地基土的變形課件

地基土的變形基本內(nèi)容：

這是本課程的重點(diǎn)。在學(xué)習(xí)土的壓縮性指標(biāo)確定方法的基礎(chǔ)上，掌握地基最終沉降量計(jì)算原理和地基固結(jié)問(wèn)題的分析計(jì)算方法。學(xué)習(xí)要求：

◆掌握土的壓縮性與壓縮性指標(biāo)確定方法；

◆掌握地基最終沉降量計(jì)算方法；

熟悉不同應(yīng)力歷史條件的沉降計(jì)算方法；

掌握太沙基一維固結(jié)理論；

掌握地基沉降隨時(shí)間變化規(guī)律。概述…1如果在地基上修建建筑物，地基土內(nèi)各點(diǎn)不僅要承受土體本身的自重應(yīng)力，而且要承擔(dān)由建筑物通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地基的荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用，這都將導(dǎo)致地基土體的變形。土體變形可分為：體積變形和形狀變形。本章只討論由正應(yīng)力引起的體積變形，即由于外荷載導(dǎo)致地基內(nèi)正應(yīng)力增加，使得土體體積縮小。在附加應(yīng)力作用下，地基土將產(chǎn)生體積縮小，從而引起建筑物基礎(chǔ)的豎直方向的位移（或下沉）稱(chēng)為沉降。

為什么研究沉降？基礎(chǔ)的沉降量或者各部位的沉降差過(guò)大，那么將影響上部建筑物的正常使用，甚至?xí)＜敖ㄖ锏陌踩?。概述?地基土層發(fā)生變形的主要因素內(nèi)因：土具有壓縮性外因：主要是建筑物荷載的作用建筑物荷載作用，這是普遍存在的因素地下水位大幅度下降施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)振動(dòng)影響，產(chǎn)生震沉溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉固相礦物本身壓縮土中液相水的壓縮土中孔隙的壓縮在外力作用下，土顆粒重新排列，土體體積縮小的現(xiàn)象稱(chēng)為壓縮。通常，均認(rèn)為土體壓縮完全是由于土中孔隙體積減小的結(jié)果。土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程稱(chēng)為土的固結(jié)。土的壓縮性…1土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)土體的變形計(jì)算，需要取得土的壓縮性指標(biāo)，可以通過(guò)室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)得到。

室內(nèi)壓縮試驗(yàn)亦稱(chēng)固結(jié)試驗(yàn)，是研究土壓縮性最基本的方法。

現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)千斤頂逐級(jí)對(duì)置于地基土上的載荷板施加荷載，觀(guān)測(cè)記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量s，并繪制成p-s曲線(xiàn)，即獲得地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。反映土的壓縮性的指標(biāo)主要有壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)和變形模量、體積壓縮系數(shù)。土的壓縮性的高低，常用壓縮性指標(biāo)定量表示，壓縮性指標(biāo)，通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣進(jìn)行。側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)亦稱(chēng)固結(jié)試驗(yàn)。所謂側(cè)限，就是使土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無(wú)側(cè)向變形。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)采用的試驗(yàn)裝置為壓縮儀(下圖)。試驗(yàn)時(shí)將切有土樣的環(huán)刀置于剛性護(hù)環(huán)中，由于金屬環(huán)刀及剛性護(hù)環(huán)的限制，使得土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無(wú)側(cè)向變形。在土樣上下放置的透水石是土樣受壓后排出孔隙水的兩個(gè)界面。壓縮過(guò)程中豎向壓力通過(guò)剛性板施加給土樣，土樣產(chǎn)生的壓縮量可通過(guò)百分表量測(cè)。常規(guī)壓縮試驗(yàn)通過(guò)逐級(jí)加荷進(jìn)行試驗(yàn)，常用的分級(jí)加荷量p為：50，100，200，300，400kPa。土的壓縮是由于孔隙體積減小，所以土的變形常用孔隙比e表示。

