高層天然地基承載力和沉降業(yè)界研究

1、1深層分析3 天然地基承載力和沉降天然地基承載力和沉降2深層分析3.1 概述概述3深層分析3.2 承載力承載力4深層分析3.2.1 概述概述5深層分析3.2.2 淺基的破壞模式淺基的破壞模式6深層分析 地基破壞主要是由于基礎(chǔ)下持力層抗地基破壞主要是由于基礎(chǔ)下持力層抗剪強(qiáng)度不夠，土體產(chǎn)生剪切破壞所致，剪強(qiáng)度不夠，土體產(chǎn)生剪切破壞所致，地基的破壞模式可分為：地基的破壞模式可分為：1. 1.整體剪切破壞整體剪切破壞 （密實(shí)砂土，堅(jiān)硬粘土）2.2.局部剪切破壞局部剪切破壞 （土質(zhì)較軟）3.3.沖剪破壞沖剪破壞 （軟粘土，深埋）7深層分析3.2.3 地基承載力驗(yàn)算內(nèi)容地基承載力驗(yàn)算內(nèi)容8深層分析地基抗震

2、驗(yàn)算地基抗震驗(yàn)算平均壓應(yīng)力分布零應(yīng)力區(qū)pmmp實(shí)際壓應(yīng)力分布步驟：步驟：1.1.根據(jù)根據(jù)靜力設(shè)計(jì)的要求確定基礎(chǔ)尺寸靜力設(shè)計(jì)的要求確定基礎(chǔ)尺寸 對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)度和沉降量的核算對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)度和沉降量的核算 2.2.地基抗震地基抗震強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算 ：（荷載組合；基礎(chǔ)底面的壓力取為直線分布（荷載組合；基礎(chǔ)底面的壓力取為直線分布 ）aepfm ax1. 2aepf基礎(chǔ)底面地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組基礎(chǔ)底面地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的平均壓力值合的平均壓力值 基礎(chǔ)邊緣地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組基礎(chǔ)邊緣地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的最大壓力值合的最大壓力值 9深層分析3.2.4 地基承載力的確定地基承載力的確定10深層分析確定地基承載力

3、的方法確定地基承載力的方法（1 1）理論公式法。不做寬度深度修正）理論公式法。不做寬度深度修正（2 2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法：載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法：載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探等。要進(jìn)行修正力觸探等。要進(jìn)行修正（3 3）規(guī)范公式計(jì)算法，不做寬度深度修正）規(guī)范公式計(jì)算法，不做寬度深度修正（4 4）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定容許承載力，做寬度深度修正）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定容許承載力，做寬度深度修正11深層分析fa=fak+ b (b-3)+ d m(d-0.5)進(jìn)行深度和寬度修正：進(jìn)行深度和寬度修正：fak ：承載力特征值（標(biāo)準(zhǔn)值）承載力特征值（標(biāo)準(zhǔn)值）fa ：深寬修正后的承載力特征值（設(shè)計(jì)值）深寬修正后的

4、承載力特征值（設(shè)計(jì)值） b、 d ：寬度和深度修正系數(shù)寬度和深度修正系數(shù) ：基底下土的重度，地下水位以下取浮重度基底下土的重度，地下水位以下取浮重度 m ：基底以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度基底以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度 b：基底寬度基底寬度(m)，大于，大于6m按按6m取值，小于取值，小于3m按按3m取值取值 d：基礎(chǔ)埋深基礎(chǔ)埋深(m)12深層分析13深層分析14深層分析根據(jù)根據(jù)規(guī)范規(guī)范推薦的理論公式確定承載力特征值推薦的理論公式確定承載力特征值 采用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（gb500072002）推薦的、以淺基礎(chǔ)地基的臨界荷載為基礎(chǔ)的理論公式，計(jì)算地基承載力特征值

5、，其計(jì)算公式為：15深層分析 式中： fa地基承載力特征值，kpa； mb、 md 、 mc承載力系數(shù)，查表； b基底寬度，m，大于6m時(shí)按6m取值，小于3m時(shí)按 3m取值； k土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，度； ck土的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值，kpa； 基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度， kn/m3； m基底以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重 度，kn/m3； d基礎(chǔ)埋深，m。 同樣，根據(jù)同樣，根據(jù)規(guī)范規(guī)范推薦的理論公式確定的承載力特征值，推薦的理論公式確定的承載力特征值，可直接作為地基允許承載力?？芍苯幼鳛榈鼗试S承載力。16深層分析17深層分析3.2.5 影響地基承載力因素的討論影響地基承載力因

