第3章 地基土中的應(yīng)力計(jì)算

1、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土力學(xué)與地基基礎(chǔ) Soil Mechanics and Foundation 教師: 張丹 電話.:Email : 第第3章章 地基土中的應(yīng)力計(jì)算地基土中的應(yīng)力計(jì)算地基土中存在應(yīng)力是地基產(chǎn)生變形的主要原因。地基土中存在應(yīng)力是地基產(chǎn)生變形的主要原因。自重應(yīng)力自重應(yīng)力: 建造建筑物之前，由于建造建筑物之前，由于土本身自重土本身自重，地基中已經(jīng)存在應(yīng)力，這種由土，地基中已經(jīng)存在應(yīng)力，這種由土的自身重量在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力。的自身重量在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力。附加應(yīng)力附加應(yīng)力: 當(dāng)?shù)鼗脸惺墚?dāng)?shù)鼗脸惺芙ㄖ锖奢d建筑物荷載時，地基原有的應(yīng)力狀態(tài)

2、發(fā)生了改變，地基時，地基原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了改變，地基中產(chǎn)生新的應(yīng)力增量，增量部分稱為附加應(yīng)力。中產(chǎn)生新的應(yīng)力增量，增量部分稱為附加應(yīng)力。地基土中一點(diǎn)總應(yīng)力為地基土中一點(diǎn)總應(yīng)力為自重應(yīng)力自重應(yīng)力和和附加應(yīng)力附加應(yīng)力之和。之和。附加應(yīng)力附加應(yīng)力才是引起地基產(chǎn)生新的變形、導(dǎo)致地基產(chǎn)生沉降的原因。才是引起地基產(chǎn)生新的變形、導(dǎo)致地基產(chǎn)生沉降的原因。3.1 土層自重應(yīng)力的計(jì)算土層自重應(yīng)力的計(jì)算1. 豎向自重應(yīng)力豎向自重應(yīng)力 對于均勻土（土中的重度對于均勻土（土中的重度），在地表以下深度），在地表以下深度 z 處的豎向自重應(yīng)力：處的豎向自重應(yīng)力：cz=z 2. 水平自重應(yīng)力水平自重應(yīng)力 土中任意深度土中任

3、意深度 z 處的水平自重應(yīng)力：處的水平自重應(yīng)力：cx=cy=K0cz（K0土的測壓系數(shù)）土的測壓系數(shù)） 土體水平自重應(yīng)力與豎向自重應(yīng)力成正比。土體水平自重應(yīng)力與豎向自重應(yīng)力成正比。3. 地下水對自重應(yīng)力的影響地下水對自重應(yīng)力的影響 對于地下水位以下的土，由于受到水的浮力作用，土的重度減輕，計(jì)對于地下水位以下的土，由于受到水的浮力作用，土的重度減輕，計(jì)算時采用土的有效重度算時采用土的有效重度=sat-w。 當(dāng)水位下降時，原水位以下自重應(yīng)力增加，自重應(yīng)力增加會造成當(dāng)水位下降時，原水位以下自重應(yīng)力增加，自重應(yīng)力增加會造成地表大幅沉降；地表大幅沉降； e.g. 近年來華北東部地區(qū)大范圍地面沉降就是由于

4、長期過量開采地近年來華北東部地區(qū)大范圍地面沉降就是由于長期過量開采地下水使地下水位下降造成的。下水使地下水位下降造成的。 當(dāng)水位上升時，對設(shè)有地下室的建筑或地下建筑工程地基的防潮當(dāng)水位上升時，對設(shè)有地下室的建筑或地下建筑工程地基的防潮不利。不利。4. 不透水層的影響不透水層的影響 由于不透水層中不存在水的浮力，作用在不透水層及層面以下的土的由于不透水層中不存在水的浮力，作用在不透水層及層面以下的土的自重應(yīng)力，應(yīng)等于上覆自重應(yīng)力，應(yīng)等于上覆土土和和水水的總重。的總重。e.g. 某地基土層剖面如圖某地基土層剖面如圖2-4所示，試計(jì)算各土層自重應(yīng)力。所示，試計(jì)算各土層自重應(yīng)力。填土底層、地下水位處、

5、粉質(zhì)黏土層底、淤泥層底、不透水層層面、鉆孔底填土底層、地下水位處、粉質(zhì)黏土層底、淤泥層底、不透水層層面、鉆孔底3.4 土的壓縮性土的壓縮性 沉降沉降：在附加應(yīng)力作用下，地基土產(chǎn)生體積縮小，從而引起建筑物基礎(chǔ)豎直方向：在附加應(yīng)力作用下，地基土產(chǎn)生體積縮小，從而引起建筑物基礎(chǔ)豎直方向的位移。的位移。土的壓縮性土的壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的特性。：土在壓力作用下體積縮小的特性。研究土壓縮性的常用方法，通常有研究土壓縮性的常用方法，通常有室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（固結(jié)試驗(yàn)）室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（固結(jié)試驗(yàn)）、現(xiàn)場原位測試現(xiàn)場原位測試。土壓縮性的組成固體土顆粒被壓縮土中水及封閉氣體被壓縮水和氣體從孔隙中被擠出水槽水槽內(nèi)

6、環(huán)內(nèi)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀透水石透水石試樣試樣傳壓板傳壓板百分表百分表施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定逐級加大荷載逐級加大荷載測定：測定：軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力軸向變形軸向變形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果：一、壓縮試驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果曲線一、壓縮試驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果曲線二、壓縮性指標(biāo)二、壓縮性指標(biāo)，KPaKPa-1-1或或MPaMPa-1-11、壓縮系數(shù)：壓縮系數(shù)：dpdea實(shí)際工程中，往往用割線斜率表示：實(shí)際工程中，往往用割線斜率表示：1221ppeepetgae 0100200 3004000.60.70.80.91.0ep(kPa)壓縮曲線上任一點(diǎn)的切線斜率壓縮曲線

