4土的压缩性与地基沉降 2 地基变形

土的压缩性与地基沉降Chapter4SoilCompressibilityandGroundSettlement2020/3/1411.Introduction2.Stressesanddisplacementsinsoilmass3.Groundsettlement4.SoilconsolidationSoilMechanics&Foundation4.3地基沉降变形Groundsettlement2020/3/14SoilMechanics&Foundation24.3地基变形1.概述2.地基沉降计算（分层总和法、建筑规范法）3.应力历史对影响2020/3/14SoilMechanics&Foundation31.概述2020/3/14SoilMechanics&Foundation4土具有压缩性荷载作用地基发生变形荷载大小、性质土的压缩特性地基均匀性一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力S[S]地基沉降的原因计算目的KansaiInternationalAirport(OsakaBay,Japan)2020/3/14SoilMechanics&Foundation5设计时预测沉降：5.7－7.5m完成时实际沉降：8.1m，5cm/月(1990年)预测主固结完成：20年后比设计超填：3.0m问题：沉降大且有不均匀沉降日期测点及沉降值（m）123578101112151617平均00-1210.69.712.811.710.613.011.610.312.712.59.014.111.701-1210.89.913.011.910.713.211.810.512.912.79.114.311.906-1211.510.513.712.511.113.812.411.013.613.39.515.012.52020/3/14SoilMechanics&Foundation6研究与实践表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量S由三种不同的原因引起•次固结沉降Ss•初始沉降(瞬时沉降)Sd•主固结沉降(渗流固结沉降)SctSSd：初始(瞬时)沉降Ss:次固结沉降Sc：主固结沉降scdSSSS2020/3/14SoilMechanics&Foundation7基础的最终沉降量计算最终沉降量S∞：t∞时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。不可压缩层可压缩层σz=pp以一维侧限应力状态土的压缩特性为基础的分层总和法计算方法：SStdScSsS2020/3/14SoilMechanics&Foundation8理论上不够完备，缺乏统一理论,是一个半经验性方法假设基底压力为线性分布附加应力用弹性理论计算侧限应力状态,只发生单向沉降只计算主固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和：iSS基本假定和基本原理：2.地基沉降量2020/3/14SoilMechanics&Foundation91.分层总和法计算最终沉降量土层一维压缩pmnmne1土层HS岩层土单元土层二维变形2020/3/14SoilMechanics&Foundation10𝑆=𝜀𝐻=𝑒1−𝑒21+𝑒1𝐻Hid地面基底计算深度(下限)pp0dzcp1ipicic(i-1)ziz(i-1)ziZi-12)1(1icciip2)1(izziipzc1.02.0或分层总和法1、分层计算的原因：土层性质不同；精度要求。2、公式：inisiiniiiiiiiniiiiniiHEpHeppaHeeess111121121111iiiiiipppepe12211~,~2020/3/14SoilMechanics&Foundation11分层标准和压缩层厚度分层标准：不同土层界面和地下水面，分层上薄下厚，厚度取0.4b或1~2m。一般粘土；高压缩土。1.0/cz2.0/cz压缩层下限的确定：Hid地面基底计算深度(下限)pp0dzcp1ipicic(i-1)ziz(i-1)ziZi-12)1(1icciip2)1(izziipzc1.02.0或2020/3/14SoilMechanics&Foundation12（2）计算自重应力计算步骤：（1）将土分层（3）计算附加应力（4）确定压缩层下限（5）计算各分层的自重应力、附加应力平均值（6）确定各分层压缩前后的孔隙比iiiiiipppepe12211~,~（7）计算最终变形量iniiiiniiHeeess112111Hid地面基底计算深度(下限)pp0dzcp1ipicic(i-1)ziz(i-1)ziZi-12)1(1icciip2)1(izziipzc1.02.0或2020/3/14SoilMechanics&Foundation13①准备资料②应力分布③沉降计算•建筑基础（形状、大小、重量、埋深）•地基各土层的压缩曲线原状土压缩曲线•计算断面和计算点•确定计算深度•确定分层界面•计算各土层的szi，zi•计算各层沉降量•地基总沉降量•自重应力•基底压力基底附加应力•附加应力分层总和法要点小结2020/3/14SoilMechanics&Foundation14例题：以分层总和法求基础甲的最终沉降量。【解】（1）地基分层厚度为1m。（2）地基竖向自重应力计算。（3）地基竖向附加应力计算。（4）地基分层自重应力平均值和附加应力平均值计算。2020/3/14SoilMechanics&Foundation152020/3/14SoilMechanics&Foundation16（5）地基各分层土的孔隙比变化值的确定。