04土的变形性质及地基沉降计算.pdf

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1、第四章土的变形性质及地基沉降计算土的压缩性:即土的变形性能，是土的重要工程性质。地基沉降:是地基基础设计时的重要验算内容。过大的沉降及不均匀沉降影响上部结构的正常使用,甚至导致结构的损坏。一、土的压缩性1.基本概念•土的压缩性大土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体,具有碎散性,其压缩性较连续的介质如钢材、混凝土大得多。•压缩性的主要原因在一般的工程荷载作用下，土中颗粒及孔隙水的变形很小，可以忽略不计。因此，土的压缩性主要是土中孔隙的减小而引起的。•饱和粘土的压缩过程对饱和土，孔隙减小的前提是孔隙水的排出。对粘性土，由于其渗透性很差，故孔隙水的排出不能在短时间内完成，故饱和粘土的变形过程

2、通常持续较长时间才能完成。相应地，饱和粘土地基的沉降过程可持续很长时间。•为什么要研究土的压缩性确定地基沉降（竖向位移）是主要目的之一。•实例不均匀沉降公路下沉2m建筑下沉4m墨西哥城艺术宫的下沉（1904）建筑物不均匀沉降（墨西哥城）墨西哥城的土层为：表层为人工填土与砂夹卵石硬壳层，厚度5m，其下为火山灰形成的超高压缩性淤泥，天然孔隙比高达7～12，含水量150～600%，层厚达数十米。上海展览中心馆，中央大厅采用箱形基础，地基为高压缩性淤泥质软土。1954年5月开工，年底实测沉降60cm。1957年6月，中央大厅最大沉降为147cm，1979年9月，平均沉降为上海中心展览馆（195

3、4）160cm。2.压缩试验及压缩曲线侧限条件：土在压缩过程中，只能在竖向压缩，而侧向受限不能变形。ehhhs010hs1e1e1e011s=>e1e0(1e0)h0p压缩曲线e3.压缩指标•压缩系数ee01ee10avpp10pp10e0edepdpe1p0100kPappp01p1200kPa标准压缩系数a1-20.10.51a/MPa12低压缩性中压缩性高压缩性•压缩模量完全侧限时，土的应力增量与应变增量之比。1e0Esav•体积压缩系数avmv1+e04.土层侧限压缩变形量计算设土样压缩前的厚度为h1，则其压缩量可按以

4、下公式计算ee12hh11e1p或hh1Esap或hh11e1二、试验方法测土的变形模量土样无侧限受压时应力增量与应变增量之比为土的变形模量。荷载试验现场试验旁压试验确定变形模量室内试验三轴试验1.现场试验（1）荷载试验反压重物反力梁千斤顶百分表荷载板基准梁papk压力p圆形压板1EpD4S方形压板沉降1SEpB2S（2）旁压试验p022E(1)rmsst0（3）变形模量和压缩模量的关系22EE(1)s12.室内测试－三轴压力试验三、地基的最终沉降量地基土层在建筑物荷载作用下产生的变形稳定后地基的下沉量。•两种常用计算

5、方法（1）分层总和法（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）推荐的方法1.分层总和法•计算原理将地基土层分为若干层，分别计算出其相应的压缩量，累加后得到地基的沉降量。•假设（1）计算地基应力时，假设地基为均质、等向、弹性半无限体，因此可利用前述方法确定地基中的附加应力。（2）以基础中心点处的沉降作为基础的沉降。（3）中心土柱完全侧限，其压缩量为沉降，因此可直接应用压缩系数、压缩模量等指标计算土层变形。（4）因附加应力随深度的增大而减小，故只需按一定深度内土层的压缩量计算地基的沉降，这一深度称为受压层。•计算步骤（1）绘制地基土层分布图和基础剖面图。（2）地基土层分层a

6、.每层厚度不大于0.4b。b.不同土层的交界面应作为分层面。c.地下水位作为分层面。d.基础底面附近附加应力的变化较大，分层厚度应小一些。（3）计算基础底面接触压力FGpA（4）计算基础底面附加压力ppd0m（5）计算各分层面处的自重应力cz（6）计算各分层面处的附加应力z（7）确定受压层深度zn，其判断准则是一般土0.2软土0.1zczzzc（8）计算各土层的压缩量zishiiEsiash()iizii1e1ee12sh()iii1e1（9）计算地基最终沉降量nssii1例题1某厂房为框架结构，柱基底面为正方形，边长l=b=4.0m，基

7、础埋深d=1.0m。上部结构传至基础顶面的荷重F=1440kN。地基为粉质粘土，其天然3重度16.0kN/m，孔隙比e0.97，地下水位深33.4m，土的饱和重度18.2kN/m。土的压缩系数：sat-1地下水位以上a0.30MPa，地下水位以下1-1。试计算柱基中点的沉降量。a0.25MPa2解：（1）绘制地基土层分布图和基础剖面图。（2）地基土分层分层厚度hi0.4b1.6m地下水位以上的2.4m分两层，各1.2m。第三层