规范法求最终沉降量
土力学第四章土的变形性质及地基沉降计算【优秀完整版】可编辑全文
s
VV1e0
Vs 1
压缩前
VV2 e
Vs 1
压缩后
H0 Hi H0si 1e0 1ei 1ei
si
e0 ei 1 e0
H0
ei
e0
si H0
1e0
e0
ds10w1
压力p与相应的稳定孔隙比的关系曲线称为压缩曲线。
a图：压力与加荷历时 关系。
b图：各级压力下，试 样孔隙比随时间的变化 过程。
(1) 压缩系数
P1——一般指地基某深度处土中竖向自重应力； P2——地基某深度处自重应力与附加应力之和； e1——相应于p1作用下压缩稳定后土的孔隙比； e2——相应于p2作用下压缩稳定后土的孔隙比；
ataα nΔee1e2 Δp p2p1
用单位压力增量 所引起的孔隙比的改 变，即压缩曲线的割 线坡度表征土的压缩 性的高低。
原始压缩曲线是由直线或折线组成，通过Cc或Ce两个压缩性指标即可计算，使用方便。
分层总和法计算地基的最终沉降量
1 Mpa-1
属低压缩性土。
1、土的压缩性：地基土在压力作用下体积减小的特性。
由e~p或e~lgp曲线求得
土体在无侧向变形条件下，竖直应力与竖向应变之比。
该式称为一维固结微分方程，
OCR>1 超固结状态
在整个固结过程中，土的渗透系数、压缩系数视为常数。
土层的平均固结度是时间因数Tv的单值函数，它与所加的附加应力的大小无关，但与土层中附加应力的分布形态有关。
分层总和法计算地基的最终沉降量
我国《建筑地基基础设计规范》规定
变形模量与压缩模量之间的关系
压缩模量Es：土在完全侧限条件下，竖向正应力与相应 的变形稳定情况下的竖向应变的比值。
第六章__分层总和法和规范法计算的例子
b=4m
3.计算基底压力 G G Ad 320kN
F G p 110 kPa A
4.计算基底附加压力
p0 p d 94kPa
5.计算基础中点下地基中附加应力 用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长l=b=2m， σz=4Kcp0,Kc由表确定
z(m) 0 1.2 2.4 4.0 5.6 7.2 z/b 0 0.6 1.2 2.0 2.8 3.6 Kc σz(kPa) σc(kPa) σz /σc 0.2500 94.0 16 0.2229 83.8 35.2 0.1516 57.0 54.4 0.0840 31.6 65.9 0.0502 18.9 77.4 0.24 0.0326 12.3 89.0 0.14 zn (m)
最终沉降计算根据e曲线计算各层的沉降量zmzkpa01224405694083857031618916352544659774ckpahmm12001600160016001600ckpa256448602717832zkpa88970444325316zckpa114511521045970988e109700960095409480944e209370936094009420940e1ie2i1e1i0061800122000720003100021simm2021461155034721238901600832156988094409400002134按分层总和法求得基础最终沉降量为ssi547mm例题61某厂房柱基底面积为44m2如图中所示上部荷重传至基础顶面如图中所示上部荷重传至基础顶面p1440kn基础埋深d10m地基为粉质粘土地下水位深34m土的天然重度土的天然重度160knm3饱和重度sat172knm3
地基沉降量计算的规范法与分层总和法的对比分析
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且
α=
1 2π
[
( l2
+
lb z ( ( l2 + b2 z2 )( b2 + z2 )
+ 2z2 ) l2 + b2
+
z2
lb
+ arctan
]
(2)
Z ( l2 + b2 + z2 )
式中：
α 一附加应力系数；
P0 一基础底面的附加压力； l, b 一分别为矩形基础底面的长和宽；
