上土层采用天然重度，地下采用天然重度，地下水位以下土层采用浮水位以下土层采用浮重度重度2.不透水层顶面的自不透水层顶面的自重应力值及层面以下重应力值及层面以下的自重应力应按上覆的自重应力应按上覆土层的水土总重计算土层的水土总重计算 1 h1 1 h1 + 2h2 1 h1 + 2h2 + 3h3 天然地面天然地面h1h2h33 2 1 水位面水位面h44 1 h1 + 2h2 + 3h3 + 4h4 2022-6-6294.2.2成层土中自重应力【例】一地基由多层土组成，地质剖面如下图
21、所示，试计算并绘制自重应力cz沿深度的分布图 2022-6-63057.0kPa80.1kPa103.1kPa150.1kPa194.1kPainiinnczhhhh 122114.2.2成层土中自重应力2022-6-6314.2.3地下水升降时的土中自重应力天然地面天然地面变动后变动后地下水位地下水位原地下水位原地下水位变后变后变前变前天然地面天然地面变动后变动后地下水位地下水位原地下水位原地下水位变前变前变后变后软土地区，因大量抽取地下软土地区，因大量抽取地下水，地下水位长期下降，使水，地下水位长期下降，使地基中有效自重应力增加，地基中有效自重应力增加，引起地面大面积沉降引起地面大面积沉降
22、水位上升会引起地基承载力水位上升会引起地基承载力的减少、湿陷性土的塌陷现的减少、湿陷性土的塌陷现象。象。2022-6-6323.5.2 基底底面接触压力v基底接触压力：建筑物上部结构荷载和基础自重通过基础传递给地基，作用于基础底面传至地基的单位面积压力v基底接触压力分布图形影响因素：v（1）地基与基础的相对刚度；v（2）荷载大小与分布情况；v（3）基础埋深大小v（4）地基土的性质2022-6-633v柔性基础：土坝、路基、油罐薄板一类基础，本身刚度很小，在竖向荷载作用下几乎没有抵抗弯曲变形的能力，基础随着地基同步变形，因此柔性基础接触压力分布与其上部荷载分布情况相同。在均布荷载作用下基底反力为
23、均匀分布。v刚性基础：大块整体基础本身刚度远超过土的刚度，这类刚性基础底面的接触压力分布图形很复杂，要求地基与基础的变形必须协调一致。2022-6-6343.5.2 基底底面接触压力荷载较小、荷载较小、中心受压时中心受压时马鞍形分布马鞍形分布 抛物线分布抛物线分布 钟形分布钟形分布荷载增大，边缘产荷载增大，边缘产生塑性区，边缘荷生塑性区，边缘荷载不再加大，应力载不再加大，应力向中心转移向中心转移荷载很大，接荷载很大，接近地基的极限近地基的极限荷载荷载2022-6-635工程简化计算1、中心荷载若是条形基础，若是条形基础，F, ,G取单位长度取单位长度基底面积计算基底面积计算G= GAd取室内外
24、平取室内外平均埋深计算均埋深计算基底面积，对于基底面积，对于矩形基础矩形基础A A= =blbl基础及回填土的平基础及回填土的平均重度，一般均重度，一般20kN/m20kN/m3 3, ,水位以下水位以下为为10kN/m10kN/m3 3AGFp2022-6-6362、偏心荷载作用下的基底压力eF+G eblpmaxpminWMAGFppminmax作用于基础底面形心上的作用于基础底面形心上的力矩力矩 M= =(F+G)e 基础底面的抵抗基础底面的抵抗矩矩 ； 矩 形 截 面矩 形 截 面W=bl2/6 按材料力学短柱偏心受压公式：按材料力学短柱偏心受压公式：beAGFpp61minmax20
25、22-6-637当当e0，基底压力呈梯形分布基底压力呈梯形分布 当当e=b/6时，时，pmax0，pmin=0，基底压力呈三角形分布基底压力呈三角形分布 当当eb/6时，时，pmax0，pmin0，基底出现拉应力，基底压力重分布基底出现拉应力，基底压力重分布 pmaxpmineb/6pmaxpmin0pmaxpmin=0基底压力重分布基底压力重分布beAGFpp61minmax2022-6-6383.5.3基础底面附加压力附加压力：附加压力：建筑物荷载在地基中增加的压力建筑物荷载在地基中增加的压力h hchchchchchchF FG GP PP P0 0基底平均附加压力基底平均附加压力P P