6、素的討論18深層分析3.3 沉降沉降19深層分析 1. 普通分層總和法普通分層總和法 假定：無(wú)側(cè)向變形。故可用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)得到的指標(biāo)計(jì)算沉假定：無(wú)側(cè)向變形。故可用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)得到的指標(biāo)計(jì)算沉 降；降； 取基底中心軸線上的附加應(yīng)力計(jì)算沉降。取基底中心軸線上的附加應(yīng)力計(jì)算沉降。 假定將使沉降偏小，假定則使沉降偏大。兩者相互補(bǔ)充。假定將使沉降偏小，假定則使沉降偏大。兩者相互補(bǔ)充。 沉降計(jì)算公式如下：沉降計(jì)算公式如下： 式中式中 si第第i層土的壓縮量；層土的壓縮量； i第第i層土的側(cè)限壓縮應(yīng)變；層土的側(cè)限壓縮應(yīng)變； hi第第i層土的厚度層土的厚度; n 地基沉降計(jì)算深度（壓縮層厚度）范圍內(nèi)所劃分的土

7、層數(shù)地基沉降計(jì)算深度（壓縮層厚度）范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)niiiniihss1120深層分析 根據(jù)所采用的土體壓縮性指標(biāo)，上式也可改寫(xiě)成下述幾種形式。根據(jù)所采用的土體壓縮性指標(biāo)，上式也可改寫(xiě)成下述幾種形式。 (1) 直接采用壓縮試驗(yàn)直接采用壓縮試驗(yàn) 曲線曲線: 考慮考慮 ，可改寫(xiě)為：，可改寫(xiě)為： 式中式中 e1i 根據(jù)第根據(jù)第i層土的自重應(yīng)力平均值層土的自重應(yīng)力平均值 （即（即p1i）從土的）從土的 壓縮曲線上得到的相應(yīng)土體孔隙比。壓縮曲線上得到的相應(yīng)土體孔隙比。 和和 第第i層土底面處和頂面處自重應(yīng)力；層土底面處和頂面處自重應(yīng)力； e2i 根據(jù)第根據(jù)第i層土的自重應(yīng)力平均值層土的自重應(yīng)力平均值

8、 和附加應(yīng)力平和附加應(yīng)力平 均值均值 之和（即之和（即p2i=p1ipi）從壓縮曲線上得）從壓縮曲線上得 到的相應(yīng)土體孔隙比。到的相應(yīng)土體孔隙比。 和和 第第i層土底面和頂面處的附加應(yīng)力。層土底面和頂面處的附加應(yīng)力。ep01eeniiiiiheees1121100(1)2ii0i0(1)i00(1)2ii(1)2ziz izi(1)z i21深層分析 （2）采用壓縮系數(shù)計(jì)算，可改寫(xiě)成：）采用壓縮系數(shù)計(jì)算，可改寫(xiě)成： 式中式中 ai第第i層土的壓縮系數(shù)；層土的壓縮系數(shù)； 其他符號(hào)意義同前。其他符號(hào)意義同前。 （3） 采用壓縮模量計(jì)算，可改寫(xiě)成：采用壓縮模量計(jì)算，可改寫(xiě)成： 式中式中 esi第第i

9、層土的壓縮模量；層土的壓縮模量； （4）采用體積壓縮系數(shù)計(jì)算，還可以改寫(xiě)為：）采用體積壓縮系數(shù)計(jì)算，還可以改寫(xiě)為： 式中式中 mvi第第i層土的體積壓縮系數(shù)。層土的體積壓縮系數(shù)。 niisiiheps1niiivihpms1niiiiiniiiiiihepaheppas11111211)(22深層分析分層總和法的計(jì)算步驟分層總和法的計(jì)算步驟： （1 1）計(jì)算基底附加壓力）計(jì)算基底附加壓力p0；（2 2）分層：地下水位面和各土層交界面；層厚?。┓謱樱旱叵滤幻婧透魍翆咏唤缑?；層厚取0.4b（b為基底寬度）為基底寬度） 或或1 2m；（3）計(jì)算自重應(yīng)力計(jì)算自重應(yīng)力 （基底、各分層處）；（基底、各分

