4 土的压缩性及变形计算新方案ppt课件

1、土力学与地基基础土的压缩性及变形第四章第四章土的紧缩性及变形计算土力学与地基基础土的压缩性及变形4.1 4.1 土的紧缩性土的紧缩性一、根本概念一、根本概念土体在压力作用下体积减小的特性称为土的紧缩性。地基土层发生变形的主要要素地基土层发生变形的主要要素 内因：土具有紧缩性内因：土具有紧缩性 外因：主要是建筑物荷载的作用外因：主要是建筑物荷载的作用 建筑物荷载作用，这是普遍存在的要素建筑物荷载作用，这是普遍存在的要素 地下水位大幅度下降地下水位大幅度下降 施工影响，基槽持力层土的构造扰动施工影响，基槽持力层土的构造扰动 振动影响，产生震沉振动影响，产生震沉 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉浸水下

2、沉，如黄土湿陷，填土下沉 土体紧缩性土体紧缩性土在压力附加土在压力附加应力或自重应力作用下体积减应力或自重应力作用下体积减少的特性。通常，均以为土体紧少的特性。通常，均以为土体紧缩完全是由于土中孔隙体积减小缩完全是由于土中孔隙体积减小的结果。的结果。土的固结土的固结土体在压力作用下土体在压力作用下其紧缩量随时间增长的过程。其紧缩量随时间增长的过程。土力学与地基基础土的压缩性及变形土紧缩的缘由固体土颗粒本身被紧缩土空隙中水及封锁气体被紧缩水和气体从孔隙中被挤出略去略去不计不计 土体在外力作用下，紧缩变形随时间增长的过程，称为土的固结。土体在外力作用下，紧缩变形随时间增长的过程，称为土的固结。透水

3、性大透水性大 排水快排水快 紧缩过程短紧缩过程短 变形稳定变形稳定透水性小透水性小 排水慢排水慢 紧缩过程长紧缩过程长 变形渐长变形渐长土力学与地基基础土的压缩性及变形二、紧缩实验和紧缩性目的二、紧缩实验和紧缩性目的 土的室内紧缩实验是用侧限紧缩仪土的室内紧缩实验是用侧限紧缩仪( (又称固结仪又称固结仪) )来进展的，亦称土来进展的，亦称土的侧限紧缩实验或固结实验，仪器构造如下图。的侧限紧缩实验或固结实验，仪器构造如下图。 一一 紧缩实验紧缩实验土力学与地基基础土的压缩性及变形 固结实验：用金属环刀切固结实验：用金属环刀切取坚持天然构造的原状土样，取坚持天然构造的原状土样，并置于圆筒形紧缩容器

4、的刚性并置于圆筒形紧缩容器的刚性护环内，土样上下各垫一块透护环内，土样上下各垫一块透水石，土样受压后土中水可以水石，土样受压后土中水可以自在排出。土样在天然形状下自在排出。土样在天然形状下或经人工饱和后，进展逐级加或经人工饱和后，进展逐级加压固结，以便测定各级压力作压固结，以便测定各级压力作用下土样紧缩稳定后的孔隙比用下土样紧缩稳定后的孔隙比变化，进而得到表示土的孔隙变化，进而得到表示土的孔隙比比e e与压力与压力p p的紧缩关系曲线。的紧缩关系曲线。 水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表土力学与地基基础土的压缩性及变形利用受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不

5、变的两个条件，得出：iiiiesHeHeH+=+=+1-11000)1(-000eHseeii+=土样紧缩稳定后孔隙比ei Vv0e0Vs01h0/(1+e0)h0VvieiVsi1hi/(1+ei)phiSi由于逐级施加荷载，在由于逐级施加荷载，在不同压力不同压力p p作用下可得到作用下可得到相应的孔隙比相应的孔隙比e e，根据一，根据一一对应关系，以横坐标一对应关系，以横坐标表示压力，以纵坐标表表示压力，以纵坐标表示孔隙比，绘制示孔隙比，绘制e-pe-p曲线，曲线，称为紧缩曲线。称为紧缩曲线。土力学与地基基础土的压缩性及变形 曲线愈陡，阐明随着压力的添加，土孔隙比的减小愈显著，曲线愈陡，阐

6、明随着压力的添加，土孔隙比的减小愈显著，因此土的紧缩性愈高。因此土的紧缩性愈高。紧缩曲线的绘制方式紧缩曲线的绘制方式土力学与地基基础土的压缩性及变形1 1、紧缩系数、紧缩系数a a e-p曲线在压力曲线在压力p1土体自重应力变到土体自重应力变到p2土体自重应力和附加应力土体自重应力和附加应力之和时，其对应的曲线段，可近似看作直线，这段直线的斜率曲线上之和时，其对应的曲线段，可近似看作直线，这段直线的斜率曲线上恣意两点割线的斜率恣意两点割线的斜率 称为土的紧缩系数。称为土的紧缩系数。11221()eeeatgMPappp斜率p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线pe二紧缩性目的二紧缩性目的土