側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力特點(diǎn):土的壓縮性…2土的壓縮性…3單向固結(jié)試驗(yàn)或側(cè)限固結(jié)試驗(yàn)土的壓縮變形常用孔隙比e的變化來(lái)表示。根據(jù)固結(jié)試驗(yàn)的結(jié)果可建立壓力p與相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)為土的壓縮曲線(xiàn)。壓縮曲線(xiàn)可以按兩種方式繪制，一種是按普通直角坐標(biāo)繪制的e~p曲線(xiàn)；另一種是用半對(duì)數(shù)直角坐標(biāo)繪制的e~lgp曲線(xiàn)。同一種土的孔隙比并不是固定不變的，所謂的穩(wěn)定也只是指附加應(yīng)力完全轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力而言的。土的壓縮性…5設(shè)土粒體積Vs=1,由三相圖(教材圖3-2)可得:施加壓力p前試件中的固體體積Vs:

e0為土的初始孔隙比施加p后

因此各級(jí)壓力p←→壓縮量s←→孔隙比e→e～p曲線(xiàn)(壓縮曲線(xiàn))

土的壓縮性…6e-p曲線(xiàn)確定壓縮系數(shù)e-logp曲線(xiàn)確定壓縮指數(shù)土的壓縮性…7壓縮指標(biāo)反映土的壓縮性的指標(biāo)主要有壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓縮模量和變形模量、體積壓縮系數(shù)。

壓縮系數(shù)：曲線(xiàn)上任意兩點(diǎn)割線(xiàn)的斜率。可表示為：式中，負(fù)號(hào)表示隨著壓力p的增加，e逐漸減少。壓縮性不同的土，其壓縮曲線(xiàn)的形狀是不一樣的。曲線(xiàn)愈陡，說(shuō)明隨著壓力的增加，土孔隙比的減小愈顯著，因而土的壓縮性愈高。工程上，自重應(yīng)力p1增加到外荷作用土中應(yīng)力p2(自重與附加應(yīng)力之和)土的壓縮性…9為了便于應(yīng)用和比較，通常采用壓力由p1＝100kPa增加到p2＝200kPa時(shí)所得的壓縮系數(shù)a1-2來(lái)評(píng)定土的壓縮性：

工程中，為減少土的孔隙比，從而達(dá)到加固土體的目的,常采用砂樁擠密、重錘夯實(shí)、灌漿加固等方法

a1-2

<0.1MPa-1時(shí)，低壓縮性土0.1≤a1-2

<0.5MPa-1時(shí)，中壓縮性土

a1-2≥0.5MPa-1時(shí)，高壓縮性土

Cc

<0.2時(shí)，低壓縮性土

Cc≥0.4時(shí)，高壓縮性土土的壓縮性…10壓縮模量：土體在完全側(cè)限的條件下，豎向應(yīng)力增量與豎向應(yīng)變?cè)隽康谋戎怠?/p>

Es的倒數(shù)成為土的體積壓縮系數(shù)mv，它表示單位壓應(yīng)力變化引起的單位體積變化(MPa-1)。

Es

>15MPa時(shí)，低壓縮性土15≥Es

>4MPa時(shí)，中壓縮性土

Es<4MPa時(shí)，高壓縮性土土的壓縮性…11回彈曲線(xiàn)和再壓縮曲線(xiàn)壓縮曲線(xiàn)特征：

卸荷時(shí)，試樣bc回彈，可見(jiàn)土體的變形是由可恢復(fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形兩部份組成。

回彈曲線(xiàn)和再壓線(xiàn)曲線(xiàn)構(gòu)成一迴滯環(huán)，土體不是完全彈性體；

回彈和再壓縮曲線(xiàn)比壓縮曲線(xiàn)平緩得多。

再加荷時(shí)的壓力超過(guò)b點(diǎn)，再壓縮曲線(xiàn)就趨于初始?jí)嚎s曲線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)。土體變形機(jī)理非常復(fù)雜，不是理想的彈塑性體，而是具有彈、粘、塑性。土的壓縮性…13土的變形模量：土體在無(wú)側(cè)向約束條件下，豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變的比值。豎向應(yīng)變中包括彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變，稱(chēng)之為變形模量。

