土力学与基础工程 教学课件 作者 代国忠 第4章 土的压缩性与地基沉降计算(2).ppt

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1、4.2土的压缩性测试方法上次课内容回顾:载荷试验；静力触探；旁压试验等。试验方法(侧限压缩试验)土的压缩系数a；土的压缩指数Cc(回弹指数Ce)。侧限压缩模量ES4.3土的压缩性原位测试4.1概述1、定义——地基土层在建筑物荷载作用下，不断地产生压缩，直至压缩稳定后地基表面的沉降量称为的最终沉降量。2、地基沉降的原因——①外因：附加应力；②内因：土具有碎散性，孔隙发生压缩变形。3、计算目的——在建筑设计中需预知该建筑物建成后将产生的最终沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜，判断地基变形值是否超过允许的范围，以便在建筑物设计时，为

2、采取相应的工程措施提供科学依据，保证建筑物的安全。4、计算方法①弹性理论法②分层总和法③《规范》推荐法4.4地基的最终沉降量计算4.4.1弹性理论法计算沉降布西奈斯克（Boussinesq）给出了在弹性半空间表面作用一个竖向集中力P时，半空间内任意点（至作用点的距离为R）处引起的应力和位移的弹性力学解答，地基内任意一点的竖向位移为：1.柔性基础下地基的沉降令令令矩形荷载中心点O处的沉降量是虚线划分的四个相同小矩形角点O的沉降量之和:小矩形的长宽比:中心点的沉降:即矩形荷载中心点沉降量为角点沉降量的两倍:令则:局部荷载作用下

3、的地面沉降（绝对柔性基础，沉降呈碟形）对于一般基础（柱下独立基础）都具有一定的抗弯刚度，因而沉降依基础刚度的大小而趋于均匀。中心荷载作用下的基础沉降可以近似地按绝对柔性基础基底平均沉降计算。即对均布矩形荷载，上式积分结果为：2.刚性基础下的沉降计算（绝对刚性基础）对于中心荷载下的刚性基础（无筋扩展基础），假设它具有无限大的抗弯刚度，受荷沉降后基础不发生挠曲，因而基底各点的沉降量处处相等。在基底范围内：基础静力平衡条件：联合求解：为了便于查表计算，可将以上各式写成统一的形式，即地基表面沉降的弹性力学公式如下：3.刚性基础倾斜

4、的弹性力学公式刚性基础的倾斜影响系数刚性基础承受单向偏心荷载时，沉降后基底为倾斜平面，基底形心处的沉降（即平均沉降）计算。取圆形基础：矩形基础：4.4.2分层总和法1.计算原理1）地基土为均匀、各向同性的半无限空间弹性体。在建筑物荷载作用下，土中的应力—应变呈直线关系。因此，可应用弹性理论方法计算地基中的附加应力。2）计算部位选择。按基础中心点O下土柱所受附加应力σz来计算，这是因为基础底面中心点下的附加应力为最大值。当计算基础倾斜时，要以倾斜方向基础两端点下的附加应力进行计算。3）在竖向荷载作用下，地基土的变形条件为侧限

5、条件，即在建筑物荷载作用下，地基土层只发生竖向压缩变形，不发生侧向膨胀变形。因而在沉降计算时，可以采用实验室测定的侧限压缩性指标a和Es数值。4）沉降计算深度，理论上应计算至无限大，工程上因附加应力扩散随深度而减小，计算至某一深度（即受压层）即可。受压层以下的土层附加应力很小，所产生的沉降量可忽略不计。若受压层以下有软弱土层时，应计算至软弱土层底部。2.基本假定分层总和法计算地基最终沉降量3.计算方法和步骤【解】1）绘柱基及地基土的剖面图。9)柱基中点总沉降量。4.4.3《建筑地基基础设计规范》推荐沉降计算法(应力面积法)

6、对大量建筑物进行沉降观测，并与分层总和法计算相对比发现：①中等强度地基，计算沉降量与实测沉降量相接近；②软弱地基，计算沉降量小于实测沉降量，最多可相差40%；③坚实地基，计算地基沉降量远大于实测沉降量，最多竞相差5倍。分析计算地基沉降量与实测沉降量差别的原因：①分层总和法所作的几点假定，与实际情况不完全符合。②土的压缩性指标的代表性、取原状土技术及试验准确度存在问题。③在地基沉降计算中，未考虑地基、基础与上部结构的共同作用。《地基规范》还对分层总和法的计算步骤进行了简化，采用了“应力面积”的概念，可以按地基土的天然层面分层

7、，使计算工作得以简化。1．计算公式基础沉降分层示意《地基规范》法计算公式推导2．《地基规范》法计算公式推导1）分层总和法计算第i层土压缩量。2）附加应力的面积计算。其中：则有：4）第层土的压缩量。5）地基总沉降量计算。6）引入计算经验系数Ψs，即得《规范》法地基沉降计算公式。3．地基沉降计算深度zn1）无相邻荷载基础中点下。当无相邻荷载影响，基础宽度在1—30m范围内时，基础中点的地基变形计算深度也可按下列简化公式计算。2）考虑相邻荷载的影响，应满足下式要求。4．沉降计算经验系数【解】1）求基础底面附加压力。4）确定基础最

8、终沉降量。4.4.4相邻荷载对地基沉降的影响1.相邻荷载影响的原因相邻荷载产生附加应力扩散时，产生应力叠加，引起地基的附加沉降。许多建筑物因没有充分估计相邻荷载的影响，而导致不均匀沉降，致使建筑物墙面开裂和结构破坏。相邻荷载对地基变形的影响在软土地基中尤为严重，在软弱地基中，这种附加沉降可达自身引起沉降