10、層處）；（4 4）計(jì)算附加應(yīng)力）計(jì)算附加應(yīng)力 （基底中心線與各分層交界點(diǎn)處）；（基底中心線與各分層交界點(diǎn)處）；（5 5）計(jì)算）計(jì)算 和和 ；（6 6）由）由 和和 值在值在e e p p曲線上查對(duì)應(yīng)的孔隙比；曲線上查對(duì)應(yīng)的孔隙比；（7 7）確定地基沉降計(jì)算深度（即地基壓縮層厚度）：確定地基沉降計(jì)算深度（即地基壓縮層厚度）：一直往下算，直至一直往下算，直至 （如其下有高壓縮性土，須算至（如其下有高壓縮性土，須算至 ）；）；（8 8） 計(jì)算各分層沉降：計(jì)算各分層沉降： ；（9） 計(jì)算總沉降：計(jì)算總沉降：cz1ip2ip1 ip2ip0.2zc0.1zc1211iiiiieeshe1niiss23深

11、層分析規(guī)范推薦的分層總和法規(guī)范推薦的分層總和法 與傳統(tǒng)的分層總和法相同之處：也采用單與傳統(tǒng)的分層總和法相同之處：也采用單向壓縮條件下的壓縮性指標(biāo)向壓縮條件下的壓縮性指標(biāo); ; 與傳統(tǒng)的分層總和法不同之處：與傳統(tǒng)的分層總和法不同之處： 1.采用平均附加應(yīng)力系數(shù)；采用平均附加應(yīng)力系數(shù)； 2.規(guī)定了地基沉降計(jì)算深度的標(biāo)準(zhǔn)，考慮規(guī)定了地基沉降計(jì)算深度的標(biāo)準(zhǔn)，考慮了基礎(chǔ)大小這一因素，比應(yīng)力比法更為合理；了基礎(chǔ)大小這一因素，比應(yīng)力比法更為合理； 3.提出了地基的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，使得提出了地基的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，使得計(jì)算結(jié)果接近于實(shí)測(cè)值。計(jì)算結(jié)果接近于實(shí)測(cè)值。24深層分析 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范法建筑地基基

12、礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范法 指 建 筑 地 基 基 礎(chǔ) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 （指 建 筑 地 基 基 礎(chǔ) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 （ g b 50007-2002）推薦的沉降計(jì)算方法（以下）推薦的沉降計(jì)算方法（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范法）。簡(jiǎn)稱規(guī)范法）。 在規(guī)范法中，采用在規(guī)范法中，采用 側(cè)限條件下的壓側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)，并應(yīng)用平均附加應(yīng)力系數(shù)計(jì)算，縮性指標(biāo)，并應(yīng)用平均附加應(yīng)力系數(shù)計(jì)算，對(duì)分層求和值采用沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行對(duì)分層求和值采用沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行修正，使計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)測(cè)值。修正，使計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)測(cè)值。圖6-6 平均附加應(yīng)力系數(shù)意義 平均附加應(yīng)力系數(shù)意義如圖所示。將地基視為半無(wú)限各向同性彈性體，平均附加應(yīng)力系數(shù)意

13、義如圖所示。將地基視為半無(wú)限各向同性彈性體，假設(shè)土體側(cè)限條件下壓縮模量假設(shè)土體側(cè)限條件下壓縮模量es不隨深度改變，于是從基底至地基任意深度不隨深度改變，于是從基底至地基任意深度z范圍內(nèi)的壓縮量為范圍內(nèi)的壓縮量為式中式中 a深度為深度為z范圍內(nèi)附加應(yīng)力面積。范圍內(nèi)附加應(yīng)力面積。zzszszeadzedzs00125深層分析 附加應(yīng)力面積附加應(yīng)力面積a也可用附加應(yīng)力系數(shù)也可用附加應(yīng)力系數(shù)k來(lái)表示，來(lái)表示， 式中式中p0 對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)永久組合時(shí)的基底附加壓力，對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)永久組合時(shí)的基底附加壓力， 即荷載作用密度。即荷載作用密度。 為了方便計(jì)算，引進(jìn)平均附加應(yīng)力系數(shù)為了方便計(jì)算，引進(jìn)平均附加應(yīng)力