26、0 0hpppmch0式中：p基底平均压力，kPa； ch基底处土中自重应力，kPa； m基底标高以上天然土层的加权平均重度，水位以下的取浮重度，kN/m3； h从天然地面算起的基础埋深，m，h=h1+h2+2022-6-6394.4 地基附加应力地基地基附加附加应力应力成土年代不久土体的自重应力成土年代不久土体的自重应力建筑物基础（或堤坝）底面的附加压力建筑物基础（或堤坝）底面的附加压力计算地基附加应力假设：计算地基附加应力假设：1 1、把地基看成是均质的线性把地基看成是均质的线性变形半空间体；变形半空间体；2 2、将基底压力看成是地基表面作用的将基底压力看成是地基表面作用的柔性荷载，不考虑
27、基础刚度的影响。柔性荷载，不考虑基础刚度的影响。桥台前后填土引起的基底附加压力桥台前后填土引起的基底附加压力相邻基础影响相邻基础影响不同地基中不同地基中应力分布各应力分布各有其特点有其特点平面问题平面问题空间问题空间问题x,z的函数的函数x,y,z的函数的函数2022-6-640地基中附加应力分布规律v(1)在地面下任一深度的水平面上，各点的附加应力非等值，在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减小。v(2)距离地面越远，附加应力分布的范围越广，在同一竖向线上的附加应力随深度而变化。2022-6-6412zPz竖向集中力作用时的地基附加应力M( (x, ,y, ,z) )Poyxzxyzr
28、RM( (x, ,y,0),0)q 5323Rzpz222zrR2122zrR25221123zrzPz2521123zr集中荷载作用下的集中荷载作用下的应力系数应力系数 2022-6-642叠加原理 由几个外力共同作用时所引起的某一参数（内力、应力或位移），等于每个外力单独作用时所引起的该参数值的代数和PazPbab两个集中力两个集中力作用下作用下z的的叠加叠加若干个竖向集中力作用在地基表面上时niiiniiizpzzp121212022-6-643附加应力分布规律2022-6-644矩形荷载作用时的地基附加应力dxdydA dxdyzyxpzdz2/52223)(23积积分分pczblm/
29、bzn/矩形基础角点下的竖向附矩形基础角点下的竖向附加应力系数，简称角点应加应力系数，简称角点应力系数，查表力系数，查表2022-6-6451 1、均布的矩形荷载、均布的矩形荷载( (角点法）角点法）计算点在基底边缘内zMoIVIIIIIIo oIIIIIIIVppccccz)(2022-6-646计算点在基底边缘外计算点在基底边缘外IIIpccz)(o oo o计算点在基底边缘计算点在基底边缘IIIIo oIVo oIIpccccz)(2022-6-647计算点在基底角点外计算点在基底角点外Io oo oIIIIIIVpccccz)(2022-6-648【例】【例】以角点法计算下图所示矩形基
30、础甲的基底以角点法计算下图所示矩形基础甲的基底中心点垂线下不同深度处的地基附加应力中心点垂线下不同深度处的地基附加应力z z的分的分布，并考虑两相邻基础乙的影响（两相邻柱距为布，并考虑两相邻基础乙的影响（两相邻柱距为6m6m，荷载同基础甲）。，荷载同基础甲）。2.5m2.5m4m4m4m4m4m4m5m5m5m5m5m5m6 6m m6m6m2m2m2m2m2.5m2.5m2m2m2m2mF F乙乙p pF F乙乙p pF F1940kN1940kN甲甲p pm m18kN/m18kN/m3 3d=1.5md=1.5m2022-6-649dxdydAdxdyzyxbpxzdz2/52223)(
31、23积积分分dxdypbxP0ptcz1pptctz)(122矩形基础角点下的矩形基础角点下的竖向附加应力系数，竖向附加应力系数，为为m, ,n的函数的函数 2、三角形分布矩形荷载2022-6-650条形荷载作用时的地基附加应力pxMzdxdxd21dpRpdxcos1R R1 1dR1均布条形荷载作用下的地基附加应力均布条形荷载作用下的地基附加应力pszz矩形荷载tstzp三角形荷载2022-6-6513.6 地基的最终沉降量v定义：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表面的沉降称为地基的最终沉降量。v原因：荷载作用，孔隙压缩变形v计算目的：预知建筑物的沉降量、沉降
