【文章內(nèi)容簡介】 ） 即可反算地基土的變形模量 E， 如下式： () SBpE 02 )1( ?? ??式中 p0載荷試驗 ps曲線比例界限 a點對應(yīng)的荷載 ， kPa。 s相應(yīng)于 ps曲線上 a點的沉降 ， cm。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 (c) ? ?Zxyy EE ????? ???167。 .4 土的壓縮性原位測試 167。 載荷試驗 土的變形模量 E與壓縮模量 Es的關(guān)系 ⑴ E與 Es的關(guān)系 ⑵ 公式 ()的證明 ①據(jù)壓縮模量定義 ES＝ σ Z/λ Z，可得豎向應(yīng)變： () SS EEE ??? ???????????? 121 2λ Z＝ σ Z/ES (a) ② 在三向受力情況下的應(yīng)變?yōu)?(廣義虎克定律 )： (b) ? ?zyXz EE ????? ???(d) ? ?yXzz EE ????? ??? 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 (c) ? ?Zxyy EE ????? ???167。 .4 土的壓縮性原位測試 167。 載荷試驗 土的變形模量 E與壓縮模量 Es的關(guān)系 ⑵ 公式 ()的證明 ③ 在側(cè)限條件下， λ x＝ λ y=0，由式（ b）、（ c）可得： (b) ? ?zyXz EE ????? ???(d) ? ?yXzz EE ????? ???(e) Zyx ???????? 1???1( 即為土的側(cè)壓力系數(shù) K0或 ξ ,對照 ) σ cx=σ cy=k0σ cz(kPa) (將式 （ e） 代入 （ d） 式得： (f) EZz??????????????? 121 2比較式 （ a） λ Z＝ σ Z/ES 與式 （ f） 得： (g) EE s11211 2??????????? ?? 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .4 土的壓縮性原位測試 167。 載荷試驗 土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系 ⑵ 公式 ()的證明 (g) EE s11211 2??????????? ??() sE?????????????121E 2即 ,121 2 則令??????????????E＝ βES (’) 式中 β 是一個與土的 種類 、 土的 狀態(tài) 和土的泊松比 μ 有關(guān)的系數(shù) ， 其數(shù)值 小于 1。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .4 土的壓縮性原位測試 167。 載荷試驗 土的變形模量 E與壓縮模量 Es的關(guān)系 ⑵ 公式 ()的證明 E＝ βES (’) (‘） 式所表示的 E與 ES關(guān)系 ， 是 理論關(guān)系 。 實際上 。 由于現(xiàn)場載荷試驗與室內(nèi)壓縮試驗均存在某些 難以考慮的因素 ， 如土樣擾動 、 加荷速率 、 壓縮穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)等兩者之間的差異 ， 此外 μ 值也難以精確確定 。 因此 ， 上述理論式難以準(zhǔn)確反映 E與 ES之間的實際關(guān)系 。 一般說來 ， 硬土 的 E值比 β ES大數(shù)倍 ； 而 軟土 的 E與 β ES則 比較接近 。 ⑶ 公式 ()‘的說明 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .4 土的壓縮性原位測試 167。 載荷試驗 關(guān)于靜載荷試驗 靜載荷試驗在現(xiàn)場進(jìn)行 ， 對地基土 擾動小 ， 測出的指標(biāo)能 較好地反映土的壓縮性質(zhì) 。 因此 ， 有的國家規(guī)范對計算地基沉降采用靜載荷試驗測定的壓縮性指標(biāo) 。 但是靜載荷試驗 時間長 ， 費(fèi)用大 ， 對于軟粘土 ， 由于土的滲水性小 ， 也 難以測得穩(wěn)定變形量 ， 再則靜載荷試驗 影響深度有限 ， 一般只能達(dá)到承壓板邊長的 ～ 2倍 。 對于深層土 ， 可在鉆孔內(nèi)用小型承壓板借助鉆桿進(jìn)行深層載荷試驗 。 但由于在地下水位以下清理孔底困難和受力條件復(fù)雜等原因 ， 數(shù)據(jù)不易準(zhǔn)確 。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .4 土的壓縮性原位測試 167。 旁壓試驗 試驗原理 上述載荷試驗 ， 如基礎(chǔ)埋深很大 ， 則試坑開挖很深 ， 工程量太大 ， 不適用 。 若地下水較淺 ， 基礎(chǔ)埋深在地下水位以下 ， 則載荷試驗無法使用 。 在這類情況時 ， 可采用旁壓試驗 。 