] ( ( l2 + b2 + z2 ) + l )( ( l2 + b2 ) - l ) 所以，只要给出附加应力系数的计算式，就可以得
取平均附加应力系数的计算式。 附加应力系数与平均附加应力系数在相同的 l,b,Z
条件下，平均附加应力系数大于等于附加应力系数，理
论上的最大值是在 z=0 时平均附加应力系数得到最大值 0.25。如图 2 所示，地基附加应力系数与平均附加应力 系数随地基深度 Z 的变化规律，可以看出随着深度 Z 的
［关键词］平均附加应力系数；地基；沉降；土力学 ［中图分类号］ TU443 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2019）09-0058-03
地基沉降量计算是土力学教学中的重要知识内容， 在建筑设计中，需要预知建筑物建成后的最终沉降量， 沉降差和倾斜及局部倾斜等，并判断这些地基变形值是 否超出允许的范围，以便采取相应的工程措施，确保建 筑物的安全[1]。目前，在土力学教学中地基最终沉降量 计算是十分重要的内容，主要有分层总和法、规范法（也 称应力面积法）和有限元法[2]，其中有限元方法要考虑复 杂的边界条件、土的应力历史、土与结构的共同作用和 土层的各向异性等，需要引入的计算参数较多，参数的 准确性也不容易确定，因此在实际工程中没有得到普遍 应用。在土力学本科教学过程中重点讲授分层总和法 和规范法[3]，规范法引入了平均附加应力系数，直接应用 附加应力来求解地基的变形量，计算量减少，但是现行 的大部分土力学教材中没有对平均附加应力系数进行 分析和讨论[4]，使得学生在学习规范法时经常概念不清 楚，无法准确理解规范法和分层总法的区别及联系，从 而影响教学效果。需要进一步分析平均附加应力系数 的物理意义及其特点，从原理上分析分层总和法和规范 法的差别，这有利于让学生理解两种方法的实质，从而 提升教学质量。
土木建筑工程：地基变形考点巩固(三)
土木建筑工程：地基变形考点巩固（三）1、判断题某饱和黏土地基在固结度达到40%时的沉降量为30mm，则最终沉降量为120mm。
正确答案：错参考解析：改“120”为“75”。
2、判断题按分层总和计算法计算地基最终沉降时，通（江南博哥）常取基础角点下的地基附加应力进行计算。
正确答案：错参考解析：改“角点”为“中心点”3、单选计算饱和黏性土地基的瞬时沉降常采用（）。
A.分层总和法B.规范公式C.弹性力学公式正确答案：C4、判断题采用弹性力学公式计算得到的地基沉降常偏大，原因是由荷载试验得到的变形模量值常偏小。
正确答案：错参考解析：沉降偏大的原因时因为弹性力学公式时按均质的线性变形半空间的假设得到的，而实际上地基常常是非均质的成层土。
5、填空题通过土粒承受和传递的粒间应力，又称为（）应力，它是（）土的体积变形和强度变化的土中应力。
正确答案：有效、控制6、填空题地基土层在某一压力作用下，经历时间t所产生的固结变形量与最终固结变形量之比值称为（）。
正确答案：固结度（固结比、固结百分数）7、问答题两个基础的底面面积相同，但埋置深度不同，若低级土层为均质各向同性体等其他条件相同，试问哪一个基础的沉降大？为什么？正确答案：引起基础沉降的主要原因是基底附加压力，附加压力大，沉降就大。
因而当基础面积相同时，其他条件也相同时。
基础埋置深的时候基底附加压力大，所以沉降大。
当埋置深度相同时，其他条件也相同时，基础面积小的基底附加应力大，所以沉降大。
8、单选有两个黏土层，土的性质相同，土层厚度与排水边界条件也相同。
若地面瞬时施加的超荷载大小不同，则经过相同时间后，两土层的平均孔隙水压力（）。
A.超荷载大的孔隙水压力大B.超荷载小的孔隙水压力大C.一样大正确答案：A9、判断题较硬的土通常时超固结土正确答案：错参考解析：土的软硬与其应力历史五必然联系。
10、单选超固结比OCR>1的土属于（）。
A.正常固结土B.超固结土C.欠固结土D.非正常土正确答案：B11、填空题利用（）因数与（）度的关系曲线，可以计算地基任意时刻的沉降量。
沉降量计算方法
下面计算沉降量的方法是《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）所推荐的，简称《规范》推荐法，有时也叫应力面积法。
