第5章 地基沉降计算
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常用的地基沉降计算方法地基沉降计算是工程施工中非常重要的一项计算工作,它可以用于预测地基沉降的大小和速率,帮助工程师进行地基设计和施工安排。
下面将介绍几种常用的地基沉降计算方法。
1.标贯法:标贯法是用于预测地基沉降的一种常用方法。
它通过在地基中插入一根钢质钻杆并运用连续冲击力将其驱入地基,然后根据所需驱入力和驱入深度来计算地基沉降。
这种方法简单快捷,适用于较小规模的工程。
2.应变曲线法:应变曲线法也是一种常用的地基沉降计算方法。
它通过在地基中安装应变计和标尺,测量地基在不同深度下的应变变化,然后根据应变-应变曲线来计算地基沉降。
这种方法适用于较大规模的工程,但需要一定的测量设备和专业知识。
3.弹性地基沉降计算方法:弹性地基沉降计算方法是一种常用的地基沉降计算方法。
它基于地基的弹性性质,通过分析地基的应力-应变关系来计算地基沉降。
这种方法适用于弹性土层和较小的地基变形。
4.孔隙水压力法:孔隙水压力法是一种基于地下水压力变化来计算地基沉降的方法。
它通过在地基中安装压力计和水位计,测量地下水位和孔隙水压力变化,然后根据孔隙水压力-应力关系来计算地基沉降。
这种方法适用于饱和土层和较高地下水位的情况。
5.数值模拟法:数值模拟法是一种较为精确的地基沉降计算方法。
它通过将地基和加载条件建模,并应用数值计算方法求解其力学行为,然后根据计算结果来预测地基沉降。
这种方法适用于复杂的工程和土层情况,但需要一定的计算资源和专业知识。
综上所述,地基沉降计算方法多种多样,选择适合的方法需要考虑工程规模、土层情况、测量条件和计算资源等因素。
工程师在进行地基沉降计算时应根据实际情况选择合适的方法,并结合实测数据和经验判断,以得到准确可靠的地基沉降预测结果。
6.3 常用的地基沉降计算方法这里所讲的地基沉降量是指地基最终沉降量,目前常用的计算方法有:弹性力学法、分层总和法、应力面积法和考虑应力历史影响的沉降计算法。
所谓最终沉降量是地基在荷载作用下沉降完全稳定后的沉降量,要达到这一沉降量的时间取决于地基排水条件。
对于砂土,施工结束后就可以完成;对于粘性土,少则几年,多则十几年、几十年乃至更长时间。
6.3.1 计算地基最终沉降量的弹性力学方法地基最终沉降量的弹性力学计算方法是以Boussinesq 课题的位移解为依据的。
在弹性半空间表面作用着一个竖向集中力P 时,见图6-5,表面位移w (x, y,o )就是地基表面的沉降量s :E r P s 21μπ-⋅= (6-8)式中 μ—地基土的泊松比;E —地基土的弹性模量(或变形模量E 0);r —为地基表面任意点到集中力P 作用点的距离,22y x r +=。
对于局部荷载下的地基沉降,则可利用上式,根据叠加原理求得。
如图6-6所示,设荷载面积A 内N (ξ,η)点处的分布荷载为p 0(ξ,η),则该点微面积上的分布荷载可为集中力P= p 0(ξ,η)d ξd η代替。
于是,地面上与N点距离r =22)()(ηξ-+-y x 的M (x, y )点的沉降s (x, y ),可由式(6-8)积分求得:⎰⎰-+--=Ay x d d p E y x s 22002)()(),(1),(ηξηξηξμ (6-9)从式(6-9)可以看出,如果知道了应力分布就可以求得沉降;反过来,若沉降已知又可以反算出应力分布。
对均布矩形荷载p 0(ξ,η)= p 0=常数,其角点C 的沉降按上式积分的结果为:021bp E s c ωμ-= (6-10)式中 c ω—角点沉降影响系数,由下式确定:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++=)1ln()11ln(122m m mm m c πω (6-11)式中 m=l/b 。
利用式(6-10),以角点法易求得均布矩形荷载下地基表面任意点的沉降。
沉降量计算方法①用坐标纸按比例绘制土层分布剖面图和基础剖面图,如图所示。
分层总和法计算地基沉降②计算地基土的自重应力σc,土层变化处为计算点。
计算结果按照力的比例尺(如1cm代表100kPa)绘于基础中心线左侧,注意自重应力分布曲线的横坐标只表示该点的自重应力值,应力的方向都是竖直方向。
③计算基础底面的接触压力。
