土的压缩性与地基沉降计算ppt课件

1、第四章第四章 土的压缩性和地基沉降计算土的压缩性和地基沉降计算 4.1 土的压缩性 4.2 地基最终沉降量 4.3 饱和土渗流固结理论 4.4 建筑物沉降观测与地基容许变形4.1 土的压缩性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性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占总压缩量的占总压缩量的1/4001/400不到，不到，忽略不计忽略不计压缩量主要组成部分压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土无粘性

2、土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程程 一、压缩试验一、压缩试验研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验固结试验三联固结仪三联固结仪刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载注意：土样在竖直注意：土样在竖直压力作用下，由于压力作用下，由于环刀和刚性护环的环刀

3、和刚性护环的限制，只产生竖向限制，只产生竖向压缩，不产生侧向压缩，不产生侧向变形变形 1.压缩仪示意图压缩仪示意图 2.e-p曲线曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土样在压缩前后变土样在压缩前后变形量为形量为s s，整个过，整个过程中土粒体积和底程中土粒体积和底面积不变面积不变eHeH11100土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变)1(000eHsee整理整理1)1(000wswGe其中其中根据不同压力根据不同压力p p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e

4、 e，绘制，绘制e-pe-p曲线，曲线，为压缩曲线为压缩曲线pe0eppee-p曲线 二、压缩性指标二、压缩性指标压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标n1.1.压缩系数压缩系数a an2.2.压缩模量压缩模量Es Es n3.3.变形模量变形模量E0E0曲线曲线A A曲线曲线B B曲线曲线A A压缩性曲线压缩性曲线B B压缩性压缩性 1.压缩系数压缩系数a土

5、体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线pe利用单位压力增量所引起利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压得孔隙比改变表征土的压缩性高低缩性高低pea d d在压缩曲线中，实际采在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压用割线斜率表示土的压缩性缩性1221 ppeepea规范规范 用用p1p1100kPa100kPa、 p2p2200kPa200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2a1-2评价土的压缩性评价土的压缩性n a1-20.1MPa-1低压缩性土n0.1MPa-1a1-20.5M

6、Pa-1中压缩性土n a1-20.5MPa-1高压缩性土1221 ppeepea斜斜率率 2.压缩模量压缩模量Es土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量侧限模量aeEs11说明：土的压缩模量说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数与土的的压缩系数a成反比，成反比， Es愈愈大，大， a愈小，土的压缩性愈低愈小，土的压缩性愈低n3.变形模量变形模量E0土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。变形模量与压缩变形模量与压缩模量之间关系模量之间关系sEE0其中其中1212土的泊松比，

7、土的泊松比，一般一般0 00.50.5之间之间4.2 地基最终沉降量计算 一、分层总和法一、分层总和法地基最终沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量地基最终沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量1.基本假设基本假设地基是均质、各向同性的半无限线性地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应变形体，可按弹性理论计算土中应力力在压力作用下，地基土不产生侧向变在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指形，可采用侧限条件下的压缩性指标标 为了弥补假定为了弥补假定所引起误差，取所引起误差，取基底中心点下的基底中心点下的附加应力进行计附加应力进行计算，以基底中点算，以基底

8、中点的沉降代表基础的沉降代表基础的平均沉降的平均沉降2.单一压缩土层的沉降计算单一压缩土层的沉降计算在一定均匀厚度土层上施加连续均布在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。向变形。p可压缩土层可压缩土层H1H0s土层竖向应力由土层竖向应力由p1p1增加到增加到p2p2，引起孔隙比从，引起孔隙比从e1e1减小减小到到e2e2，竖向应力增量为，竖向应力增量为p p1121211HeeeHHs1221 ppeepea由于由于所以所以11121)(1HEpHppeass3.3.单向压

9、缩分层总和法单向压缩分层总和法分别计算基础中心点下地基中各个分分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量层土的压缩变形量si,si,基础的平基础的平均沉降量均沉降量s s等于等于sisi的总和的总和ininiiiHss11i第i层土的压缩应变4.4.单向压缩分层总和法计算步骤单向压缩分层总和法计算步骤siiiiiiiiiiEpeppaeee1121211)(1e1i由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比 e2i由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比ni土的压缩应变n1.1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲绘制基础中心点下地基