（一）计算原理应力面积法一般按地基土的天然分层面划分计算土层，引入土层平均附加应力的概念，通过平均附加应力系数，将基底中心以下地基中z i-1-z i深度范围的附加应力按等面积原则化为相同深度范围内矩形分布时的分布应力大小，再按矩形分布应力情况计算土层的压缩量，各土层压缩量的总和即为地基的计算沉降量。
理论上基础的平均沉降量可表示为式中：S--地基最终沉降量（mm）；n--地基压缩层（即受压层）范围内所划分的土层数；p--基础底面处的附加压力（kPa）；Esi--基础底面下第i层土的压缩模量（MPa）；zi、z i-1--分别为基础底面至第i层和第i-1层底面的距离（m）；αi、αi-1--分别为基础底面计算点至第i层和第i-1层底面范围内平均附加应力系数，可查表4-1。
表4-1 矩形面积上均布荷载作用下，通过中心点竖线上的平均附加应力系数αz/ BL/B1.0 1.2 1.4 1.6 1.82.0 2.4 2.83.2 3.64.05.0 >100. 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 40. 5 0. 6 1.000.9970.9870.9670.9360.900.8581.000.9980.990.9730.9470.9150.8781.000.9980.9910.9760.9530.9240.891.000.9980.9920.9780.9560.9290.8981.000.9980.9920.9790.9580.9330.9031.000.9980.9920.9790.9650.9350.9061.000.9980.9930.980.9610.9370.911.000.9980.9930.980.9620.9390.9121.000.9980.9930.9810.9620.9390.9131.000.9980.9930.9810.9630.940.9141.000.9980.9930.9810.9630.940.9141.000.9980.9930.9810.9630.940.9151.000.9980.9930.9820.9630.940.9154. 7 4. 8 4. 95. 0 0.2180.2140.210.2060.2350.2310.2270.2230.250.2450.2410.2370.2630.2580.2530.2490.2740.2690.2650.260.2840.2790.2740.2690.2990.2940.2890.2840.3120.3060.3010.2960.3210.3160.3110.3060.3290.3240.3190.3130.3360.330.3250.320.3470.3420.3370.3320.3670.3620.3570.352（二）《规范》推荐公式由（4-12）式乘以沉降计算经验系数ψs，即为《规范》推荐的沉降计算公式：式中：ψs--沉降计算经验系数，应根据同类地区已有房屋和构筑物实测最终沉降量与计算沉降量对比确定，一般采用表4-2的数值；表4-2 沉降计算经验系数ψs基底附加压力p0(kPa)压缩模量E s(MPa)2.5 4.0 7.0 15.0 20.0p0=f k 1.4 1.3 1.0 0.4 0.2p0＜0.75f k 1.1 1.0 0.7 0.4 0.2 注：①表列数值可内插；②当变形计算深度范围内有多层土时，Es可按附加应力面积A的加权平均值采用，即（三）地基受压层计算深度的确定计算深度z n可按下述方法确定：1）存在相邻荷载影响的情况下，应满足下式要求：式中：△S n′--在深度z n处，向上取计算厚度为△z的计算变形值；△z查表4-3；△S i′--在深度z n范围内，第i层土的计算变形量。
第六章 分层总和法和规范法计算的例子
2.4 1.2 0.1516 57.0 54.4
4.0 2.0 0.0840 31.6 65.9
5.6 2.8 0.0502 18.9 77.4 0.24
7.2 3.6 0.0326 12.3 89.0 0.14 7.2
6.确定沉降计算深度zn
根据σz = 0.2σc的确定原则，由计算结果，取zn=7.2m