32、差、倾斜、和局部倾斜是否满足要求。v计算方法：分层总和法、建筑地基基础设计规范推荐法2022-6-6523.6.1 分层总和法计算原理：计算原理：先将地基土分为若干水平土层，各土层厚度先将地基土分为若干水平土层，各土层厚度分别为分别为h1， h2， h3， hn。计算每层土的压缩。计算每层土的压缩量量s1， s2， s3， sn。然后累计起来，即为总然后累计起来，即为总的地基沉降量的地基沉降量s.ininssssss13212022-6-653几点假定v（1）地基土为均匀、等向的半无限空间弹性体。v（2）地基沉降计算的部位，按基础中心点o下土柱所受附加应力z进行计算。v（3）地基土的变形条件为
33、侧限条件，即在建筑物荷载作用下，地基土层只产生竖向压缩变形，侧向不能膨胀变形。v（4）沉降计算的深度，理论上应计算至无限大，工程上因附加应力扩散随深度而减小，计算至某一深度（即受压层）即可。在受压层以下的土层附加应力很小，沉降量忽略，若受压层以下尚有软弱土层，则应计算至软弱土层底部。2022-6-654分层总和法计算沉降结果与实测比较v（1）中等地基：结果接近v（2）软弱地基：计算值1，坚实地基12022-6-656规范法n由建筑地基基础设计规范由建筑地基基础设计规范（GB500072002）提出提出n分层总和法的另一种形式分层总和法的另一种形式n沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系沿用
34、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数和地基沉降计算经验系数 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不随深不随深度而变，从基底至深度度而变，从基底至深度z的压缩量为的压缩量为szzszszEAdzEdzEs001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dzAzz0附加应力通附加应力通式式z= p0代入代入引入平均附引入平均附加应力系数加应力系数zpAzdzz00因此附加应力面因此附加应力面积表示为积表示为zpA0sEzps0因此因此zdzp002022-6-657利用附加应力面积利用附加应力面积A的等
35、代值计算地基任意深度范围内的沉降量，因的等代值计算地基任意深度范围内的沉降量，因此第此第i层沉降量为层沉降量为)(11011iiiisisiiiiiizzEpEAAsss根据分层总和法基本原理可得成层地基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 4612b123456120pi01pip0p0第第n层层第第i层层zi)(11101iiiinisiniizzEpssAiAi-12. 规范法6.3.1 分层总和法计算最终沉降量2022-6-658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
36、的条件)(1110iiiinisisszzEpsszi、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)i、i-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力层土底面范围内平均附加应力系数系数niinss1025.0 当确定沉降计算深度下有软弱土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，若计算深度范围内量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，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
37、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中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算)ln4 .05 .2(bbzn 为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降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数经验系数s，可以查有关系数表得到可以查有关系数表得到地基最终沉降地基最终沉降量修正公式量修正公式2022-6-6593.6.3 相邻荷载对地基沉降的影响v产生原因：相邻荷载产生附加应力扩散时，产生应力叠加，引起地基的附加沉降。v影响因素：两基础的距离、荷载大小，地基土的性质、施工先后顺序等。v计算：按角点法考虑附
