土力学 地基沉降量计算

第五章 土的压缩性与沉降计算§ 5.1 基本概念一、地基土在上部结构荷载作用下产生应力和变形⎩⎨⎧→→形状变形（剪破）体积变形（不破坏）zx yz xy z y x τττσσσ,,,,地基的竖直方向变形即为沉降三相土受力后的变形包括⎩⎨⎧排出土孔隙中的水和空气的，相互挤紧）土颗粒压缩（重新排列土体积减小的过程土体压缩性：指的是在压力作用下体积减小过程的特性，包括两个方面：1． 1． 压缩变形量的绝对大小（沉降量大） 2． 2． 压缩变形随时间的变化（固结问题）一、一、 工程意义地基的沉降有均匀沉降与不均匀沉降1． 1． 均匀沉降对路桥工程的上部结构危害较小，但过量的 均匀沉降也会导致路面标高的降低，桥下净空的减小而影响正常的使用。

2． 2． 不均匀沉降则会造成路堤的开裂，路面不平，超静定结构，桥梁产生较大的附加应力等工程问题，甚至影响其正常使用。

沉降计算是地基基础验算的重要内容，也是土力学的重要课题之一§5.2 研究土体压缩性的方法及变形指标一、一、 压缩试验与压缩性规律土体积的变小是孔隙体积变小的结果，研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验。

对一般工程情况来说，或在压缩土层厚度比荷载面宽度小很多的情况下常用侧限压缩试验来研究土的压缩性。

试验室用以进行土的侧限压缩试验的仪器称为压缩仪（固结仪），如图5-1 所示 透水石以便土中水的排出传压活塞向土样施加压力。

由于环刀所限，增压或减压是土样只能在铅直方向产生压缩或回胀，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。

试验采用压缩仪进行压缩试验是研究土的压缩性最基本的方法，有上述已知，试样土粒本身体积是假定不变的，即()112211211,11,e h he e h e h v v s s +∆=∆+=+=，因此，试样在各级压力pi 作用下的变形，常用孔隙比e 的变化来表示。

（一）e-p 曲线的表示方法如右图所示е0a 曲线为压缩曲线 ab 曲线为减压曲线 ba’为才压缩曲线当在压的压力超过试样所曾经受过的最大压力后，其e-p 曲线很快就和压缩曲线的延长线重合如图a’c 所示。

沉降量计算公式1. 什么是沉降？沉降指的是土地表面在一段时间内的下沉或抬升，常见于建筑物或其他重型设施施工后。

沉降量的大小与地层的性质、施工方式、建筑物质量等多种因素有关。

2. 沉降量的计算公式沉降量的计算需要考虑土壤的变形及建筑物的载荷，因此计算公式也分为多种方法。

其中，比较常见的是弹性沉降和地基不均匀沉降的计算方法。

弹性沉降的计算公式为：△h=E×△b/2×[1-(1-v^2)/Epl]式中：△h为沉降量，E为弹性模量，△b/2为建筑物载荷作用面的下降值，v为泊松比，Epl为等效弹性模量。

地基不均匀沉降的计算公式为：△h=∑[Zi/Gi×(qi-△p)]×[1+∑(dZi/Di)×(qi-△p)]式中：Zi、Gi、qi、△p代表第i层的厚度、剪切模量、第i层的土层压力和建筑物自重引起的土压力，dZi、Di分别为第i层的厚度变化和刚度变化。

3. 沉降量的实际应用沉降量是设计和施工过程中需要考虑的重要因素。

在建筑物和其他重要设施的施工过程中，如果未考虑到沉降量的大小及其对工程的影响，可能会导致建筑物结构变形、裂缝等问题的出现。

沉降量的计算公式可以帮助工程师们对土层的变形及建筑物的载荷进行科学计算和合理预测，从而制定出更为准确的施工方案和使用方案。

同时，沉降量的实际检测工作也十分重要，可以为施工和使用中的管理提供数据支撑和指导。

4. 总结沉降量的计算公式有多种，需要根据实际场景和建筑物质量等条件综合考虑。

同时，实际应用中需要进行科学检测和数据记录，以确保施工和使用的安全性和持久性。

如果您需要进行相关计算和检测工作，建议咨询相关专业机构和专业人士的意见。

规范法计算地基沉降地基沉降是指地基在使用过程中由于地下土层的自然沉降或人为原因引起的下沉变形。

地基沉降会对建筑物的安全性和使用性造成严重影响，因此需要进行规范法计算来评估地基沉降的影响程度和采取相应的修筑措施。

一、地基沉降的分类地基沉降可分为自然沉降和人为沉降两类。

自然沉降是指由于地下土层的孕细孕化导致的沉降，一般较为缓慢。

人为沉降是指人类活动引起的地基下沉，如地下开挖、填方等。

二、地基沉降的计算方法地基沉降的计算方法主要包括解析法和数值法两种。

1. 解析法解析法是利用经验公式和解析解进行地基沉降计算的方法。

其中，最常用的方法是采用弹性理论，根据弹性土力学原理进行计算。

具体步骤如下：（1）确定地基的刚度参数，包括地基的动力模量和泊松比等；（2）根据地基的荷载情况，计算地基的应力分布；（3）根据弹性土力学公式，计算地基的沉降量。

2. 数值法数值法是利用有限元法进行地基沉降计算的方法。

它通过将地基划分为一系列小的单元，建立节点和单元之间的力平衡关系和位移关系，通过求解这些方程组来获得地基的沉降情况。

三、地基沉降的规范要求地基沉降的规范要求主要包括以下几方面内容：1. 土质分类和地基刚度参数的确定：根据地基的具体情况，确定地基的土质分类和刚度参数，有助于准确评估地基沉降的可能性。

