地基变形裂损机理

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1、第5章地基变形裂损机理教学提示：地基压缩变形、沉降不均、剪切破坏、失效失稳都会引起结构裂缝和工程事故。压缩变形、沉降不均引起的结构裂缝为常见事故，剪切破坏和失效失稳引起的事故是危险事故。应该善于处理常见事故、更应该拒绝危险事故。因此必须时刻加强事故防范。教学要求：要求学生以岩土力学的基础知识为工具，首先对工程地质情况和地基土的特性加强了解，加深认识。然后对地基变形引起的结构裂缝特征进行分析、最后从理论上掌握地基变形引起的结构裂损机理，并活学活用到实际工作中去。地基压缩变形、沉降不均、剪切破坏、失效失稳等现象引起的结构裂损和工程事故，危险性都是很大

2、，而且出现频率也是很高的，应该引起特别关注。5.1地基的特性5.1.1工程地质变化与地基土体构造“要成为一名有成就的土木工程师，首先必须是一名有修养的地质师。”这是著名的美国土木工程师R.F.Legget的名言。这也是20世纪初，即岩土力学泰斗Terzaghi教授时代早就达成的共识。20世纪50年代以来，由于形势变化，人们对于这一信念似乎有了一些动摇。工程地质学课程已被排挤于土木建筑学科各专业大学本科必修课程之外。因而工程师们对工程地质的关注也就少了。其实，任何土木建筑物是离不开地基的。而构成地基的工程地质却又是变化万千的。往往咫尺之间，地质条件

3、迥然有异。工程师们对它不研究、不熟稔、不关注，遇到情况就不免茫然，易犯错误。因此建议未来的工程师们，即使自己限于时间与精力，不能进一步加强对工程地质学的研究，最低限度也应该养成重视工程地质报告的习惯，具备读懂工程地质报告的能力，要时刻警惕工程地质条件的变化。地基土体是由气相、液相、固相三相组成的复合体，构造复杂。由矿物颗粒构成的固态成分，孔隙中被水充填的液态成分，与其余被气体充填的非饱和成分三者之间的比例关系随时在变化。这一基本情况构成了地基土特殊的、复杂的物理力学特性，与其他建筑材料都甚不相同，必须切记这一点。5.1.2地基的压缩性能1.地基土

4、的压缩量根据地基土体的三相特性，土体的压缩量包括以下几个部分。1)固态矿物颗粒的压缩量固态颗粒根据岩性的不同，其可压缩量也是不同的，硬度大的矿物颗粒的压缩量就·36·工程事故分析与工程安全小，软弱颗粒的压缩量就大。但是根据工程实践经验，在一般工程上常用的压力100kPa～600kPa作用范围内，固态颗粒被压缩的量是极小的，可以忽略不计。2)孔隙内水体的被压缩量据研究，水体本身在受约束的条件下，被压缩的量也微不足道，可以忽略。3)气体和水体被挤出压缩量对于干燥的非饱和的非黏性土，充满孔隙的气体和水体完全有可能在压力作用下被挤出，构成压缩量的主要分量

5、，而且压缩完成的时间过程也比较快。但是对于饱和黏性土，充满孔隙的气体和水体却很难从土体中被挤出，需要一个漫长的时间过程。4)土的压缩系数a1-2为地质报告上标志着土体压缩性能的指标也称为土的“压缩系数”，单位为－1MPa，表征着土体在承受100kPa～200kPa这个压力段的压力情况下，其被压缩的程度，共分以下三级。－1低压缩性土：a1-2＜0.1MPa。－1中压缩性土：0.1≤a1-2<0.5MPa。－1高压缩性土：a1-2≥0.5MPa。2.地基土被压缩的过程地基土在压力作用下被压缩而固结下沉，有一个漫长的过程，可以分为以下三个阶段。1)瞬时

6、沉降瞬时沉降现象发生在地基受荷的初期阶段。在工程实践中发现，建筑物主体结构施工正在进行中，荷载量还远没有达到设计额度的情况下，就可从沉降观测记录中看到可观的沉降量，这往往会让设计与施工人员感到紧张。实际上这种瞬时沉降现象往往是基础底板与地基土的接触面不够密贴，自行进行调整的行为。在进行荷载试验时，也经常能遇到这种瞬时沉降量过大的情况。这类瞬时沉降量完全可以不计入总沉降量中去。2)固结沉降饱和土体在荷载作用下产生压缩的过程包括以下几点。(1)土体孔隙中自由水逐渐渗流排出。(2)土体孔隙体积逐渐减小。(3)孔隙水压力逐渐转移由土骨架来承受，成为有效应

7、力。上述三个方面为饱和土体的固结作用：排水、压缩和压力转移三者同时进行的一个过程。地基在压力作用下，其孔隙内的气体和水体被挤出，孔隙压缩的过程是其正常的固结过程。对于渗水性良好的砂类土来说，这个过程完成很快。根据工程实践，砂石类地基的沉降观测在主体结构封顶以后很短时间即最多2个～3个月之内就会稳定。也就是说固结过程终止，不会延续到工程装修阶段。而饱和黏性土，尤其是淤泥质土的压缩固结却需要一个漫长的时间过程，往往在主体结构封顶阶段，观测不到明显的下沉量。而在主体结构封顶以后，正进入装修阶段时，沉降量却明显的加大，往往导致装修质量受损，让施工人员尴尬

8、。个别工程，沉降现象甚至会延续几年甚至几十年，长期使工程遭受损害。3)次固结沉降次固结沉降是土体完成正常固结沉降以后，由于固态矿物颗粒之