当前课程知识点:高等土力学 > 第5章 土的压缩与固结 > 5.2 土的压缩与地基的沉降 > 5.2.2 土的压缩与地基的沉降2
下面讨论引起地基沉降的原因
这些因素包括建筑物荷重
环境荷载和其它原因
建筑物荷重引起的沉降包括两部分
一是土体形变引起的沉降
可在瞬时完成
另一部分是压缩或者剪缩引起的沉降
土体固结时孔隙比或者体积发生变化
随时间而发展
是一个固结的过程
在环境荷载中
土体干缩引起的沉降取决于
土体失水后的性质
易形成硬壳层
地下水位下降
使土层内有效应力增大
沉降随时间而发展
一些城市地面下沉
就是由于大量抽取地下水
引起地下水位下降所致
还有其它很多因素可引起地基沉降
我们可以列举出很多因素
及其引起地基沉降的机理
例如
振动可引起土粒重新排列
甚至液化 震陷
引起的沉降量视振动性质
与土的密度 含水量而异
土体浸水湿陷或软化
可使土体结构破坏
丧失黏聚力或矿物软化
膨胀土遇水膨胀 失水收缩
地下洞穴及冲刷
引起的沉降不规则
但有可能很严重
化学或生物化学腐蚀
也可能引起沉降
矿井或采空区
地下管道垮塌
基坑开挖引起的沉降可能很严重
还有整体剪切 形变引起的沉降
如蠕变 滑坡
这种沉降一般不规则
冻融变形引起的地基沉降
随土的湿度与温度而变化
一般也不规则
这是广州某地面塌陷的照片
2019年12月1日上午
广州地铁十一号线
沙河地铁站施工区域出现路面塌陷
一辆清污车和一辆电动单车掉落其中
造成3人遇难
事发后塌陷最深有38米左右
并且在发生第一次塌陷之后
又陆续出现了多次塌陷
底部形成了类似于流沙的不固定泥层
下面我们学习沉降的分类和计算方法
这个图给出了
地基受建筑物荷重作用后的沉降过程曲线
按产生时间先后
沉降可分为三部分
1、瞬时沉降Si
发生在加荷的瞬时
对于饱和土
即不排水条件下土体形变引起的沉降
2、固结沉降Sc
土体在外荷作用下
产生的超静孔隙水压力迫使土中水外流
土体孔隙减小
导致地基沉降
由于孔隙水排出需要时间
这一分量是时间的函数
3、次压缩沉降Ss
它基本上发生在
土中超静孔隙水压力完全消散以后
是在恒定有效应力作用下的沉降
上述三种分量
其实是相互搭接的
无法截然分开
只不过在某时段以一种分量为主而已
我们先看瞬时沉降Si的确定方法
以直径为B的圆形面积上
作用有均布荷载的情况为例进行说明
假定水平均匀地基的厚度为H
弹性模量和泊松比分别为E和ν
瞬时沉降发生在加荷的瞬时
对于饱和黏土
即为不排水条件下
即无体积变化条件下
v=0.5
土体形变引起的沉降
右下图给出了不排水条件下
瞬时沉降在最终沉降量中所占的比例
瞬时沉降所占比例与H/(B/2)有关
对于一维压缩的假设条件
H/(B/2)=0
则瞬时沉降为零
随着H/(B/2)增加
瞬时沉降所占比例逐渐增加
该比例还与泊松比v’有关
随着v’增加
该比例逐渐增加
v’=0.5时
全部沉降均为瞬时沉降
下面我们学习瞬时沉降的计算方法
先讨论简单的情况
用弹性理论计算集中荷载P作用下
水平地基的瞬时沉降
此时水平地基简化为
弹性半无限空间
根据弹性理论可得
距集中荷载作用点距离r处的
地面瞬时沉降量为
Si=p/πEr*(1-v*v)
接着我们计算矩形面积
均布荷载作用下水平地基的瞬时沉降
根据弹性理论可求得
不同位置处水平地基的瞬时沉降量为
Si=qB*(1-v*v)*I/E
B为矩形宽度
I为修正系数
与形状计算点位置有关
砂土地基也可用上述公式
但应采用E′ ν′代替E ν
这个表给出了不同形状基础的
修正系数I的数值
对于矩形基础
随着长宽比的增加
边角处的I值是中心处的一半
最后一行给出了圆形基础的I值
可以进一步给出考虑基础埋深
和地基有限厚度的瞬时沉降量的计算公式
基础下平均瞬时沉降量为:
Si=μ0*μ1*qB/E
μ0为考虑基础埋深D的修正系数
μ1为考虑地基压缩层厚度H的修正系数
对于饱和黏土
泊松比 v为0.5
这里给出了μ0和μ1的图解法
上图给出了μ0的取值方法
纵坐标为μ0
横坐标为D/B
每条线上的数值为基础的长宽比L/B
可以看出 给定L/B
随着D/B的增加
μ0减小
给定D/B
随着L/B的增加
μ0增加
下图给出了μ1的取值方法
纵坐标为μ1
横坐标为H/B
每条线上的数值为基础的长宽比
可以看出
给定L/B
随着H/B的增加
μ1增加
给定H/B
随着L/B的增加
μ1增加
在前面的计算中我们假定地基是弹性的
实际上地基土并非弹性
可能会发生屈服
因而应对上面求得的瞬时沉降进行修正
具体来说就是除以小于1的修正系数SR
Si’=Si/SR
SR称为沉降比
根据如下两个参数确定
1、荷载q与极限承载力qult之比
2、初始剪应力比f
这里给出了SR的图解法
三个图分别是H/B为0.5 1.0和1.5的情况
在每个图中
横坐标为荷载与极限承载力之比
q/qult
纵坐标为SR
每条线上的数值为初始剪应力比f
由单张图可以看出