14、系數(shù) ， 值可查表，表值可查表，表6-6給出均布矩形荷載下平均豎向附加應(yīng)力系數(shù)值，其給出均布矩形荷載下平均豎向附加應(yīng)力系數(shù)值，其他情況可參閱有關(guān)規(guī)范。他情況可參閱有關(guān)規(guī)范。 于是壓縮量計(jì)算公式可改寫(xiě)為于是壓縮量計(jì)算公式可改寫(xiě)為zzzkdzpdza000zkdzz01sezps026深層分析 第第i層土體壓縮量為：層土體壓縮量為： 式中式中 p0 對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)永久組合時(shí)的基底附加壓力（對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)永久組合時(shí)的基底附加壓力（kpa); es i 基礎(chǔ)底面下第基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量（層土的壓縮模量（mpa），應(yīng)取土的自重），應(yīng)取土的自重 應(yīng)力至土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和的應(yīng)力段計(jì)算；應(yīng)力至

15、土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和的應(yīng)力段計(jì)算； zi，zi-1 分別為基礎(chǔ)底面至第分別為基礎(chǔ)底面至第i層土、第層土、第i-1層土底面的距離。層土底面的距離。 ， 分別為基礎(chǔ)底面至第分別為基礎(chǔ)底面至第i層土、第層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均層土底面范圍內(nèi)平均 附加應(yīng)力系數(shù)，可查表。附加應(yīng)力系數(shù)，可查表。i1i)(110iiiisizzeps27深層分析 為了提高計(jì)算精確度，規(guī)范法規(guī)定地基總沉降按上式采用分層總和法得到各層土體壓為了提高計(jì)算精確度，規(guī)范法規(guī)定地基總沉降按上式采用分層總和法得到各層土體壓縮量之和后尚需乘以一沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。于是得到沉降計(jì)算表達(dá)式為：縮量之和后尚需乘以一沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

16、于是得到沉降計(jì)算表達(dá)式為： 式中式中 按分層總和法計(jì)算出的地基變形量；按分層總和法計(jì)算出的地基變形量； 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定，沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定， 也可采用表也可采用表6-7推薦的數(shù)值；推薦的數(shù)值；se0111()niissiiisipsszze ss 表表6-7 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 注：注：fak為地基承載力特征值；為地基承載力特征值； 為沉降計(jì)算范圍（壓縮層）內(nèi)的壓縮模量的當(dāng)為沉降計(jì)算范圍（壓縮層）內(nèi)的壓縮模量的當(dāng)量值，即量值，即 ，其中，其中 , 第第i層土附加應(yīng)層土附加應(yīng)力系數(shù)沿土層厚度的積分值，故力系數(shù)沿土層厚度

17、的積分值，故s 1110iizsiiiiiiizeakdzzzsp /isisiaea e00/nnsnnizepp zss28深層分析壓縮層厚度的確定壓縮層厚度的確定 采用分層總和法計(jì)算時(shí)，需要確定（地基變形）計(jì)算深度。地基變形計(jì)算深采用分層總和法計(jì)算時(shí)，需要確定（地基變形）計(jì)算深度。地基變形計(jì)算深度又稱壓縮層厚度。壓縮層厚度通常根據(jù)荷載作用下地基中位移場(chǎng)分布情況，或度又稱壓縮層厚度。壓縮層厚度通常根據(jù)荷載作用下地基中位移場(chǎng)分布情況，或應(yīng)力場(chǎng)分布情況確定：應(yīng)力場(chǎng)分布情況確定： 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定地基變形計(jì)算深度規(guī)定地基變形計(jì)算深度zn的計(jì)算方法為：的計(jì)算方法為： （

18、1）由深度）由深度zn處向上取表處向上取表6-8中規(guī)定的計(jì)算厚度中規(guī)定的計(jì)算厚度z所得的壓縮量不大于所得的壓縮量不大于zn范范圍內(nèi)總的壓縮量的圍內(nèi)總的壓縮量的2.5，即應(yīng)滿足下式要求（包括考慮相鄰荷載影響）：，即應(yīng)滿足下式要求（包括考慮相鄰荷載影響）： 若由上式確定的計(jì)算深度若由上式確定的計(jì)算深度zn以下還有軟土層，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至軟土以下還有軟土層，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至軟土層中按規(guī)定厚度層中按規(guī)定厚度z計(jì)算的壓縮量滿足上式為止。計(jì)算的壓縮量滿足上式為止。niinss1025. 0b（m） b2 2b4 4b8 8b z（m） 0.3 0.6 0.8 1.0 表表6-8計(jì)算厚度計(jì)算厚度

