土力學(xué)－地基的沉降計(jì)算

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1、土的壓縮性及地基沉降計(jì)算第四章本章主要內(nèi)容土的壓縮性什么是土的壓縮性？為什么研究土的壓縮性？側(cè)限壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)方法測定土的變形模量地基沉降計(jì)算應(yīng)力歷史對粘性土的壓縮性的影響飽和粘土的滲透固結(jié)和太沙基一維固結(jié)理論。一、土的壓縮性compressibility壓縮性——在壓力作用下土的體積減小。壓縮性的原因土顆粒的壓縮孔隙水的壓縮孔隙的減小≈0≈0壓縮性1、什么是土的壓縮性固結(jié)-土的壓縮隨時間而增長的過程。飽和粘土：歷時很長。無粘性土：短時間內(nèi)完成2、為什么要研究土的壓縮性2m4m地基沉降（豎向位移）PalaciodelasBellasArtes,MexicoCit

2、y墨西哥城藝術(shù)宮的下沉墨西哥城下的土層為：表層為人工填土與砂夾卵石硬殼層，厚度5m，其下為火山灰形成的超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達(dá)7～12，含水率150～600%，層厚達(dá)數(shù)十米。該藝術(shù)宮沉降量高達(dá)4m，并造成臨近的公路下沉2m。建筑物的不均勻沉降，墨西哥城3、壓縮試驗(yàn)及壓縮曲線剛性護(hù)環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土樣荷載壓縮儀oedometer構(gòu)造側(cè)限條件：土在壓縮過程中，只能在豎向壓縮，而側(cè)向受限不能變形?；驂嚎s量計(jì)算公式壓縮系數(shù)coefficientofcompressibility標(biāo)準(zhǔn)壓縮系數(shù)a1-24、壓縮指標(biāo)0.10.5低壓縮性中壓縮性高壓縮性壓縮指

3、數(shù)壓縮模量modulusofcompressibility完全側(cè)限時，土的應(yīng)力與應(yīng)變之比。材料名稱C20砼較硬粘土密實(shí)砂密實(shí)礫、石變形模量(MPa)260008～1550～80100～200體積壓縮系數(shù)coefficientofvolumecompressibility壓縮系數(shù)、體積壓縮系數(shù)、壓縮模量、變形模量是否為常數(shù)？壓縮模量變形模量側(cè)向約束證明廣義Hooke定律證明土層側(cè)限壓縮變形量計(jì)算公式二、試驗(yàn)方法確定土的變形模量確定變形模量現(xiàn)場試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)荷載試驗(yàn)旁壓試驗(yàn)三軸試驗(yàn)反壓重物反力梁千斤頂基準(zhǔn)梁荷載板百分表壓力p沉降s圓形壓板方形壓板三、地基沉降計(jì)算——分

4、層總和法zΔs1ds1、基本原理（1）基礎(chǔ)中心處的沉降代表基礎(chǔ)的沉降。（2）中心土柱完全側(cè)限，其壓縮量為沉降。基本假設(shè)沉降計(jì)算Δs2Δs3Δs4Δs8計(jì)算深度hc至變形很小、可忽略不計(jì)的深度。無側(cè)向膨脹，直接利用壓縮試驗(yàn)的結(jié)果。土柱的側(cè)限2、計(jì)算步驟（1）分層細(xì)砂粘土粉質(zhì)粘土1234657890123465789（2）計(jì)算基底凈壓力（附加壓力）Hb（3）計(jì)算原存應(yīng)力（自重應(yīng)力）（4）計(jì)算中心點(diǎn)以下的附加應(yīng)力（5）確定壓縮底層為什么要分層？為什么要采用基底附加壓力？應(yīng)力隨深度變化。壓縮性隨深度變化（包括同一土層）。自重應(yīng)力附加應(yīng)力均勻滿布荷載作用下的均質(zhì)土層是否需

5、要分層？自重應(yīng)力附加應(yīng)力為什么要采用基底凈壓力計(jì)算地基沉降？開挖前開挖完成后→卸載應(yīng)力場（5）確定壓縮底層(壓縮層厚度hc)目標(biāo)：之下土層的變形可忽略不計(jì)。方法：附加應(yīng)力控制：缺點(diǎn)：不能直接反映土層性質(zhì)變化對hc的影響。附加應(yīng)力及自重應(yīng)力控制：或（軟弱地基）鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范由底層相對壓縮量控制：建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范下部有軟弱土層時繼續(xù)計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)公式：優(yōu)點(diǎn)：能夠反映出土層變化對hc的影響。在hc范圍內(nèi)有基巖等不可壓縮土?xí)r：算至其頂面。缺點(diǎn)：不能直接反映土層性質(zhì)變化對hc的影響。（6）計(jì)算每一層土的壓縮量方法1：利用e－p壓縮關(guān)系問題1：如何確定e1i、e

6、2i?i-1iihi自重應(yīng)力附加應(yīng)力e1i初始狀態(tài)自重應(yīng)力e2i終止?fàn)顟B(tài)自重應(yīng)力＋附加應(yīng)力（基底凈壓力產(chǎn)生）問題2：為何采用平均值?同一層中的應(yīng)力分布不均勻方法2：利用壓縮模量Es、變形模量E問題：對同一土層，Es、E是否為常數(shù)?同一層中，將Es、E作為常數(shù)，只是一種簡化算法。實(shí)際上，深度不同，應(yīng)力狀態(tài)就不同，Es、E也隨之而變。利用壓縮模量Es利用變形模量E方法3：利用e-lgp曲線正常固結(jié)土超固結(jié)土（7）計(jì)算總沉降量計(jì)算方法與步驟（1）繪制地基土層分布圖和基礎(chǔ)剖面圖。（2）分層a.每層厚度不大于0.4b。b.不同土層的交界面應(yīng)作為分層面。c.地下水位作為分層

7、面。d.基礎(chǔ)底面附近附加應(yīng)力的變化較大，分層厚度應(yīng)小一些。（3）計(jì)算基礎(chǔ)底面接觸壓力（4）計(jì)算基礎(chǔ)底面附加壓力（5）計(jì)算各分層面處的自重應(yīng)力（6）計(jì)算各分層面處的附加應(yīng)力（7）確定受壓層深度，其判斷準(zhǔn)則是一般土軟土（8）計(jì)算各土層的壓縮量（9）計(jì)算地基最終沉降量例題一試用分層總和法計(jì)算下圖所示柱下方形獨(dú)立基礎(chǔ)的最終沉降量。自地表起各土層的重度為：粉土：r=18kN/m3；粉質(zhì)粘土r=19kN/m3，rsat=19.5kN/m3;粘土rsat=20kN/m3。分別從粉質(zhì)粘土層和粘土層中取土樣做室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，其e-p曲線見例圖。柱傳給基礎(chǔ)的軸心荷載F=2000kN，

8、方形基礎(chǔ)底面邊長為4m。