7、上任一點(diǎn)的切線斜率a的值，稱為土的壓縮系數(shù)。的值，稱為土的壓縮系數(shù)。土的類別土的類別a1-2 (MPa-1)高壓縮性土高壓縮性土大于等于大于等于0.5中壓縮性土中壓縮性土0.1-0.5低壓縮性土低壓縮性土小于小于 0.1土的壓縮性z2 2、壓縮模量、壓縮模量 土體在完全側(cè)限情況下土體在完全側(cè)限情況下, ,豎向附加應(yīng)力豎向附加應(yīng)力 與豎向應(yīng)變增量與豎向應(yīng)變增量 之比為之比為壓縮模量壓縮模量: :zzaeddEzzs11 低壓縮性土低壓縮性土中壓縮性土中壓縮性土高壓縮性土高壓縮性土15sEMPa4 15sEMPa4sEMPa11zszdeEda3.5 地基最終沉降量計(jì)算地基最終沉降量計(jì)算地基最終沉

8、降量地基最終沉降量：地基土在建筑物荷載作用下，變形完全穩(wěn)定時基底處：地基土在建筑物荷載作用下，變形完全穩(wěn)定時基底處的最大豎向位移。的最大豎向位移。確定地基最終沉降量的目的：確定地基最終沉降量的目的： 確定建筑物最大沉降量；確定建筑物最大沉降量； 求沉降差：相鄰獨(dú)立基礎(chǔ)沉降量之差；求沉降差：相鄰獨(dú)立基礎(chǔ)沉降量之差； 確定建筑物的傾斜以及局部傾斜；確定建筑物的傾斜以及局部傾斜； 判斷沉降是否超過容許值，以便為建筑物設(shè)計(jì)值采取相應(yīng)的措施提供依據(jù)，判斷沉降是否超過容許值，以便為建筑物設(shè)計(jì)值采取相應(yīng)的措施提供依據(jù)，保證建筑物的安全。保證建筑物的安全。例題：例題：3.6 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間

9、的關(guān)系1、固結(jié)的概念、固結(jié)的概念 固結(jié)固結(jié)：土體在外力作用下，壓縮變形隨時間增長的過程。：土體在外力作用下，壓縮變形隨時間增長的過程。土體完成壓縮過程所需的時間與土的土體完成壓縮過程所需的時間與土的滲透性滲透性有關(guān)。有關(guān)。無粘性土無粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差透水性差，水不易排出水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間粘性土粘性土3.6 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的關(guān)系一、土的滲透性一、土的滲透性 滲流：滲流：水透過孔隙流動。水透過孔隙流動。 滲透性：滲透性：土具有讓水等液體通過的性質(zhì)。土具有讓水等液體通過的性

10、質(zhì)。二、土的有效應(yīng)力原理二、土的有效應(yīng)力原理飽和土體所受的飽和土體所受的總應(yīng)力總應(yīng)力等于等于有效應(yīng)力有效應(yīng)力和和孔隙水壓力孔隙水壓力之和。之和。u三、滲透固結(jié)沉降與時間關(guān)系三、滲透固結(jié)沉降與時間關(guān)系固結(jié)固結(jié)：土體在外力作用下，壓縮變形隨時間增長的過程。：土體在外力作用下，壓縮變形隨時間增長的過程。土體完成壓縮過程所需的時間與土的土體完成壓縮過程所需的時間與土的滲透性滲透性有關(guān)。有關(guān)。2、與固結(jié)有關(guān)的施工方法、與固結(jié)有關(guān)的施工方法 慢速加荷法慢速加荷法 如果工期緊，需要縮短固結(jié)時間，可采用：如果工期緊，需要縮短固結(jié)時間，可采用：（1）砂井排水砂井排水：在地基土中，做很多集水井，即砂井，可以大大加

11、快：在地基土中，做很多集水井，即砂井，可以大大加快排水速度。排水速度。 將砂灌入織袋放進(jìn)孔內(nèi)形成井，袋裝砂井用作擠密土層，排出地將砂灌入織袋放進(jìn)孔內(nèi)形成井，袋裝砂井用作擠密土層，排出地下水，從而使土壤固結(jié)和土層擠密，以提高土壤的承載力。下水，從而使土壤固結(jié)和土層擠密，以提高土壤的承載力。 （2）超載預(yù)壓法超載預(yù)壓法：先堆置比建筑物荷載大的堆土，待固結(jié)完成后卸：先堆置比建筑物荷載大的堆土，待固結(jié)完成后卸載。載。3、關(guān)于計(jì)算方面的問題：由于排水固結(jié)，地基在某一時間的沉降量；、關(guān)于計(jì)算方面的問題：由于排水固結(jié)，地基在某一時間的沉降量；地基到達(dá)某一沉降量所需時間。地基到達(dá)某一沉降量所需時間。根據(jù)根據(jù)“先期固結(jié)應(yīng)力先期固結(jié)應(yīng)力”與與“現(xiàn)在所受的固結(jié)應(yīng)力現(xiàn)在所受的固結(jié)應(yīng)力”之比，將土層分為：之比，將土層分為： 正常固結(jié)土正常固結(jié)土 土層先期固結(jié)壓力土層先期固結(jié)壓力=現(xiàn)有覆蓋土的自重應(yīng)力。現(xiàn)有覆蓋土的自重應(yīng)力。 超固結(jié)土超固結(jié)土 土層先期固結(jié)壓力土層先期固結(jié)壓