第五章 地基变形裂损机理

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1、第五章地基变形裂损机理第一节地基的特性一、工程地质变化与地基土体构造地基土体是由气相、液相、固相三相组成的复合体，构造复杂。由矿物颗粒构成的固态成分，孔隙中被水充填的液态成分，与其余被气体充填的非饱和成分三者之间的比例关系随时在变化。这一基本情况构成了地基土特殊的、复杂的物理力学特性，而且地基的地质条件千变万化且又深埋于地下,肉眼看不见,与其他建筑材料都甚不相同，必须牢记这一点。二、地基的压缩性能1．地基土的压缩量1)固态矿物颗粒的压缩量1硬度大的矿物颗粒的压缩量小，软弱颗粒的压缩量大。但是根据工程实践经验，在一般工程上常用的压力

2、100kPa-600kPa作用范围内，固态颗粒被压缩的量是极小的，可以忽略不计。2)孔隙内水体的被压缩量据研究，水体本身在受约束的条件下，被压缩的量也微不足道，可以忽略。3)气体和水体被挤出的压缩量对于干燥的非饱和的非粘性土，充满孔隙的气体和水体完全有可能在压力作用下被挤出，构成压缩量的主要分量，而且压缩完成的时间过程也比较快。但是对于饱和粘性土，充满孔隙的气体和水体却很难从土体中被挤出，需要一个漫长的时间过程。24)土的压缩系数a1—2为地质报告上标志着土体压缩性能的指标也称为土的“压缩系数”。低压缩性土：中压缩性土：高压缩性土

3、：2．地基土被压缩的过程地基土在压力作用下被压缩而固结下沉，有一个漫长的过程，可以分为以下三个阶段。1)瞬时沉降瞬时沉降现象发生在地基受荷的初期阶段。瞬时沉降现象往往是基础底板与地基土的接触面不够紧密，自行进行调整的行为。这类瞬时沉降量完全可以不计入总沉降量中去。32)固结沉降饱和土体在荷载作用下产生压缩的过程包括以下几点。(1)土体孔隙中自由水逐渐渗流排出。(2)土体孔隙体积逐渐减小。(3)孔隙水压力逐渐转移由土骨架来承受，成为有效应力。上述三个方面为饱和土体的固结作用：排水、压缩和压力转移三者同时进行的一个过程。地基土在压力作

4、用下，其孔隙内的气体和水体被挤出，孔隙压缩的过程是其正常的固结过程。砂石类地基的固结沉降过程在加载后的2-3个月内就可完成,而淤泥质土的压缩固结却需要一个漫长的时间过程。43)次固结沉降次固结沉降是土体完成正常固结沉降以后，由于固态矿物颗粒之间在压力作用下发生蠕变现象的结果。这种现象一般出现在在淤泥质软土地基中，其值也不会太大，不会带来严重后果。总沉降变形中主要是固结沉降部分。三、地基的抗压强度与抗剪能力1．抗压强度抗压强度—土体单位面积上抵抗荷载的能力(抗力)也叫地基的承载能力或习称为地耐力。2．抗剪能力5从上述公式得知，土的抗

5、剪切强度比抗压强度要小许多。这就是地基破坏基本上都是剪切破坏的原因。四、地基的稳定条件1．自然灾害的形成地震、地动、山崩、滑坡、泥石流、地陷落等种种险情。都将带给地基基础和上部结构的是毁灭性的大灾难,这些都是地壳运动和自然界天然形成的一种自然灾害,它们都将给建筑物和构筑物带来毁灭性的灾难,它提示人们应加以防范。2．内在约束力的丧失及地基土液化与流变失效导致地基失稳的另一内在原因是土体内部分子结构之间失去了相互约束的自约束能力。6当饱和土体被振动波扰动后，土中超静孔隙水压力大增，使土体分子受到了极大的额外上浮力，因而失去其部分自重压

6、力，甚至成为完全失重的悬浮体，此时γ接近于零。此时可导致地基失稳、桩基失稳事故；地基液化失效事故，地基流变失效事故。第二节地基破坏地基的破坏有地基失稳破坏、桩基失稳破坏、地基液化失效破坏、地基流变失效破坏,此外,还有地基沉降失控破坏与地基冲剪下陷破坏。一、沉降失控破坏缓慢形成的均匀沉降现象，对建筑物的安全与使用并不构成威胁。可是沉降速率失控，总沉降量过大，就不可能是均匀沉降，必然形成破坏事故。7二、地基土体冲剪下陷破坏软弱的深部地基持力层遭到剪切破坏，引起的总沉降量虽然不一定很大，但由于冲剪破坏必然是突然出现的瞬间下陷破坏，其破坏

7、力很强，因此危险性更大。第三节上部建筑与地基基础共同工作对于一般软弱地基，可以通过调整上部结构与基础和地基的刚度差别，争取上部结构与地基基础互相协调，来控制地基的沉降变形，减少结构裂缝。一、刚度差别对于一般地基，其刚度是有限的，尤其是软弱地基，则刚度最弱。而对于基础或上部结构来说,其整体刚度是很大的,这样就使得基础和上部结构与地基之间存在着很大的刚度差,给结构的受力平衡、变形协调带不十分复杂的问题。8二、变形协调在荷载作用下，上部结构和基础的整体与地基之间争取变形协调很重要,如果它们之间有比较接近的刚度，其变形协调条件就较好，建筑

8、物出现裂缝、倾斜、甚至坍塌的可能性就不大。如果彼此的刚度相差悬殊，事故率就会很高。比如在软弱地基上，如果上部结构和基础的刚度特大，就会导致建筑物整体倾斜甚至坍塌，而裂缝现象则不会很严重。如果上部结构和基础与地基之间的刚度都偏低，则其经过彼此变形协调