• 由公式得：S sS
•式中
S
p0 Es1
(z11)
p0 Es 2
( z2 2
z11 )
94( 2.4 0.8596 5.5
7.8 0.4544 2.4 0.8596) 6.5
56.68mm
经计算得7.2米处，沉降量为55.7
根据计算表所示△z=0.6m, △sn =1mm ＜0.025Σ si =1.39mm
基底附加压力：p0 D 110 16 94kPa
（3）求平均附加应力系数
采用角点法，分成四小块（每小块面积为l×b = 2×2 m2）进行计算。基础底
面至计算深度zn处分两层（以地下水位面为分界面）。
由z1＝2.4m，z2 = zn = 7.8m ,
l
b =1.0 ,
z1 b
四、例题分析
【例】某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸
为4m×4m，埋深d＝1.0m，地基为粉质粘土，地下水位 距天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面F＝1440kN,土
的关天计然算重资料度如＝下16图.0。kN试/m分³,别饱用和分重层度总 sa和t＝法17和.2规kN范/m法³，计有算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
按分层总和法求得基础最终沉降量为s=Σsi =54.7mm
沉降量计算方法
例题4-2 计算表格z (m) L/B z/BEsi(kPa)(cm)(cm)0 0 0.2500 01.0 0.8 0.2346 0.2346 0.2346 4418 4.27 4.272.0 1.6 0.1939 0.3878 0.1532 6861 1.80 6.073.0 2.4 0.1578 0.4734 0.0856 7749 0.89 6.964.0 3.2 0.1310 0.5240 0.0506 6848 0.59 7.555.0 4.0 0.1114 0.5570 0.033 4393 0.60 8.156.0 4.8 0.0967 0.5802 0.0232 3147 0.59 8.747.0 5.6 0.0852 0.5964 0.0162 2304 0.57 9.317.6 6.08 0.0804 0.6110 0.0146 350000.03 9.34按规范确定受压层下限，z n=2.5(2.5-0.4ln2.5)=5.3m；由于下面土层仍软弱，在③层粘土底面以下取Δz厚度计算，根据表4-3的要求，取Δz=0.6m，则z n=7.6m，计算得厚度Δz的沉降量为0.03cm，满足要求。
查表4-2得沉降计算经验系数ψs=1.17。
那么，最终沉降量为：三、按粘性土的沉降机理计算沉降根据对粘性土地基在局部（基础）荷载作用下的实际变形特征的观察和分析，粘性土地基的沉降S可以认为是由机理不同的三部分沉降组成（图4-8），亦即：上式中的低值适用于较软的、高塑性有机土，高值适用于一般较硬的粘性土。
表4-4 沉降系数ω值受荷面形状L/B 中点矩形角点，圆形周边平均值刚性基础圆形— 1.00 0.64 0.85 0.79 正方形 1.00 1.12 0.56 0.95 0.88矩形1.52.03.04.06.08.010.030.050.0100.01.361.521.781.962.232.422.533.233.544.000.680.760.890.981.121.211.271.621.772.001.151.301.521.701.962.122.252.883.223.701.081.221.441.61——2.12———*平均值指柔性基础面积范围内各点瞬时沉降系数的平均值（二）固结沉降计算固结沉降是粘性土地基沉降的最主要的组成部分，可用分层总和法计算。
地基沉降实用计算方法
第三节 地基沉降实用计算方法一、弹性理论法计算沉降（一） 基本假设弹性理论法计算地基沉降是基于布辛奈斯克课题的位移解，因此该法假定地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体，此外还假定基础整个底面和地基一直保持接触。