38、加应力2022-6-6603.7 应力历史对地基沉降的影响v压缩曲线、回弹曲线、再压缩曲线p115。v正常固结、超固结和欠固结的概念2022-6-6613.8 地基沉降与时间的关系v最终沉降量：建筑荷载在地基中产生附加应力，地基受压层中的孔隙发生压缩达到稳定后的沉降量。v有时需要计算建筑物在施工期间和使用期间的地基沉降量。即沉降量与时间的关系。v时间和长短取决于：土层排水距离，土粒粒径与孔隙的大小，土层渗透系数、荷载大小，压缩系数高低等2022-6-662不同土质，完成沉降的时间不同v（1）碎石土和砂土：压缩性小、渗透性大 施工期间，地基沉降已全部或基本完成。v（2）低压缩粘性土，施工期间可完
39、成50%-80%。v（3）中压缩粘性土：施工期间一般可完成20%- 50%。v（4）高压缩粘性土：渗透性低，压缩性大， 施工期间一般可完成5-20。v（5）较厚的饱和淤泥质粘性土，沉降有时需要几十年时间才达稳定。2022-6-663饱和土的渗流固结v（1）土体孔隙中自由水逐渐排出v（2）土体孔隙体积逐渐减小v（3）由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架来 承受，即有效应力。两种应力在深度上随时间的分布p1212022-6-664单向固结理论p1212022-6-665固结度0,0uuussUtzcctz地基固结（压密）度地基固结（压密）度指地基土层在某一压力作用下，经指地基土层在某一压力作用下，经
40、历时间历时间t t所产生的固结变形量与最终固结变形量之比值，所产生的固结变形量与最终固结变形量之比值，或土层中（超）孔隙水压力的消散程度，亦称或土层中（超）孔隙水压力的消散程度，亦称固结比固结比或或固结百分数固结百分数。某一时刻某一时刻t t的地基的地基固结变形量固结变形量地基最终固结变形量地基最终固结变形量t t时刻的孔隙水压力时刻的孔隙水压力t t0 0时的起始孔隙水压力时的起始孔隙水压力指竖向排水情况下，固结变形与有效应力成正比，因此某一时刻有效应力图指竖向排水情况下，固结变形与有效应力成正比，因此某一时刻有效应力图面积和最终有效应力图面积之比值称为面积和最终有效应力图面积之比值称为竖向
41、平均固结度竖向平均固结度U Uz z 。HzHtzZdzdzutU00,1)()(有效应力面积有效应力面积U Uz,tz,t深度深度z z时刻时刻t t的孔隙水压力的孔隙水压力z z深度深度z z处的竖向附加应力，处的竖向附加应力，在连续均布荷载在连续均布荷载p p作用下，作用下，pHdzHz02022-6-6663.8.6地基瞬时沉降与次固结沉降p129 研究表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量研究表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量S S由三由三种不同的原因引起：种不同的原因引起：tSS Si i ：初始瞬时沉降：初始瞬时沉降Ss: 次固结沉降次固结沉降S Sc c：主固结沉降：主
42、固结沉降niiSS1scdSSSS 初始沉降初始沉降( (瞬时沉降瞬时沉降) ) S Sd d：有有限范围的外荷载作用下地基由限范围的外荷载作用下地基由于发生侧向位移于发生侧向位移( (即剪切变形即剪切变形) )引起的。引起的。主固结沉降主固结沉降( (渗流固结沉降渗流固结沉降) ) S Sc c ：由于超孔隙水压力逐渐向有效应力转化由于超孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的。是地基变形的主要部分。而发生的土渗透固结变形引起的。是地基变形的主要部分。次固结沉降次固结沉降 S Ss s ：主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起的变形。这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于架的蠕变特性引起的变形。这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，既包括剪应变，又包括体应变。土的蠕变性质，既包括剪应变，又包括体应变。2022-6-6673.9建筑物沉降观测与地基允许变形值p130
