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1、高等基础工程学,一、绪论二、土的基本特性三、沉降四、承载力五、基坑工程六、桩基工程七、地基处理,目 录,一、绪论二、土的基本特性三、沉降四、承载力五、基坑工程六、桩基工程七、地基处理,目 录,三、沉降,3.1 概述3.2 地基中的应力3.3 沉降组成3.4 沉降随时间变化3.5 土体压缩性指标确定,3.1 概述,沉降原因：（1）地基中产生附加应力；（2）土体具有压缩性,3.1 概述,种类：总沉降，不均匀沉降，倾斜，局部倾斜危害：（1）影响使用功能；（2）引起结构开裂不同建（构）筑物对沉降要求不同 DD,地下水位降低引起建筑物附加沉降,地下水位降低引起地基有效应力增加，产生沉降例如：水位下降2m
2、，引起地基有效应力增加20kPa，相当于地面堆载1m,邻近建筑物荷载引起既有建筑不均匀沉降,膨胀性土的影响,土体中粘粒含量多土体性质受含水量影响大塑性指数和液限指数大,膨润土的微结构及双电层,3.2 地基中的应力,自重应力：土体自重引起的应力，通过骨架传递附加应力：外荷载作用所引起的应力，如基础荷载施工应力：施工扰动引起的应力，如打桩挤土等,Boussinesq解和Mindlin解（单相介质）,竖向集中力下的地基附加应力作用于地基表面（Boussinesq解）作用于地基内部（Mindlin解）,竖向应力分布等值线,（a）条形荷载（b）方形荷载,竖向应力分布规律,饱和土介质（两相介质）,点荷载作
3、用下初始有效应力，初始孔压及位移解,饱和土中条形荷载下初始解,条形荷载作用下的初值解,式中：,饱和土中条形荷载下初始应力和孔压分布,超静孔隙水压力,竖向有效应力,初始孔压和有效应力沿深度分布,X=0 X=1/2B,实例分析高速公路拓宽工程,填土4m，拓宽路堤4.5m，原路堤13m,初始附加有效应力决定瞬时沉降初始孔压决定固结沉降根据初始附加有效应力和孔压分布确定地基处理的范围,3.3 地基沉降组成,瞬时沉降(Ss)不排水条件下，地基土体侧向变形形成的沉降主固结沉降(Sc)孔压消散，有效应力增加，地基固结产生的沉降次固结沉降(Ss)土骨架上有效应力不变情况下，土体蠕变引起的沉降,饱和地基瞬时沉降
4、(Ss),弹性地基瞬时沉降 瞬时沉降是由于加荷瞬时地基中的附加有效应力产生的。要计算瞬时沉降，只需对有效应力引起的竖向应变积分即可。传统矩形面积或圆形面积荷载算法：条形面积荷载算法：,式中：,条形荷载作用下的瞬时沉降,软土的压缩性,土的结构性是指土颗粒和孔隙的性状、排列型式及颗粒之间力的相互作用。成因：风化、淋洗、卸荷、次固结及离子反应等因素。由于成因的不同，结构性的强弱程度及其稳定性也有所差异。绝大多数的天然沉积土都具有一定程度的结构性。,软粘土的室内和现场试验,固结压缩试验三轴固结排水试验现场十字板试验,固结压缩试验,初始孔隙比：薄壁土样1.9，普通土样1.7薄壁土样存在明显的屈服点,固结
5、试验,固结系数：原状土是扰动土的515倍。,室内三轴固结排水试验,软土结构性：主应力差达峰值结构破坏残余应力,十字板试验,塑料排水板施工导致土体强度平均降低45%,扰动及其对沉降的影响,根据柱孔扩张理论计算得到施打排水板引起地基处理区的扰动程度约为30%左右日本学者奥村指出土体的结构受到扰动破坏短期内很难恢复的Akagi(1981)试验分析了砂井施工扰动对土体十字板强度的影响，指出砂井施工扰动程度为20%40%，国内学者的工程实测数据也证实了这一点,扰动程度越大，压缩曲线越向下移不同扰动程度的土体，其压缩曲线最终交于 0.42e0点,软土压缩曲线的校正方法Schmertmann（1955）方法
