高等基礎工程學陳仁朋浙江大學巖土工程研究所

一、緒論

二、土的基本特性

三、沉降

四、承載力

五、基坑工程

六、樁基工程

七、地基處理目錄一、緒論

二、土的基本特性

三、沉降

四、承載力

五、基坑工程

六、樁基工程

七、地基處理目錄三、沉降

3.1概述3.2地基中的應力3.3沉降組成3.4沉降隨時間變化3.5土體壓縮性指標確定3.1概述沉降原因：（1）地基中產生附加應力；（2）土體具有壓縮性3.1概述種類：總沉降，不均勻沉降，傾斜，局部傾斜危害：（1）影響使用功能；（2）引起結構開裂不同建（構）筑物對沉降要求不同

D<[D]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應力增加，產生沉降例如：水位下降2m，引起地基有效應力增加20kPa，相當于地面堆載1m鄰近建筑物荷載引起既有建筑不均勻沉降膨脹性土的影響土體中粘粒含量多土體性質受含水量影響大塑性指數和液限指數大膨潤土的微結構及雙電層p3.2地基中的應力自重應力：土體自重引起的應力，通過骨架傳遞附加應力：外荷載作用所引起的應力，如基礎荷載施工應力：施工擾動引起的應力，如打樁擠土等Az基巖h預制樁pBoussinesq解和Mindlin解（單相介質）豎向集中力下的地基附加應力

作用于地基表面（Boussinesq解）

作用于地基內部（Mindlin解）

地基表面作用集中力示意圖OzrQ(r,z)

P地基表面作用集中力示意圖rzQ(r,z)PO豎向應力分布等值線（a）條形荷載（b）方形荷載豎向應力分布規律飽和土介質（兩相介質）點荷載作用下初始有效應力，初始孔壓及位移解飽和土中條形荷載下初始解條形荷載作用下的初值解式中：

飽和土中條形荷載下初始應力和孔壓分布超靜孔隙水壓力豎向有效應力初始孔壓和有效應力沿深度分布X=0X=1/2B實例分析—高速公路拓寬工程填土4m，拓寬路堤4.5m，原路堤13m超靜孔隙水壓力豎向有效應力既有道路拓寬道路初始附加有效應力決定瞬時沉降初始孔壓決定固結沉降根據初始附加有效應力和孔壓分布確定地基處理的范圍3.3地基沉降組成瞬時沉降

(Ss)

不排水條件下，地基土體側向變形形成的沉降主固結沉降(Sc) 孔壓消散，有效應力增加，地基固結產生的沉降次固結沉降(Ss)

土骨架上有效應力不變情況下，土體蠕變引起的沉降飽和地基瞬時沉降(Ss)彈性地基瞬時沉降瞬時沉降是由于加荷瞬時地基中的附加有效應力產生的。要計算瞬時沉降，只需對有效應力引起的豎向應變積分即可。傳統矩形面積或圓形面積荷載算法：條形面積荷載算法：式中：條形荷載作用下的瞬時沉降軟土的壓縮性土的結構性是指土顆粒在長期沉積過程中形成的物理和化學膠結作用。成因：風化、淋洗、卸荷、次固結及離子反應等因素。由于成因的不同，結構性的強弱程度及其穩定性也有所差異。絕大多數的天然沉積土都具有一定程度的結構性。軟粘土的室內和現場試驗固結壓縮試驗 三軸固結排水試驗 現場十字板試驗鉆孔取樣進行室內試驗的過程鉆孔 取樣儲藏 推土 制樣 試驗正常固結粘土取樣后的應力路徑固結壓縮試驗初始孔隙比：薄壁土樣1.9，普通土樣1.7薄壁土樣存在明顯的屈服點固結試驗固結系數：原狀土是擾動土的5～15倍。室內三軸固結排水試驗軟土結構性：主應力差達峰值結構破壞殘余應力十字板試驗塑料排水板施工導致土體強度平均降低45%根據柱孔擴張理論計算得到施打排水板引起地基處理區的擾動程度約為30%左右日本學者奧村指出土體的結構受到擾動破壞短期內很難恢復的Akagi(1981)試驗分析了砂井施工擾動對土體十字板強度的影響，指出砂井施工擾動程度為20%~40%，國內學者的工程實測數據也證實了這一點擾動及其對沉降的影響，——分別為擾動前后的十字板剪切峰值強度——重塑土的十字板剪切峰值強度