19、z 29深層分析 （2）當(dāng)無(wú)相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在）當(dāng)無(wú)相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在130m范圍以內(nèi)時(shí)，基礎(chǔ)中點(diǎn)地范圍以內(nèi)時(shí)，基礎(chǔ)中點(diǎn)地基變形計(jì)算深度也可按下式計(jì)算：基變形計(jì)算深度也可按下式計(jì)算：式中式中b 基礎(chǔ)寬度?；A(chǔ)寬度。 （3）遇到基巖，）遇到基巖，zn取至基巖面。取至基巖面。 上述規(guī)定是從位移場(chǎng)角度考慮的，也有從應(yīng)力場(chǎng)角度考慮，如有的地區(qū)上述規(guī)定是從位移場(chǎng)角度考慮的，也有從應(yīng)力場(chǎng)角度考慮，如有的地區(qū)習(xí)慣上常用附加應(yīng)力習(xí)慣上常用附加應(yīng)力 （poz為土的自重應(yīng)力）的方法確定沉降計(jì)算深度。為土的自重應(yīng)力）的方法確定沉降計(jì)算深度。 )ln4 . 05 . 2(bbzn0.1zozp30深層分析

20、雙曲線公式雙曲線公式式中：式中：s soooo待定的基礎(chǔ)最終待定的基礎(chǔ)最終沉降量，沉降量，mmmm；st st在時(shí)間在時(shí)間t( t(從施工期從施工期一半起算一半起算) )時(shí)的實(shí)測(cè)沉降時(shí)的實(shí)測(cè)沉降量，量，mmmm；a a待定的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。待定的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。實(shí)測(cè)沉降與時(shí)間關(guān)系曲線實(shí)測(cè)沉降與時(shí)間關(guān)系曲線ttssat31深層分析32深層分析3.3.4 地基的沉降特性地基的沉降特性33深層分析ucv 反映土的固結(jié)特性：孔壓消散的快慢固結(jié)速度反映土的固結(jié)特性：孔壓消散的快慢固結(jié)速度ucv 與滲透系數(shù)與滲透系數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；成反比；u單位：?jiǎn)挝唬篶m2/s；m2/year，粘性

21、土一般在，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量級(jí)量級(jí)1vwk(1e )ca 212wk 1euutaz 2v2uuctz f 固結(jié)系數(shù)固結(jié)系數(shù):數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 模模 型型34深層分析p 不透水不透水z排水面排水面hzuo2v2uuctz 微分方程：微分方程： 初始條件和邊界條件初始條件和邊界條件5 , 3 , 1meh2zmsinm1p4u1mt4mt , zv22thct2vv 為無(wú)量綱數(shù)，稱為時(shí)間因數(shù)，為無(wú)量綱數(shù)，稱為時(shí)間因數(shù)，反映超反映超靜孔壓消散的程度也即固結(jié)的程度靜孔壓消散的程度也即固結(jié)的程度 方程的解：方程的解：方程求解方程求解 方程的解方程的解35深層分析滲流滲流排水面排水面h滲流滲流z z排水面排水面htv=0tv=0.05tv=0.2tv=0.7tv=u u0 0=p=p 雙面排水的情雙面排水的情況況u上半部和單面排水的上半部和單面排水的解完全相同解完全相同u下半部和上半部對(duì)稱下半部和上半部對(duì)稱方程求解方程求解 固結(jié)過(guò)程固結(jié)過(guò)程36深層分析固結(jié)度的概念固結(jié)度的概念f一點(diǎn)一點(diǎn)m的固結(jié)度：的固結(jié)度：其有效應(yīng)力其有效應(yīng)力zt對(duì)總應(yīng)力對(duì)總應(yīng)力 z的比值的比值uz,t=01：表征一點(diǎn)表征一點(diǎn)超靜孔超靜孔壓的消散程度壓的消散程度 dzdzu1dzdzuzt , zh0zh0t , zt總應(yīng)力分布面積總應(yīng)力分布面積有效應(yīng)力分布面積有效應(yīng)力分布面積zt , zzt , zzzz