工程地质与土力学---4土的压缩性与地基沉降计算

1、第第4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 地基中的应力地基中的应力4.2 土的压缩性及压缩性指标4.3 地基沉降的计算方法（1 1）自重应力）自重应力*竖向自重应力竖向自重应力 *水平向自重应力水平向自重应力 ：czcycxK0（2 2）基底压力）基底压力 考虑建筑物上部结构的重量、基础的重量以及回填土的重量：考虑建筑物上部结构的重量、基础的重量以及回填土的重量：（3 3）基底附加压力）基底附加压力 基础理置深度为基础理置深度为d，基底标高以上天然土层按分层厚度取加权重度：，基底标高以上天然土层按分层厚度取加权重度：AFFFp321dpp00第第4章章 土的压缩性与地

2、基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 地基中的应力地基中的应力4.2 土的压缩性及压缩性指标4.3 地基沉降的计算方法（4 4）地基中的附加应力）地基中的附加应力 第第4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 地基中的应力地基中的应力4.2 土的压缩性及压缩性指标4.3 地基沉降的计算方法222/5253)/(112323zPKzPzrRzPz讨论讨论：*r=0*z=const*r=const第第4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 地基中的应力地基中的应力4.2 土的压缩性及压缩性指标4.3 地基沉降的计算方法布辛涅斯克（布辛涅斯克（184

3、218421929)1929)是一位非同凡响的法国力学家、物理学家和是一位非同凡响的法国力学家、物理学家和数学家，对水动力学、振动力学、光学和热学理论做出过杰出贡献。数学家，对水动力学、振动力学、光学和热学理论做出过杰出贡献。18721872年至年至18861886年任里尔大学科学系教授，讲授微积分。年任里尔大学科学系教授，讲授微积分。18861886年至年至19181918年退休前任巴黎科学院的力学教授。年退休前任巴黎科学院的力学教授。18341834年英国拉塞尔（年英国拉塞尔（J.S.RussellJ.S.Russell）实验观察到了孤立波，）实验观察到了孤立波，18441844年在英年在

4、英国科学进展协会的会议上报告了他的结果；此后遭到权威学者艾里、斯国科学进展协会的会议上报告了他的结果；此后遭到权威学者艾里、斯托克斯等的非议；托克斯等的非议；18711871年，年，BoussinesqBoussinesq第一个提出数学理论，支持第一个提出数学理论，支持RussellRussell实验观察；实验观察；18761876年，瑞利爵士（年，瑞利爵士（Lord RayleighLord Rayleigh）也建立了支持）也建立了支持RussellRussell实验观察的数学理论，在他的论文末尾，实验观察的数学理论，在他的论文末尾，RayleighRayleigh承认了承认了Boussin

5、esqBoussinesq理论提出在先。理论提出在先。18771877年，年，BoussinesqBoussinesq提出了浅水长波近似，建立了著名的提出了浅水长波近似，建立了著名的BoussinesqBoussinesq方方程，此后得到了广泛的应用和推广。程，此后得到了广泛的应用和推广。18771877年，年，BoussinesqBoussinesq在他的论文在他的论文“ThorieThorie de de lcoulementlcoulement TourbillantTourbillant” ” （MemMem. . PrsentsPrsents par Divers Savants A

6、cad. Sci. par Divers Savants Acad. Sci. Inst. Fr., Vol. 23, pp. 46-50Inst. Fr., Vol. 23, pp. 46-50）中首次提出湍流涡粘度假设，）中首次提出湍流涡粘度假设，18971897年，他出版了年，他出版了ThorieThorie de l de l coulementcoulement tourbillonnanttourbillonnant et et tumultueuxtumultueux des des liquidesliquides，这一著作对湍流和水动力学做出了巨大贡，这一著作对湍流和水动力学

7、做出了巨大贡献。经查，湍流（献。经查，湍流（turbulenceturbulence）这个名词的提出多半应归功于）这个名词的提出多半应归功于BoussinesqBoussinesq。此外，此外，BoussinesqBoussinesq还对小密度差分层流中的浮力驱动流提出了著名的还对小密度差分层流中的浮力驱动流提出了著名的BoussinesqBoussinesq近似，在计及浮力的情况下，提出了简捷可靠的理论。他在近似，在计及浮力的情况下，提出了简捷可靠的理论。他在弹性力学、岩土力学等方面也有卓越贡献。弹性力学、岩土力学等方面也有卓越贡献。由于由于BoussinesqBoussinesq在流体力学