旁壓試驗是現(xiàn)代地基原位測試的一種新方法 。 適用于原位測定粘性土 、 粉土 、 砂土 、 軟質(zhì)巖石和風(fēng)化巖石 。 試驗設(shè)備與操作方法 ⑴ 成孔工具 —— 麻花鉆或勺形鉆 ⑵ 旁壓器 ⑶ 加壓穩(wěn)壓裝置 ⑷ 土體變形量測系統(tǒng) 試驗結(jié)果的整理計算 ⑴ 壓力校正。每級試驗的壓力表讀數(shù)，加靜水壓力，扣除橡膠膜的約束力。 ⑵ 土體變形校正。測管水位下降值扣除儀器綜合變形校正值。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .4 土的壓縮性原位測試 167。 旁壓試驗 試驗結(jié)果的整理計算 ⑶ 繪制旁壓曲線 ⑷ 地基承載力 f f=p0ξγh () ⑸ 地基土的變形模量 E (kPa) () ? ?mrSS pEt2200 1 ????式中 St與比例界限荷載 p0對應(yīng)的測管水位下降值 ， cm； S0由 p— s曲線直線段延長與縱坐標(biāo)交點即為 s0值 ， cm； μ 土的側(cè)膨脹系數(shù) （ 泊松比 ） ， 查表 ； r試驗鉆孔的半徑 ， cm；由下式計算： m旁壓系數(shù) ， 1/cm； 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .4 土的壓縮性原位測試 167。 旁壓試驗 試驗結(jié)果的整理計算 ⑹ 地基土的壓縮模量 Es。 對壓縮模量 Es5Mpa的粘性土與粉土，可用下式計算： (MPa) () ? ? 2200 ???? rSSpEts ? 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .5 地基中的應(yīng)力分布 為了對建筑物地基基礎(chǔ)進(jìn)行 沉降 （ 變形 ） 、 強(qiáng)度 與 穩(wěn)定性分析 ， 必須掌握建筑 前后 土中 應(yīng)力的分布和變化 情況 。 目前土中應(yīng)力計算主要采用 彈性理論求解 ， 其假定地基是均勻 、 連續(xù) 、 各向同性的半無限彈性體 。 這種假定雖 與土體的實際情況不盡相同 ，因地基往往具有明顯的層理構(gòu)造 ， 是成層的非均勻的各向異性體， 但其 計算簡單 ， 且實踐證明 ， 當(dāng)基底壓力在一定范圍內(nèi) ， 彈性理論的計算結(jié)果能滿足實際工程的要求 。 土中應(yīng)力一般包括 自重應(yīng)力 和 附加應(yīng)力 。 土的自重應(yīng)力是指建造建筑物之前 ， 由于土體本身 受重力作用而引起的應(yīng)力 ；附加應(yīng)力則是指建造建筑物后 ， 由于 建筑物荷載作用在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力 ，它是引起地基沉降的主要原因 。 在計算由建筑物引起的附加應(yīng)力時， 基礎(chǔ)底面的 壓力分布 是不可缺少的條件 。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .5 地基中的應(yīng)力分布 167。 土層自重應(yīng)力 定義 —— 在未修建筑物之前，由土體本身自重引起的應(yīng)力稱為土的自重應(yīng)力，記為 σ C。 σcz=γZ (’) ⑴ 均質(zhì)土的自重應(yīng)力 ①豎向自重應(yīng)力 地面下任意 Z（ m）處的豎向自重應(yīng)力，可取作用于該水平面上任一單位面積的土柱自重 γ Z 1計算。即 計算 在計算土的自重應(yīng)力時 ， 地基可看作為半無限體 ， 也就是說土體在水平方向和地面以下都是半無限的 。 因此 ， 當(dāng)?shù)鼗猎谧灾貞?yīng)力作用下只能產(chǎn)生豎向變形 ， 而無側(cè)向位移及剪切變形存在 。 σcz沿水平面均勻分布，且與 Z成正比，即隨深度呈線性增加。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .5 地基中的應(yīng)力分布 167。 土層自重應(yīng)力 σcx= σcy = k0σcz (’’) ⑴ 均質(zhì)土的自重應(yīng)力 ①豎向自重應(yīng)力 計算 ⑵ 成層土的自重應(yīng)力 —— 一般情況下，天然地基往往由成層所組成，各土層重度不同，深度 Z處的豎向自重應(yīng)力 σ cz如圖 ，按下式計算： ② 水平向自重應(yīng)力及剪應(yīng)力 τxy= τyz = τzx=0 (’’’) () ????????niiinn hhhhh1332211cz ?????? ?式中 γ i第 i層土的天然重度 ， KN/m3；地下水位以下一般用浮重度 γ ’。… 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .5 地基中的應(yīng)力分布 167。 