6、,软土压缩曲线的校正方法Nagaraj(1990)方法,没有表现土的结构性变化过程试验要求的固结压力过大，很难实现，且校正曲线不便于工程应用,压缩曲线由四段组成 1.水平段（AB）；2.弹性压缩段(BC)；3.结构破坏突降段（CD）；4.重塑压缩段(DE)，最终交于0.42e0点。结构屈服应力比,软土压缩曲线的校正方法,主固结沉降(Sc),次固结沉降(Ss),3.3 地基沉降组成,瞬时沉降(Ss)不排水条件下，地基土体侧向变形形成的沉降主固结沉降(Sc)孔压消散，有效应力增加，地基固结产生的沉降次固结沉降(Ss)土骨架上有效应力不变情况下，土体蠕变引起的沉降总沉降：S=Ss+Sc+Ss 固结沉
7、降和次固结沉降与时间有关,3.4 沉降随时间的变化（固结理论，Sc）,有效应力小于结构屈服应力时，结构性软土的固结系数基本为一常数；当有效应力接近屈服应力时，固结系数迅速降低；当有效应力大于结构屈服应力时，固结系数又趋于一常数。,结构性软土大面积荷载一维固结理论,结构破坏,结构未破坏,Z,0,Zm,底面不排水,固结系数和渗透系数简化模型,和Terzaghi 固结理论比较,地基有效应力随时间变化,地基中的孔压及其消散,T3年 t10年,结构性软土砂井地基固结理论,径向和竖向组合排水条件下，地基中平均超静孔隙水压力分布,当；取,结构性软土砂井地基固结理论,设 和 分别为土体达到其结构屈服应力时的临
8、界固结度和临界固结时间，则,当：,结构性软土砂井地基固结理论,结构性软土砂井地基固结算例分析,土结构性对砂井地基固结性状的影响明显，不容忽略，在固结过程中可以根据土结构性和加载条件对一定深度范围内的土体固结速率加以控制，使一定深度范围内土体在短期内达到较大的强度增长，起到调控地基承载力和稳定性的作用，某深度土体的固结速率可依据公式 进行加载控制。随着加载时间的延长，近地面处固结沉降渐趋于结束，沉降量减少，而下卧层固结还在持续发展，后期沉降中下卧层压缩将占较大比例。因此，准确预测下卧层的沉降发展规律，对以变形控制的深厚软基处理（尤其未打穿处理情况）具有重要的意义。,工后沉降,施工结束后未完成的沉
9、降包括：部分主固结沉降和大部分次固结沉降工后沉降 Spost（1Ut)Sc+SsUt：施工期结束时地基的固结度,3.5 土体压缩性指标,Keywords:clay,undrained shear strength,normally consolidated,overconsolidated,CPT确定土体压缩模量,Keywords:sand,clay,Bowles,粘性土Es1-2和Es之间的关系,根据压缩试验和原位试验估算的不同土质的压缩模量,标贯击数和比贯入阻力随深度变化,载荷板试验确定土体弹性模量,Keywords:settlement,elastic range,coefficient
10、 of subgrade reaction,load,载荷板试验的影响深度,Keywords:width,settlements,sand,四、承载力,地基的破坏模式,整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏,承载力的几个基本概念,临塑荷载（a点）极限荷载（b点）P1/4 在中心垂直荷载作用下，塑性区的最大深度zmax可以控制在1/4基础宽度，相应的荷载P1/3,压力沉降关系曲线,太沙基承载力理论,淤泥质粘土16m厚cu=15 kPa 地基承载力=75 kPac=0,=2628 地基承载力=2000 kPa,杜湖水库,设计关键问题：控制加载速率和孔压上升,砂井:2997根,直径 0.42 m,长1214 m,三角形布置,间距3 m 控制加载速率,杜湖水库,现场监测 大坝稳定性监测,孔压与填筑高度的关系,杜湖水库,填筑过程中土体强度指标变化（10年）(十字板试验),Month/Year Height of filling,1980年,cu=70 kPa,地基承载力=350 kPa,强度指标的取值,由三轴固结不排水试验确定的有效应力强度参数宜用于分析地基的长期稳定性（例如土坡的长期稳定分析，估计挡土结构物的长期土压力、位于软土地基上结构物的地基长期稳定分析等）；而对于饱和软粘土的短期稳定问题，则宜采用不固结不排水试验的强度指标，以总应力法进行分析。,谢谢！,