10、中自重应力和附加应力分布曲线线n2.2.确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度n3.3.确定沉降计算深度范围内的分层界面确定沉降计算深度范围内的分层界面n4.4.计算各分层沉降量计算各分层沉降量n5.5.计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量 绘制基础中心点下地基中自绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线重应力和附加应力分布曲线n确定基础沉降计算深度确定基础沉降计算深度 一般取附加应力与自重应一般取附加应力与自重应力的比值为力的比值为2020处，即处，即z=0.2cz=0.2c处的深度作为沉处的深度作为沉降计算深度的下限降计算深度的下限n确定地基分层确定地基分层1.1.不同土层的分界

11、面与地下水位不同土层的分界面与地下水位面为天然层面面为天然层面2.2.每层厚度每层厚度hi 0.4bhi 0.4bn计算各分层沉降量计算各分层沉降量 根据自重应力、附加应力曲线、根据自重应力、附加应力曲线、e-pe-p压缩曲线计算任一分层沉降量压缩曲线计算任一分层沉降量 对于软土，应该取对于软土，应该取z=0.2cz=0.2c处，若沉降深度处，若沉降深度范围内存在基岩时，计算至范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止基岩表面为止n计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量iiiiiheees1211 niiss1d地基沉降计算深度地基沉降计算深度cc线线zz线线 二、二、规范规范 法法n由由 法计算法计

12、算1. c 1. c 、zz分布及分布及p0p0计算值见分层总和法计算过程计算值见分层总和法计算过程2. 2. 确定沉降计算深度确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3. 3. 确定各层确定各层EsiEsi)(112211iiiiisippeeeE4. 4. 根据计算尺寸，查表得根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数到平均附加应力系数5.5.列表计算各层沉降量列表计算各层沉降量sisiz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.6152925771615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94054.77.8l/bz/b

13、3.9z()0.25000.24230.21490.17460.14330.12050.113600.29080.51580.69840.80250.867608861izi i1zi1()0.29080.22500.18260.10410.06510.0185Ei(kP)7448s(mm)20.714.711.24.83.30.9s(mm)55.6根据计算表所示根据计算表所示z=0.6m, s n =0.9mm 0.025 s i =55.6mm满足规范要求满足规范要求 6.6.沉降修正系数沉降修正系数j j s s 根据根据Es =6.0MPa， fk=p0 ，查表得到，查表得到ys =1

14、.17.7.基础最终沉降量基础最终沉降量 s= ys s =61.2mm 五、沉降分析中的若干问题五、沉降分析中的若干问题n1.土的回弹与再压缩土的回弹与再压缩pe弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形adbcb 压缩曲线压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压缩曲线再压缩曲线n1.1.土的卸荷回弹曲线不与原土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分完全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形为不能恢复的塑性变形n2.2.土的再压缩曲线比原压缩土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，经过压缩后，卸荷再压缩

15、时，其压缩性明显降低其压缩性明显降低n2.粘性土沉降的三个组成部分粘性土沉降的三个组成部分scdssssn1.sd 1.sd 瞬时沉降瞬时沉降n2.sc 2.sc 固结沉降固结沉降n3. ss 3. ss 次固结沉降次固结沉降n3.3.土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态先期固结压力先期固结压力pc pc ：土在其生成历史中曾受过的最大：土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力有效固结压力讨论：对试样施加压力讨论：对试样施加压力p p时，压缩曲线形状时，压缩曲线形状ppc正常压缩

16、曲线，斜率陡，土体压缩量大正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大 土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响，用先期固结压力的影响，用先期固结压力pcpc与现时的土压力与现时的土压力p0p0的比值描的比值描述土层的应力历史，将粘性土进行分类述土层的应力历史，将粘性土进行分类n1.1.正常固结土正常固结土先期固结压力等于现时的土压力先期固结压力等于现时的土压力pcpcp0p0n2.2.超固结土超固结土先期固结压力大于现时的土压力先期固结压力大于现时的土压力pcp0pcp0n3.3.超固结土超固结土先期固结压力小于现时的土压力先期固结压力小于现时的土

