土的压缩性与地基沉降计算-1

nullnull 建筑与土木工程学院授课人：刘 钢2014年2月-2014年4月liugang_leo@126.comnull 建筑与土木工程学院null 建筑与土木工程学院主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 1. 土的变形特性2. 有效应力原理3. 侧限条件下土的压缩性4. 土的压缩性原位测试地基中的应力分布6. 地基最终沉降量7. 应力历史对地基沉降的影响8. 地基回弹和再压缩变形的计算9. 地基沉降与时间的关系10. 建筑物沉降观测与地基允许变形值null 建筑与土木工程学院地 基 沉 降 计 算受荷情况 （土中应力）土的压缩性应力历史回弹再压缩与时间的关系3.1、3.2、3.53.3、3.43.63.73.83.9null 建筑与土木工程学院受荷情况 （土中应力）土的应力状态及应力应变关系土中应力计算自重应力基底压力附加应力有效应力原理null（1）应力分量与符号规定1.应力状态及应力应变关系= 建筑与土木工程学院null材料力学+-+-正应力剪应力拉为正 压为负顺时针为正 逆时针为负压为正 拉为负逆时针为正 顺时针为负土力学 建筑与土木工程学院null（2）地基中常见的应力状态 1）一般应力状态—三维状态 建筑与土木工程学院null2)平面应变条件——二维问题垂直于y轴切出的任意断面的几何形状均相同，其地基内的应力状态也相同； 沿长度方向有足够长度，L/B≧10； 平面应变条件下，土体在x, z平面内可以变形，但在y方向没有变形。 建筑与土木工程学院null应变条件应力条件独立变量==000000000 建筑与土木工程学院null3)侧限应力状态—一维问题水平地基半无限空间体； 半无限弹性地基内的自重应力只与Z有关； 土质点或土单元不可能有侧向位移侧限应 变条件； 任何竖直面都是对称面应变条件AB 建筑与土木工程学院null应变条件应力条件独立变量==00000000000000K0：侧压力系数 建筑与土木工程学院null压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽施加围压，排水阀门始终打开，充分固结 施加偏时，排水阀门始终打开，速度慢足以使孔压消散测定： 轴向应变 轴向应力 体积应变（3）应力应变关系 建筑与土木工程学院null应力应变关系－以某种粘土为例 建筑与土木工程学院null水槽内环环刀透水石试样传压板百分 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 施加荷载，静置至变形 稳定 逐级加大荷载测定： 轴向应力 轴向变形试验结果： 建筑与土木工程学院null应力应变关系－以某种粘土为例 建筑与土木工程学院null 建筑与土木工程学院常规三轴试验与侧限压缩试验应力应变关系曲线的比较null 建筑与土木工程学院2.土中应力计算土中应力计算自重应力基底压力附加应力null③ 均匀一致各向同性体 （土层性质变化不大时）② 线弹性体 （应力较小时）① 连续介质 （宏观平均）与(x, y, z)无关 与方向无关 理论 方法——弹性力学解求解“弹性”土体中的应力——解析方法优点：简单，易于绘成图表等碎散体非线性 弹塑性成层土 各向异性Δσεεpεe线弹性体加载卸载 建筑与土木工程学院null（1）土体自重应力的计算假定：水平地基半无限空间弹性体 有侧限应变条件一维问题定义：在修建建筑物以前，地基中由土体本身的有效 重量而产生的应力。目的：确定土体的初始应力状态 建筑与土木工程学院null成层地基均质地基竖直向：水平向：竖直向：水平向：容重：地下水位以上用天然容重γ 地下水位以下用浮容重γ’γ2γ3γ1 建筑与土木工程学院null自重应力分布线的斜率是容重； 自重应力在等容重地基中随深度呈直线分布； 自重应力在成层地基中呈折线分布； 在土层分界面处和地下水位处发生转折。均质地基成层地基 建筑与土木工程学院null(2)基底压力计算基底压力：基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接触压力。基底压力附加应力地基沉降变形基底反力基础结构的外荷载上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。影响因素 计算方法 分布规律上部结构基础地基建筑物设计暂不考虑上部结构的影响，使问题得以简化；用荷载代替上部结构。 建筑与土木工程学院null1）影响因素基底压力基础条件刚度 形状 大小 埋深大小 方向 分布土类 密度 土层结构等荷载条件地基条件 建筑与土木工程学院null抗弯刚度EI=∞ → M≠0； 反证法: 假设基底压力与荷载分布相同，则地基变形与柔性基础情况必然一致； 分布: 中间小, 两端无穷大。2）基底压力分布弹性地基，绝对刚性基础基础抗弯刚度EI=0 → M=0； 基础变形能完全适应地基表面的变形; 基础上下压力分布必须完全相同，若不同将会产生弯矩。