變形模量與壓縮模量之間的關(guān)系:變形模量可以由現(xiàn)場(chǎng)靜荷載試驗(yàn)或旁壓試驗(yàn)測(cè)定。為沉降影響系數(shù)。分別證明如下土的壓縮性…14布辛奈斯克解z=0，即地基表面沉降值局部荷載p0(,)作用下M(x,y)點(diǎn)的沉降s均布荷載土的壓縮性…15壓縮模量定義豎向應(yīng)變?nèi)蚴芰η闆r下的應(yīng)變側(cè)限條件下，的應(yīng)變比較即得基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算…1定義

地基土層在建筑物荷載作用下，不斷產(chǎn)生壓縮，直至壓縮穩(wěn)定后地基表面的沉降量稱(chēng)為地基的最終沉降量。

原因

其外因主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力；內(nèi)因是土的碎散性，孔隙發(fā)生壓縮變形，引起地基沉降。

目的

判斷地基變形值是否超出允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，采取相應(yīng)的工程措施，保證建筑物的正常使用。

方法有關(guān)地基沉降量的方法很多，工業(yè)與民用建筑中常見(jiàn)的有分層總和法和《規(guī)范》法，還有彈性理論法和數(shù)值計(jì)算法。

分層總和法簡(jiǎn)介工程上計(jì)算地基的沉降時(shí)，在地基可能產(chǎn)生壓縮的土層深度內(nèi)，按土的特性和應(yīng)力狀態(tài)的變化將地基分為若干(n)層，假定每一分層土質(zhì)均勻且應(yīng)力沿厚度均勻分布，然后對(duì)每一分層分別計(jì)算其壓縮量si，最后將各分層的壓縮量總和起來(lái)，即得地基表面的最終沉降量s，這種方法稱(chēng)為分層總和法。分層總和法的基本思路是：將壓縮層范圍內(nèi)地基分層，計(jì)算每一分層的壓縮量，然后累加得總沉降量。分層總和法有兩種基本方法：e~p曲線(xiàn)法和e～lgp曲線(xiàn)法?；A(chǔ)最終沉降量計(jì)算…2基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算…3計(jì)算原理一般取基底中心點(diǎn)下地基附加應(yīng)力來(lái)計(jì)算各分層土的豎向壓縮量，認(rèn)為基礎(chǔ)的平均沉降量s為各分層上豎向壓縮量Dsi之和，即

幾點(diǎn)假設(shè)地基土為一均勻的、等向的半無(wú)限空間彈性體；計(jì)算部位為基礎(chǔ)中心點(diǎn)O下土柱所受附加應(yīng)力sz進(jìn)行計(jì)算；地基土的變形條件為側(cè)限條件；計(jì)算深度因工程上附加應(yīng)力擴(kuò)散隨深度而減少，計(jì)算到某一深度（受壓層）即可。分層總和法是目前最常用的地基沉降計(jì)算方法基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算…54、計(jì)算分層沉降量si5、最終變形量查e～p曲線(xiàn)計(jì)算中的幾個(gè)問(wèn)題1、有相鄰荷載作用時(shí)，應(yīng)將相臨荷載引起的附加應(yīng)力疊加到基礎(chǔ)自身引起的附加應(yīng)力中去；2、有相鄰荷載時(shí)，我國(guó)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定采用下式確定沉降計(jì)算深度：式中，—由計(jì)算深度向上取厚度為的土層沉降計(jì)算值；

s—計(jì)算深度范圍內(nèi)各個(gè)分層土的沉降計(jì)算值的總和。

具體應(yīng)用時(shí)采用試算法，先假定一個(gè)沉降計(jì)算深度zn

基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算…6（4）求各分層面的豎向附加應(yīng)力并繪分布曲線(xiàn)見(jiàn)圖(a)。該基礎(chǔ)為矩形，屬空間問(wèn)題，故應(yīng)用“角點(diǎn)法”求解。為此，通過(guò)中心點(diǎn)將基底劃分為四塊相等的計(jì)算面積，每塊的長(zhǎng)度L1=5m，寬度B1=2.5m。中心點(diǎn)正好在四塊計(jì)算面積的公共角點(diǎn)上，該點(diǎn)下任意深度zi處的附加應(yīng)力為任一分塊在該點(diǎn)引起的附加應(yīng)力的4倍，計(jì)算結(jié)果如下表所示。例題…