17、压力pcp0pc30%U 30%近似取第一项近似取第一项)4/exp(8122vZTUppn土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分布和排水条土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分布和排水条件相同时，达到同一固结度时时间因素相等件相同时，达到同一固结度时时间因素相等222121tHctHcvv222121HHtt 土质相同、厚度不同土层，土质相同、厚度不同土层，荷载和排水条件相同时，达到荷载和排水条件相同时，达到相同固结度所需时间之比等于相同固结度所需时间之比等于排水距离平方之比排水距离平方之比n结论：对于同一地基情况，将单面排水改为双面排水，要结论：对于同一地基情况，将单面排水改为双面排水

18、，要达到相同的固结度，所需历时应减少为原来的达到相同的固结度，所需历时应减少为原来的1/4 1/4 各种情况下地基固结度的求解各种情况下地基固结度的求解地基固结度基本表达式中的地基固结度基本表达式中的UzUz随地基所受附加应力和排水条件不随地基所受附加应力和排水条件不同而不同，因此在计算固结度与时间的关系时也应区别对待同而不同，因此在计算固结度与时间的关系时也应区别对待n1.1.适用于地基土在其自重作用下已固结完成，基底面积很大而压缩适用于地基土在其自重作用下已固结完成，基底面积很大而压缩土层又较薄的情况土层又较薄的情况n2.2.适用于土层在其自重作用下未固结，土的附加应力等于自重应力适用于土

19、层在其自重作用下未固结，土的附加应力等于自重应力n3.3.适用于地基土在自重作用已固结完成，基底面积较小，压缩土层适用于地基土在自重作用已固结完成，基底面积较小，压缩土层较厚，外荷在压缩土层的底面引起的附加应力已接近于零较厚，外荷在压缩土层的底面引起的附加应力已接近于零n4.4.视为视为1 1、2 2种附加应力分布的叠加种附加应力分布的叠加n5.5.视为视为1 1、3 3种附加应力分布的叠加种附加应力分布的叠加1 12 23 34 45 5H 利用压缩层透水面上压缩利用压缩层透水面上压缩应力与不透水面上压缩应力应力与不透水面上压缩应力之比，绘制固结度与时间因之比，绘制固结度与时间因素曲线，确定

20、相应固结度素曲线，确定相应固结度透水面上的压缩应力透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力不透水面上的压缩应力 三、例题分析三、例题分析n【例】厚度H=10m粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其压缩应力如下图所示。粘土层的初始孔隙比e1=0.8，压缩系数a=0.00025kPa-1，渗透系数k=0.02m/年。试求：n 加荷一年后的沉降量St n 地基固结度达Uz=0.75时所需要的历时tn 若将此粘土层下部改为透水层，则Uz=0.75时所需历时t157kPa235kPaHp粘土层粘土层不透水层不透水层 【解答】n1.当t=1年的沉降量 mmHeaSz27311地基最终沉降量地基最终沉降量年年/

21、4 .14)1 (21maekcwv固结系数固结系数时间因素时间因素144.02tHcTvv5 .1157235查图表得到查图表得到Ut=0.45加荷一年的沉降量加荷一年的沉降量mmSUSzt123n2.当Uz=0.75所需的历时t 由由Uz=0.75，a1.5查图得查图得到到Tv0.47年年26.32vvcHTtn3.双面排水时，Uz=0.75所需历时 由由Uz=0.75,a1,H=5m查查图得到图得到Tv0.49年年85.02vvcHTt4.4 建筑物沉降观测与地基容许变形值 一、建筑物沉降观测一、建筑物沉降观测n反映地基的实际变形以及地基变形对建筑物的影响程度反映地基的实际变形以及地基变形对建筑物的影响程度n根据沉降观测资料验证地基设计方案的正确性，地基事故根据沉降观测资料验证地基设计方案的正确性，地基事故的处理方式以及检查施工的质量的处理方式以及检查施工的质量n沉降计算值与实测值的比较，判断现行沉降计算方法的准沉降计算值与实测值的比较，判断现行沉降计算方法的准确性，并发展新的更符合实际的沉降计算方法确性，并发展新的更符合