布辛奈斯克是研究荷载作用于地表的情形，因此可以近似用来研究荷载作用面埋置深度较浅的情况。
当荷载作用位置埋置深度较大时，则应采用明德林课题的位移解进行弹性理论法沉降计算。
（二） 计算公式建筑物的沉降量，是指地基土压缩变形达固结稳定的最大沉降量，或称地基沉降量。
地基最终沉降量：是指地基土在建筑物荷载作用下，变形完全稳定时基底处的最大竖向位移。
基础沉降按其原因和次序分为：瞬时沉降d S ；主固结沉降c S 和次固结沉降s S 三部分组成。
瞬时沉降：是指加荷后立即发生的沉降，对饱和土地基，土中水尚未排出的条件下，沉降主要由土体测向变形引起；这时土体不发生体积变化。
（初始沉降，不排水沉降）固结沉降：是指超静孔隙水压力逐渐消散，使土体积压缩而引起的渗透固结沉降，也称主固结沉降，它随时间而逐渐增长。
（主固结沉降）次固结沉降：是指超静孔隙水压力基本消散后，主要由土粒表面结合水膜发生蠕变等引起的，它将随时间极其缓慢地沉降。
（徐变沉降）因此：建筑物基础的总沉降量应为上述三部分之和，即s c s s s s s ++=计算地基最终沉降量的目的：（1）在于确定建筑物最大沉降量；（2）沉降差；（3）倾斜以及局部倾斜；（4）判断是否超过容许值，以便为建筑物设计值采取相应的措施提供依据，保证建筑物的安全。
1、 点荷载作用下地表沉降ErQ y x E Q s πνπν)1()1(2222-+-==2、 绝对柔性基础沉降⎰⎰----=Ay x d d p Ey x s 2202)()(),(1),(ηξηξηξπν0)1(2bp s c Ec ων-=3、 绝对刚性基础沉降（1） 中心荷载作用下，地基各点的沉降相等。
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设基础底面尺寸为4.8 m2×3.2 m2，埋深为1.5 m，传至地面的中心荷载
F=1 800 kN，地基的土层分层及各层土的侧限压缩模量（相应于自重应力至自重应力加附加应力段）如图4-10所示，持力层的地基承载力为f k=180 kPa，用应力面积法计算基础中点的最终沉降。
图4-10
【解】（1）基底附加压力
（2）取计算深度为8 m，计算过程见表4-7，计算沉降量为123.4 mm。
（3）确定沉降计算深度z n
根据b=3.2 m查表4-4 上可得z＝0.6 m相应于往上取z厚度范围（即7.4～8.0 m深度范围）的土层计算沉降量为l.3 mm≤0.025×123.4 mm=3.08 mm，满足要求，故沉降计算深度可取为8 m。
（4）确定修正系数
s
由于p0≤0.75f k=135 kPa，查
表4-3得：
s
=1.04
（5）计算基础中点最终沉降量s
表4-7 应力面积法计算地基最终沉降z
m / / b z / b z
E s i
MPa
s’i
mm
s’i
mm
0.0 4.8/3.2=1.5 0/1.6=0.0 4×0.250 0=1.000 0
0.000
2.4 1.5 2.4/1.6=1.5 4×0.210 8=0.843 2 2.024 2.204
3.66 66.3 66.3
5.6 1.5 5.6/1.6=3.5 4×0.139 2=0.556 8 3.118 1.094 2.60 50.5 11
6.8
7.4 1.5 7.4/1.6=4.625 4×0.114 5=0.458 0 3.389 0.271 6.20 5.3 122.1
8.0 1.5 8.0/1.6=5.0 4×0.108 0=0.432 0 3.456 0.067 6.20 1.3≤0.025×123.4 123.4
表4-4z的取值
b /m b≤22<b≤44<b≤88<b≤1515<b≤30b>30
Δz /m0.30.60.8 1.0 1.2 1.5
表4-3 沉降计算经验系数
s
E s /MPa
基底附加压力
2.5 4.07.015.020.0
1.41.3 1.0
0.40.2
1.11.00.7
0.40.2
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