土層自重應(yīng)力 應(yīng)注意的幾點 ⑴ 在此所討論的自重應(yīng)力是指土顆粒之間 接觸點 傳遞的粒間應(yīng)力，故又稱為 有效 自重應(yīng)力； ⑵ 一般土層形成地質(zhì)年代較長，在自重作用下 變形早已穩(wěn)定 ，故自重應(yīng)力不再引起建筑物基礎(chǔ)沉降，但對 近期沉積 或 堆積 的土層以及 地下水位升降 等情況， 尚應(yīng)考慮自重應(yīng)力作用下的變形 ； ⑶ 當(dāng)?shù)叵滤灰韵侣癫赜?不透水層 (如巖石、堅硬粘土層等 )時，層面及層面以下土的自重應(yīng)力 應(yīng)計入層面以上水的重力 。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .5 地基中的應(yīng)力分布 167。 基礎(chǔ)底面接觸壓力分布及簡化計算 建筑物的荷載通過基礎(chǔ)傳遞給地基 ， 在基礎(chǔ)底面與地基之間產(chǎn)生接觸壓力 ， 通常稱為 基底壓力 ， 它也是地基作用于基礎(chǔ)底面的 反力 。 計算地基附加應(yīng)力以及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ， 都必須研究基底壓力的分布規(guī)律 。 實驗表明 ， 基礎(chǔ)底面接觸壓力的分布圖形取決于下列因素： ① 地基與基礎(chǔ)的相對剛度； ② 荷載大小與分布情況； ③ 基礎(chǔ)埋深大?。? ④ 地基土的性質(zhì)等 。 基底壓力的分布和計算是個復(fù)雜的課題。 實測資料 ⑴ 柔性基礎(chǔ) （如土壩、路基及油罐薄板） 的剛度很小，在垂直荷載作用下沒有抵抗彎曲變形的能力，基礎(chǔ)隨著地基一起變形，因此柔性基礎(chǔ)基底接觸壓力分布與其上部荷載分布情況相同，在中心受壓時，為均勻分布，圖 。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .5 地基中的應(yīng)力分布 167。 基礎(chǔ)底面接觸壓力分布及簡化計算 實測資料 ⑵ 剛性基礎(chǔ) （ 如塊式整體基礎(chǔ) )本身剛度大大超過土的剛度，這類基礎(chǔ)底面的接觸壓力分布圖形很復(fù)雜，要求地基與基礎(chǔ)的變形必須協(xié)調(diào)一致。 ① 馬鞍形 分布 當(dāng)荷載較小 、 中心受壓時 ， 剛性基礎(chǔ)下接觸壓力呈馬鞍形分布 。 ② 拋物線 分布 當(dāng)上部荷載加大 ， 基礎(chǔ)邊緣地基土中產(chǎn)生塑性變形區(qū) ， 即局部剪裂后 ， 邊緣應(yīng)力不再增大 ， 應(yīng)力向基礎(chǔ)中心轉(zhuǎn)移 ， 接觸壓力為拋物線形 。 ③ 鐘形 分布 當(dāng)上部荷載很大 、 接近地基的極限荷載時 ，應(yīng)力圖形又變成 鐘形。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .5 地基中的應(yīng)力分布 167。 基礎(chǔ)底面接觸壓力分布及簡化計算 工程簡化計算 上述基底接觸壓力呈各種 ， 應(yīng)用不便 。 鑒于目前尚無既精確又簡便的有關(guān)基底接觸壓力的計算方法 ， 在實用上通常采用下列簡化計算法 。 式 中 p基礎(chǔ)底面的平均壓力 ， kPa。 N上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力設(shè)計值 ， KN； G基礎(chǔ)自重設(shè)計值和基礎(chǔ)上的土重標(biāo)準(zhǔn)值的 總和 ，KN； (G＝ γ GAd γ G為基礎(chǔ)及其上填土的平均重度 ， 常取 20KN/m3 ,地下水位以下部分應(yīng)扣除 10kN/m3 的浮力； d為基礎(chǔ) 平均埋深 ， 須從設(shè)計地面或室內(nèi)外平均設(shè)計地面算起 。 A同下 ） A基礎(chǔ)底面面積 ， m2。 （ A＝ bL b、 L為基礎(chǔ)的長邊 、 短邊 ） ⑴ 中心荷載 —— 當(dāng)上部豎向荷載的合力通過基礎(chǔ)底面的形心 O點時，基礎(chǔ)底面接觸壓力均勻分布，并按下式計算： () AGNp ??如為 條形 基礎(chǔ)，基礎(chǔ)長度大于寬度的 10倍 ， 通常沿基礎(chǔ)長度方 向取 1m來計算。此時公式（ ）中的 N、 G值為每延米內(nèi)的相 應(yīng)值， A即為基礎(chǔ)寬度 b。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計算 167。 .5 地基中的應(yīng)力分布 167。 基礎(chǔ)底面接觸壓力分布及簡化計算 工程簡化計算 ⑵ 偏心荷載 —— 在單向偏心荷載作用下，可將基底長邊方向取與偏心方向一致，此時兩短邊邊緣最大壓 .力 Pmax與最小壓力 Pmin設(shè)計值，可按材料力學(xué)短柱偏心受壓公式計算： () ?????? ?? beARp 61maxm i n 式中 Pmax、 、 最小壓力設(shè)計值 ， KN； R作用