按各分层的及值从土样4-1或土样4-2的压缩曲线查取孔隙比。（6）地基沉降计算深度的确定。一般按的要求来确定沉降计算深度的下限，8m处满足要求。（7）地基各分层量计算。（8）计算最终沉降量。ip1ip2cz2.02020/3/14SoilMechanics&Foundation17【例题】某建筑物地基的应力分布及土的压缩曲线如图,计算第二层土的变形量。2020/3/14SoilMechanics&Foundation18（2）计算第二层土的附加应力平均值：15.2922.347.24pkPaczpkPaz5.4320.350.52解（1）计算第二层土的自重应力平均值：295.725.4345.29pkPazcz2020/3/14SoilMechanics&Foundation19（3）自重应力与附加应力平均值之和：（5）计算第二层的变形量：mmmmheeeS20.16500945.01882.0945.0121212（4）查压缩曲线求21,ee查得由akPp5.291945.01e查得由akPp95.722882.02e2020/3/14SoilMechanics&Foundation20采用分层总和法进行建筑物地基沉降计算，通过与大量沉降观测数据对比，发现有如下规律：1.中等硬度地基，计算值与实测值相近2.软弱地基，计算值小于实测值3.坚实地基，计算值远大于实测值《建筑地基基础规范》(GB50007-2002)引入沉降计算修正系数，对分层总和法地基沉降计算结果，作必要的修正。分层总和法评价2020/3/14SoilMechanics&Foundation21•分层总和法简单讨论(1).分层总和法假设地基土在侧向不能变形，而只在竖向发生压缩，该假设在压缩土层厚度同基底荷载分布面积相比很薄时(压缩土层厚度H≦基底宽度之半b/2)才比较接近。此时由于基底摩阻力及下部岩层层面阻力对可压缩土层的限制作用，只出现很少的侧向变形。(2).假定地基土侧向不能变形引起的计算结果偏小，取基底中心点下的地基中的附加应力来计算基础的平均沉降导致计算结果偏大，因此在一定程度上得到了相互弥补。(3).当需考虑相邻荷载对基础沉降影响时，通过将相邻荷载在基底中心下各分层深度处引起的附加应力叠加到基础本身引起的附加应力中去来进行计算。(4).当基坑开挖面积较大、较深以及暴露时间较长时，需考虑地基土的回弹。2020/3/14SoilMechanics&Foundation22《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）推荐分层总和法的另一种形式沿用分层总和法的假设（均质土、侧限条件ES），并引入平均附加应力系数提出了地基沉降计算经验系数2建筑规范方法(应力面积法)计算2020/3/14SoilMechanics&Foundation230111sinpiissiiEisszaza《建筑地基基础规范》(GB50007-2002)推荐公式：—地基最终变形量(mm)ss—按分层总和法计算出的地基变形量s沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可采用表中的数值—n—地基计算变形深度范围内划分的土层数0p—荷载效应准永久组合时的基础底面处附加应力siE—基础底面下第i层土的压缩模量(MPa)1,iizz—基础底面至第i层、第i-1层土底面的距离(m)1,iiaa—基础底面计算点至第i、i-1层土底面平均附加应力系数，查规范得2020/3/14SoilMechanics&Foundation241101iiiiiiizzpAAAsE--为变形计算深度范围内压缩模量的当量值,按下式计算:akfakfsiiiEAAsE_----第层土附加应力系数沿土层厚度的积分值.iiA2020/3/14SoilMechanics&Foundation25压缩层厚度：niinss1025.0按下表确定。nz应满足：nz当无相邻荷载影响，基础宽度在1-30m范围内时，可按下式估算:)ln4.05.2(bbzn在计算深度范围内，第i层土的计算变形值在由计算深度向上取Δz的土层计算变形值isns2020/3/14SoilMechanics&Foundation26①准备资料②压力分布③沉降计算•建筑基础（形状、大小、重量、埋深）•地基各土层的压缩模量ES•确定计算深度Zn•确定分层界面•计算各层沉降量•地基总沉降量S基底压力基底附加应力P0④结果修正SSs＝修规范法要点小结2020/3/14SoilMechanics&Foundation27例题：如图所示的基础底面尺寸4.8m×3.2m，埋深1.5m，传至基础顶面的中心荷载Fk=1800kN，地基土层分层及各层土的压缩模量（相应于自重应力至自重应力加附加应力段）如图，用规范法计算基础中点的最终沉降量。Z=2.4aakaSkPfMPE16266.31D=1.5填土r=18kN/m3粘土淤泥质粘土Z=3.2Z=1.8Z=0.6aSMPE60.22粉土aSMPE20.63aSMPE20.63粉土kNFk18002020/3/14SoilMechanics&Foundation28解:(1)基底附加压力akPdAGFdpp1205.1182.38.4205.12.38.41800000（2）计算过程列于表中1110iiiinsiszzEps2020/3/14SoilMechanics&Foundation29Z(m)L/bZ/b0.04.8/3.2=1.50/1.6=040.2500=1.00000.0002.41.52.4/1.6=1.540.2108=0.84322.0242.0243.6666.366.35.61.55.6/1.6=3.540.1392=0.55683.1181.0