条形基础，竖直均布荷载弹性地基，完全柔性基础null弹塑性地基，有限刚度基础— 荷载较小 — 荷载较大砂性土地基粘性土地基— 接近弹性解 — 马鞍型 — 抛物线型 — 倒钟型 建筑与土木工程学院null根据圣维南原理，基底压力的具体分布形式对地基应力计算的影响仅局限于一定深度范围；超出此范围以后，地基中附加应力的分布将与基底压力的分布关系不大，而只取决于荷载的大小、方向和合力的位置。3）实用简化计算基底压力的分布形式十分复杂简化计算方法： 假定基底压力按直线分布的材料力学方法基础尺寸较小 荷载不是很大 建筑与土木工程学院null荷载条件竖直中心竖直偏心倾斜偏心基础形状矩形条形P’—单位长 度上的荷载基础形状与荷载条件的组合 建筑与土木工程学院nullPP中心荷载偏心荷载 建筑与土木工程学院nulleB/6: 出现拉应力区eeK3KPPP基底压力合力与总荷载相等土不能承受拉力压力调整K=B/2-e矩形面积单向偏心荷载 建筑与土木工程学院nullBePPPvPh倾斜偏心荷载分解为竖直向和水平向荷载，水平荷载引起的基底水平应力视为均匀分布。条形基础竖直偏心荷载 建筑与土木工程学院null（3）地基中附加应力的计算竖直 集中力矩形面积竖直均布荷载矩形面积竖直三角形荷载水平 集中力矩形面积水平均布荷载竖直线布荷载条形面积竖直均布荷载圆形面积竖直均布荷载特殊面积、特殊荷载条形面积竖直三角形分布荷载 建筑与土木工程学院null竖直 集中力矩形内积分矩形面积竖直均布荷载矩形面积竖直三角形荷载水平集中力矩形内积分矩形面积水平均布荷载线积分竖直线布荷载宽度积分条形面积竖直均布荷载圆内积分圆形面积竖直均布荷载L/B≥10 建筑与土木工程学院null1）竖直集中力作用下的附加应力计算－布辛内斯克课题PMxyzrRβM’（P；x,y,z；R, α, β)αnull查表3.2集中力作用下的 应力分布系数 建筑与土木工程学院null2)矩形面积竖直均布荷载作用下的附加应力计算a. 角点下的垂直附加应力 ——B氏解的应用查表3.3pMm=L/B, n=z/Bnullb. 任意点的垂直附加应力—角点法矩形面积内矩形面积外两种情况：荷载与应力间 满足线性关系叠加原理角点下垂直附加 应力的计算公式地基中任意点的附加应力角点法 建筑与土木工程学院null3)矩形面积竖向三角形分布荷载作用下的附加应力计算查表3.4 建筑与土木工程学院null4)条形面积竖直均布荷载作用下的附加应力计算pM查表3.5 建筑与土木工程学院null5)条形面积竖向三角形分布荷载作用下的附加应力计算查表3.6 建筑与土木工程学院null3、有效应力原理土＝孔隙水固体颗粒骨架+三相体系对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？孔隙气体+总应力总应力由土骨架和孔隙流体共同承受它们如何传递和相互转化？它们对土的变形和强度有何影响？受外荷载作用Terzaghi （1923） 有效应力原理 固结理论土力学成为独立的学科孔隙流体 建筑与土木工程学院null1. 饱和土中的应力形态PSPSVaaPSA：Aw：As：土单元的断面积颗粒接触点的面积孔隙水的断面积a-a断面通过土颗粒的接触点有效应力σ’a-a断面竖向力平衡：u：孔隙水压力 建筑与土木工程学院null饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分σ’ 和u，并且一般地，有效应力总应力已知或易知孔隙水压测定或算定通常, 建筑与土木工程学院null③孔隙水压力的作用 对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献，并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力对土的强度没有直接的影响； 它在各个方向相等，只能使土颗粒本身受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量很大，故土粒本身压缩变形极小。因而孔隙水压力对变形也没有直接的影响，土体不会因为受到水压力的作用而变得密实。①变形的原因 颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动—与 σ’ 有关； 接触点处应力过大而破碎—与 σ’ 有关。试想： 海底与土粒间的接触压力哪一种情况下大？1mσz=u=0.01MPa104mσz=u=100MPa ②强度的成因 凝聚力和摩擦—与σ’ 有关（2）土的变形与强度都只取决于有效应力 建筑与土木工程学院null静水条件地下水位地下水位下降引起σ’ 增大的部分σ’=σ-uu=γwH2u=γwH2σ’=σ-u =γH1+γsatH2-γwH2 =γH1+(γsat-γw)H2 =γH1+γ’H2地下水位下降会引起σ’增大，土会产生压缩，这是城市抽水引起地面沉降的一个主要原因。 建筑与土木工程学院null 建筑与土木工程学院谢谢大家！不当之处，敬请指正！