④计算基础底面的附加应力。
⑤沉降计算分层。
为使地基沉降计算比较精确,除按0.4b 和1~2m分层以外,还需考虑下列因素:a.地质剖面图中,不同的土层,因压缩性不同应为分层面;b.地下水位应为分层面;c.基础底面附近的附加应力数值大且曲线的曲率大,分层厚度应小些,使各计算分层的附加应力分布曲线以直线代替计算时误差较小。
⑥计算地基中的附加应力分布。
按分层情况将附加应力数值按比例尺绘于基础中心线的右侧。
例如,深度z处,M点的竖向附加应力σz值,以线段Mm表示。
各计算点的附加应力连成一条曲线KmK′,表示基础中心点O以下附加应力随深度的变化。
⑦确定地基受压层深度zn。
由上图中自重应力和附加应力分布两条曲线,可以找到某一深度处附加应力σz为自重应力σcz的20%,此深度称为地基受压层深度zn。
4)分层总和法特点分层总和法计算沉降的优点是概念比较明确,计算过程及变形指标的选取比较简便,易于理解掌握,适用于不同地基土层的情况。
但是采用上述方法进行建筑物地基沉降计算,并与大量建筑物的沉降观测值比较,发现具有下列规律:①对于中等地基,计算沉降量与实测沉降量相近,即s计≈s 实;②对于软弱地基,计算沉降量远小于实测沉降量,即s计<s 实;③对于坚实地基,计算沉降量远大于实测沉降量,即s计>s 实。
地基沉降量计算值与实测值不一致的原因主要有以下3个方面:①分层总和法计算所作的几点假定,与实际情况不完全相符;②土的压缩性指标试样的代表性、取原状土的技术及实验的准确度都存在问题;③在地基沉降计算中,没有考虑地基、基础与上部结构的共同作用。
基础最终沉降量计算 (1)定义地基土层在建筑物荷载作用下,不断产生压缩,直至压缩稳定后地基表面的沉降量称为地基的最终沉降量。
原因其外因主要是建筑物荷载在地基中产生附加应力;内因是土的碎散性,孔隙发生压缩变形,引起地基沉降。
目的判断地基变形值是否超出允许的范围,以便在建筑物设计时,采取相应的工程措施,保证建筑物的正常使用。
方法有关地基沉降量的方法很多,工业与民用建筑中常见的有分层总和法和《规范》法,还有弹性理论法和数值计算法。
基础最终沉降量计算 (2)分层总和法简介工程上计算地基的沉降时,在地基可能产生压缩的土层深度内,按土的特性和应力状态的变化将地基分为若干(n)层,假定每一分层土质均匀且应力沿厚度均匀分布,然后对每一分层分别计算其压缩量s i,最后将各分层的压缩量总和起来,即得地基表面的最终沉降量s,这种方法称为分层总和法。
分层总和法的基本思路是:将压缩层范围内地基分层,计算每一分层的压缩量,然后累加得总沉降量。
分层总和法有两种基本方法:e~p曲线法和e~lgp 曲线法。
基础最终沉降量计算 (3)计算原理一般取基底中心点下地基附加应力来计算各分层土的竖向压缩量,认为基础的平均沉降量s 为各分层上竖向压缩量D s i 之和,即几点假设地基土为一均匀的、等向的半无限空间弹性体;计算部位为基础中心点O 下土柱所受附加应力s z 进行计算;地基土的变形条件为侧限条件;计算深度因工程上附加应力扩散随深度而减少,计算到某一深度(受压层)即可。
分层总和法是目前最常用的地基沉降计算方法1nii s s ==D ∑计算步骤1、绘制基础中心下地基的自重应力、附加应力分布曲线,求2、确定沉降计算深度(压缩下限深度)如压缩下限下部还有更软的土层,则计算至该土层底面为止;如压缩层内部有基岩,则受压层深度计算至新鲜岩土为为止;3、分层厚度的确定,天然土层交界面及地下水面为特定的分界面。
c s zs 0.20.1z c z c s s s s ≤⎧⎨≤⎩一般土软土0.4(4)i h b or m ≤基础最终沉降量计算 (4)基础最终沉降量计算 (5)4、计算分层沉降量s i5、最终变形量1211i i i i i iie e s h h e ε-D ==+1112ci ci i ip e s s -+=⇒21212i i i izi zi i p p p e p s s -=+D ⎫⎪⇒+⎬D =⎪⎭查e ~p 曲线1nii s s ==D ∑计算中的几个问题1、有相邻荷载作用时,应将相临荷载引起的附加应力叠加到基础自身引起的附加应力中去;2、有相邻荷载时,我国《建筑地基基础设计规范》规定采用下式确定沉降计算深度:式中,—由计算深度向上取厚度为的土层沉降计算值;s —计算深度范围内各个分层土的沉降计算值的总和。