随着q/qult的增加
SR减小
随着f的增加
SR减小
比较三张图可以看出
随着H/B的增加
SR减小
总的来看
参数f和q/qult对SR的影响比较大
H/B的影响较小
这里给出了瞬时沉降计算的程序
1、估算f值
2、进行不排水稳定性分析
求取qult和q/qult
3、结合H/B查图求取SR
4、根据弹性理论求取Si
5、根据Si和SR
求取修正后的瞬时沉降量Si'
土体在外荷作用下
产生的超静孔隙水压力u
迫使土中水外流
土的孔隙减小
形成地面下沉
由于孔隙水排出需要时间
固结沉降是时间的函数
它是饱和黏土地基沉降的主要部分
关于固结沉降Sc的具体计算方法
将在后面给出
下面讨论次压缩沉降Ss的计算
如前所述
次压缩沉降基本上发生在
土中超静孔隙水压力完全消散以后
是在恒定的有效应力作用下的沉降
它源于土的流变性
拟似先期固结压力的主要成因之一
是由于土承担恒定长期荷载引起了次压缩
这是前面给出的次压缩系数的定义
根据次压缩系数可以计算出次压缩沉降量
Ss=Cα/(1+e0)*lg(t/tc)*H
t和tc分别是
从主固结过程开始起算的时间
和主固结完成时的时间
现在我们对沉降量计算做一小结
总沉降量包括瞬时沉降
固结沉降和次压缩沉降
如式1
瞬时沉降先按式2计算
然后再按式3修正
固结沉降可按式4计算
具体计算方法在下节给出
次压缩沉降按式5计算
第二节结束
-0.1 岩土工程的学科特点与发展
-0.2 土力学学科的发展历史
-0.3 岩土工程实践的发展
-0.4 理论与工程的检验
-0.5 岩土工程的可持续发展
-第0章 绪论-作业
-1.0 概述
--1.0 概述
--1.0 概述-作业
-1.1 室内试验
--1.1 室内试验-作业
-1.2 模型试验
--1.2 模型试验
--1.2 模型试验-作业
-1.3 原位测试与现场观测
--1.3 原位测试与现场观测-作业
-1.4 试验的检验与验证
-2.1 概述
--2.1 概述
--2.1 概述-作业
-2.2 应力和应变
--2.2 应力和应变-作业
-2.3 土的应力变形特性
--2.3 土的应力变形特性-作业
-2.4 土的弹性模型
--2.4 土的弹性模型-作业
-2.5 土的弹塑性模型的一般原理
--2.5 土的弹塑性模型的一般原理-作业
-2.6 剑桥模型
--2.6 剑桥模型-习题
-2.7 其它典型弹塑性模型
--2.7 其它典型弹塑性模型-作业
-3.1 概述
--3.1 概述-作业
-3.2 土的抗剪强度的机理
--3.2 土的抗剪强度的机理-作业
-3.3 土的强度与土的物理性质
--3.3 土的强度与土的物理性质-作业
-3.4 影响土的强度的外部因素
--3.4 影响土的强度的外部因素-作业
-3.5 土的排水与不排水强度
--3.5 土的排水与不排水强度-作业
-3.6 土的强度理论
--3.6 土的强度理论-作业
-3.7 黏性土的抗拉强度
--3.7 黏性土的抗拉强度-作业
-4.1 概述
--4.1 概述
--4.1 概述-作业
-4.2 饱和土的渗透性和基本方程
--4.2 饱和土的渗透性和基本方程-作业
-4.3 饱和土二维渗流和流网
--4.3 饱和土二维渗流和流网-作业
-4.4 饱和渗流数值计算方法
--4.4 饱和渗流数值计算方法-作业
-4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力
--4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力-作业
-4.6 非饱和土土水特征曲线
--4.6 非饱和土土水特征曲线-作业
-4.7 非饱和土的渗透性和数值计算
--4.7 非饱和土的渗透性和数值计算-作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 土的压缩与地基的沉降
--5.2 土的压缩与地基的沉降-作业
-5.3 地基沉降的计算方法
--5.3 地基沉降的计算方法-作业
-5.4 单向固结的普遍方程及一般问题
--5.4 单向固结普遍方程及一般问题-作业
-5.5 土的三维固结理论
--5.5 土的三维固结理论-作业
-5.6 关于土体固结的其他问题简介
--5.6 关于土体固结的其他问题简介-作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 边坡稳定分析方法
-6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法
-6.4 极限平衡法边坡稳定分析的一些结论
-6.5 塑性力学上下限定理简介
-6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析
-6 边坡稳定分析-作业