8、的多个领域里都有贡献，至今很多流体力学在流体力学的多个领域里都有贡献，至今很多流体力学著作中不能不提及他。例如，仅著作中不能不提及他。例如，仅BoussinesqBoussinesq近似就有三种，分别涉及浅近似就有三种，分别涉及浅水波、涡粘度和浮力流（现在大多专指关于浮力流中的近似）。水波、涡粘度和浮力流（现在大多专指关于浮力流中的近似）。（5 5）地基中附加应力分布的相关问题探讨）地基中附加应力分布的相关问题探讨*z等值线（空间应力泡）等值线（空间应力泡） *x等值线等值线 *xz等值线等值线 地基土的侧向变形地基土的侧向变形 基础边缘下的地基土基础边缘下的地基土 主要发生于浅层主要发生于浅

9、层 易于发生剪切破坏易于发生剪切破坏 *应力叠加应力叠加 *双层地基的附加应力分布双层地基的附加应力分布: 上软下硬：应力集中上软下硬：应力集中 上硬下软：应力扩散上硬下软：应力扩散 第第4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 地基中的应力地基中的应力4.2 土的压缩性及压缩性指标4.3 地基沉降的计算方法（1）压缩量的组成压缩量的组成固体颗粒的压缩固体颗粒的压缩土中水的压缩土中水的压缩空气的排出空气的排出水的排出水的排出忽略不计忽略不计主要组成部分主要组成部分土的固结：土的固结：土土体在压力作用下，体在压力作用下，压缩量随时间增压缩量随时间增长的过程长的过程粘性土粘性

10、土-透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出-需要长时间压缩需要长时间压缩-稳定稳定第第4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 地基中的应力4.2 土的压缩性及压缩性指标土的压缩性及压缩性指标4.3 地基沉降的计算方法（2）土的侧限压缩试验）土的侧限压缩试验土样横断面积-A土样初始高度-H1土样受压变形稳定后高度-H2土样的压缩量-S=H1- H2土样受压前的孔隙比-e1土样受压后的孔隙比-e2ssVVsVvVsVVAHHHe1221111HeHe+H1=H2+S )1(1112eHSee 因此，改变因此，改变荷载荷载p将对应不同将对应不同的压缩量的压缩量S，进而，进而

11、得到相应不同的得到相应不同的孔隙比孔隙比e。最终得。最终得到到e-p关系，即土关系，即土的压缩曲线的压缩曲线 ：第第4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 地基中的应力4.2 土的压缩性及压缩性指标土的压缩性及压缩性指标4.3 地基沉降的计算方法（1）分层总和法）分层总和法*绘制基础中心点下（地基中）的绘制基础中心点下（地基中）的 自重应力和附加应力分布曲线自重应力和附加应力分布曲线*确定地基沉降计算的深度确定地基沉降计算的深度Zn 一般为一般为z=0.2cz处；处； 软土软土z=0.1cz处；处； 有基岩时到基岩面。有基岩时到基岩面。* 不同土层的分界面；不同土层的分

12、界面； 地下水位面；地下水位面； 单一分层厚度单一分层厚度0.4B。*isniiSS1第第4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 地基中的应力4.2 土的压缩性及压缩性指标4.3 地基沉降的计算方法地基沉降的计算方法（2）沉降分析中的若干问题）沉降分析中的若干问题粘性土沉降的三个组成部分粘性土沉降的三个组成部分 土的应力历史土的应力历史 土的回弹与再压缩土的回弹与再压缩瞬时沉降（初始沉降）Sd p0=pc，正常固结 卸荷再压缩阶段土的固结沉降（主沉降）Sc p0pc，欠固结（新近沉积或人工填土） 第第4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 地基中

13、的应力4.2 土的压缩性及压缩性指标4.3 地基沉降的计算方法地基沉降的计算方法Kaiser EffectKaiser Effect 二十世纪二十世纪五十年代初，德国科学家五十年代初，德国科学家Joseph Kaiser在所作的研究工作中观察到，铜、在所作的研究工作中观察到，铜、锌、铝、铅、锡、锌、铝、铅、锡、黄铜黄铜、铸铁铸铁和钢等金属和合金在形变过程中都有和钢等金属和合金在形变过程中都有声发射声发射现象。他提出现象。他提出了材料形变了材料形变声发射声发射的不可逆效应，即：对材料进行反复卸加载试验时，材料在超过先前的不可逆效应，即：对材料进行反复卸加载试验时，材料在超过先前所施加的应力级之前不出现可探测到的所施加的应力级之前不出现可探测到的声发射声发射。现在人们称材料的这种不可逆现象为。现在人们称材料的这种不可逆现象为 Ka