土體結構擾動程度的評價方法——擾動度

擾動程度越大，壓縮曲線越向下移不同擾動程度的土體，其壓縮曲線最終交于

0.42e0點軟土壓縮曲線的校正方法—Schmertmann（1955）方法軟土壓縮曲線的校正方法—Schmertmann（1955）方法軟土壓縮曲線的校正方法——Nagaraj(1990)方法沒有表現土的結構性變化過程試驗要求的固結壓力過大，很難實現，且校正曲線不便于工程應用重塑土樣薄壁土樣CDE校正曲線AB壓縮曲線由四段組成1.水平段（AB）；2.彈性壓縮段(BC)；3.結構破壞突降段（CD）；4.重塑壓縮段(DE)，最終交于0.42e0點。結構屈服應力比結構性軟土壓縮曲線校正結構性強的軟土采用四折線法壓縮曲線由三段組成

1：水平段（AB）2：彈性壓縮段(BC)3：重塑壓縮段(CE)，最終交于0.42e0點。結構性弱的軟土采用三折線法ABC(D)E結構性軟土壓縮曲線校正結構性軟土地基沉降計算方法擾動土的壓縮曲線擾動土的結構屈服應力與表觀自重應力擾動產生附加沉降示意圖

擾動土地基的沉降及附加沉降計算溫州電廠2#堆煤場中心點沉降計算和實測結果上覆壓力(kPa)3676106136156①考慮結構性沉降算法(原狀土,擾動度=0%)0.2930.7951.211.621.87②考慮結構性沉降算法(擾動土,擾動度30%)0.5881.301.722.092.316③附加沉降理論預測值

=②-①0.2950.5050.510.470.446④按Es法計算（不修正）

1.76⑤實測沉降

=沉降值/此時固結度0.5/0.9=0.556

1.686/0.8=2.11擾動使豎井區地基的總沉降增大擾動及其對沉降的影響次固結沉降(Ss)3.3地基沉降組成瞬時沉降

(Ss)

不排水條件下，地基土體側向變形形成的沉降主固結沉降(Sc) 孔壓消散，有效應力增加，地基固結產生的沉降次固結沉降(Ss)

土骨架上有效應力不變情況下，土體蠕變引起的沉降總沉降：S=Ss+Sc+Ss固結沉降和次固結沉降與時間有關3.4沉降隨時間的變化（固結理論，Sc）有效應力小于結構屈服應力時，結構性軟土的固結系數基本為一常數；當有效應力接近屈服應力時，固結系數迅速降低；當有效應力大于結構屈服應力時，固結系數又趨于一常數。結構性軟土大面積荷載一維固結理論結構破壞結構未破壞Z0Zm底面不排水固結系數和滲透系數簡化模型和Terzaghi固結理論比較地基有效應力隨時間變化地基中的孔壓及其消散T＝3年t＝10年結構性軟土砂井地基固結理論徑向和豎向組合排水條件下，地基中平均超靜孔隙水壓力分布當；取結構性軟土砂井地基固結理論設和分別為土體達到其結構屈服應力時的臨界固結度和臨界固結時間，則

當：①ott￡,pctzoPUss￡+，1hhCC=，1vvCC=

)1)(1(1vthttUUU---=，21)(8deDFCBhr+=，tHCTvv21=

②ott>,pctzoPUss>+，2hhCC=，2vvCC=

22111||hhvvhhvvoCCCCtCCCCtUU=====

dtdtdUUUohhvvottttCCCCttò-+==+=1122|=)(1otttU-+

結構性軟土砂井地基固結理論結構性軟土砂井地基固結算例分析土結構性對砂井地基固結性狀的影響明顯，不容忽略，在固結過程中可以根據土結構性和加載條件對一定深度范圍內的土體固結速率加以控制，使一定深度范圍內土體在短期內達到較大的強度增長，起到調控地基承載力和穩定性的作用，某深度土體的固結速率可依據公式進行加載控制。隨著加載時間的延長，近地面處固結沉降漸趨于結束，沉降量減少，而下臥層固結還在持續發展，后期沉降中下臥層壓縮將占較大比例。因此，準確預測下臥層的沉降發展規律，對以變形控制的深厚軟基處理（尤其未打穿處理情況）具有重要的意義。工后沉降施工結束后未完成的沉降包括：部分主固結沉降和大部分次固結沉降工后沉降Spost＝（1－Ut)Sc+SsUt：施工期結束時地基的固結度3.5土體壓縮性指標Keywords:clay,undrainedshearstrength,normallyconsolidated,overconsolidatedCPT確定土體壓縮模量Keywords