2. 荷载计算：根据建筑物的荷载情况，计算地基所受的荷载，并确定地基的应力分布。

荷载计算是地基沉降计算的前提和基础。

3. 地基沉降计算方法：根据地基的具体情况，选择适合的地基沉降计算方法，进行地基沉降的评估。

4. 沉降限值：根据建筑物的使用要求和地基的承载能力，确定地基沉降的限制范围。

一般情况下，地基沉降限值应满足建筑物正常使用的要求。

5. 沉降监测和处理措施：对于可能存在较大地基沉降的地区，应进行沉降监测，并根据监测结果采取相应的处理措施，以确保建筑物的安全性和使用性。

四、地基沉降的影响及防治措施地基沉降会对建筑物产生严重影响，如建筑物的倾斜、开裂等。

教学内容设计及安排第一节土的压缩性【基本内容】 【工程实例】土体压缩性——土在压力（附加应力或自重应力）作用下体积缩小的特性。

地基土压缩－→地基的沉降 沉降值的大小取决于⎩⎨⎧性、各土层厚度及其压缩地基土层的类型、分布布建筑物荷载的大小和分地基土的压缩实质 减少。

会被压缩，也会被排出部分）；）不变；但会被排出（孔隙水体积（不变；土粒体积（v as V V V V ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧ω)土的固结——土体在压力作用下其压缩量随时间增长的过程。

【讨论】土体固结时间长短与哪些因素有关？一、侧限压缩试验及e －p 曲线1．侧限压缩试验（固结试验）侧限——限制土样侧向变形，通过金属环刀来实现。

试验目的——研究测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的各项压缩指标。

试验设备——固结仪。

2．e －p 曲线要绘制e －p 曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比——e 。

如何求e ？看示意图：设试样截面积为A ，压缩前孔隙体积为V v0，土粒体积为V S0，土样高度为H 0，孔隙比为e 0（已测出）。

压缩稳定后的孔隙体积为V v ，土粒体积为V S ，土样高度为H 1，孔隙比为e ，S 为某级压力下样式高度变化（用测力计测出），cm 。

依侧限压缩试验原理可知：土样压缩前后试样截面积A 不变，V S0＝V S1，则有：)1(000e H Se e +-= 利用上式计算各级荷载P 作用下达到的稳定孔隙比e ，可绘制如图3-2所示的e －p 曲线，该曲线亦被称为压缩曲线。

常规试验中，一般按P =50kPa 、100 kPa 、200 kPa 、400 kPa 四级加荷，测定各级压力下的稳定变形量S ，然后由式（3-2）计算相应的孔隙比e 。

压缩曲线⎪⎩⎪⎨⎧—压缩性低。

—平缓著。

土的孔隙比减少得愈显量作用下，—说明在相同的压力增—越陡二、压缩性指标1．压缩系数 dpde-=α α——压缩系数，MP a －1，负号表e 随P 的增长而减小。

土力学地基的沉降计算
其中，ΔH是地基沉降的总值，ΔHe是有效应力引起的沉降，ΔHw
是孔隙水压引起的沉降。

ΔHe的计算可以使用弹性理论和位移法来求解。

首先，需要确定地
基承载力与应力之间的关系，通常使用地基计算中的标准试验来获取地基
的参数，如剪切模量、泊松比等。

然后根据载荷的大小和地基的参数，可
以计算出地基的应力分布。

根据应力和土壤的力学性质，可以计算出地基
的应力引起的沉降。

ΔHw的计算是根据孔隙水压力引起的沉降来求解的。

孔隙水在土体
中的运动是一个复杂的过程，需要考虑渗流速度、土体的渗透系数等因素。

根据达西定律和修正哥白尼公式，可以得到孔隙水压力的计算公式。

然后
根据渗流速度和孔隙水压力的变化，可以计算出孔隙水压引起的沉降。

经验法是根据多年的实践经验总结出的经验公式进行计算。

这些公式
通常是将地基沉降与土体的物理性质和承载力相关联的经验关系。

但是这
种方法的精度有限，只适用于特定条件下的特定土壤。

分析法是基于理论计算的方法，能够更准确地计算地基沉降。

分析法
通常使用数值模拟技术，如有限元法、有限差分法等，将土体和孔隙水分
别划分为多个小单元，然后计算每个单元的位移和应力，并根据位移和应
力的变化来求解总沉降。

分析法需要进行较多的计算，但是能够更全面地
考虑土体的复杂性和多样性。

综上所述，土力学地基沉降计算是一个涉及到土力学、排水理论和弹
性理论的复杂问题。

通过合理选择计算方法和准确获取土体参数，可以进
行准确的地基沉降计算，为工程设计和施工提供可靠的依据。