7、力学与地基基础土的压缩性及变形土的类别土的类别a1-2 (MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.10.5低压缩性土低压缩性土0.1从曲线得知：从曲线得知：a a不是一个常数，与不是一个常数，与p1p1、p2 p2 的取值有关，的取值有关， 用用p1p1100kPa100kPa、p2p2200kPa200kPa对应的紧缩系数对应的紧缩系数a1-2a1-2评价土的紧缩性评价土的紧缩性p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线pe土力学与地基基础土的压缩性及变形【例】 某工程钻孔3号土样3-1粉质黏土和3-2淤泥质黏土的紧缩实验数据列于下表，试计算紧缩系数 ，并评价其紧缩性。

8、21紧缩实验数据垂直压力（垂直压力（kPakPa）0 05050100100200200300300400400孔隙比孔隙比土样土样3 31 10.8660.8660.7990.7990.7700.7700.7360.7360.7210.7210.7140.714土样土样3 32 21.0851.0850.9600.9600.8900.8900.8030.8030.7480.7480.7070.7071121 2210.7700.7360.340.20.1eeMPapp1121 2210.8900.8030.870.20.1eeMPapp11 20.10.340.5MPa由于，故该土属于中紧缩

9、性土11 20.870.5MPa由于，故该土属于高紧缩性土解：土样3-1：土样3-2：土力学与地基基础土的压缩性及变形2 2、紧缩指数、紧缩指数CcCc12c2121/lg(/)lglgeeCepppp 土的类别土的类别Cc高压缩性土高压缩性土0.4中压缩性土中压缩性土0.20.4低压缩性土低压缩性土1，OCR愈大，土遭到超固结作用愈强，其它条件一样，紧缩性愈低；土力学与地基基础土的压缩性及变形3、欠固结土 OCR1，土在自重作用下还没有完全固结，土的固结应力末全部转化为有效应力，即尚有一部分由孔隙水所承当，即pcp1,如人工填土或新近堆积粘性土。土力学与地基基础土的压缩性及变形两种常用方法：

10、两种常用方法：1 1、分层总和法、分层总和法2 2、地基规范法、地基规范法 地基土层在建筑物荷载作用下，不断产生紧缩，直至地基土层在建筑物荷载作用下，不断产生紧缩，直至紧缩稳定后地基外表的沉降量称为地基的最终沉降量，紧缩稳定后地基外表的沉降量称为地基的最终沉降量，或根底的最终沉降。或根底的最终沉降。4.2 4.2 地基沉降量的计算地基沉降量的计算土力学与地基基础土的压缩性及变形1 1、根本假定、根本假定一、分层总和法一、分层总和法l 1假定地基每一分层均质，且应力沿厚度均匀分布；l 2) 在建筑物荷载作用下，地基土层只产生竖向紧缩变形，不发生侧向膨胀变形；l 3) 采用基底中心点下的附加应力计

11、算地基变形量，且地基恣意深度处的附加应力等于基底中心点下该深度处的附加应力值；l 4地基变形发生在有限深度范围内；l 5地基最终沉降量等于各分层沉降量之和。 土力学与地基基础土的压缩性及变形2 2、计算步骤：、计算步骤：(b)分别计算每分层界面处的自重应力和附加应力，并画出应力图形(c)确定地基沉降计算深度zn。采用应力比:(a)地基土分层，根据实践将地基土分成假设干薄层hi不同土层界面；地下水位标高处；每层厚度0.4b(根底宽度；(f) (f) 计算地基最终沉降量，实践就是将各薄层土沉降量之和计算地基最终沉降量，实践就是将各薄层土沉降量之和S=S= SiSi(d)计算每薄层土沉降量Si 普通

12、土层：z/cz 0.2； 软粘土层：z/cz 0.1 ；1i2iii1ieeSh1e 自重应力自重应力d地面地面基底基底pp0 d 附加应力附加应力紧缩层下限紧缩层下限(沉沉降计算深度降计算深度czizihizn土力学与地基基础土的压缩性及变形3 3、计算公式：、计算公式：1i2ii2i1iiziiiiii1i1isisieea (pp )pShhhh1e1eEE最终沉降量：最终沉降量：各分层沉降量：各分层沉降量：1niisse1ie1i由第由第i i层的自重应力均值从土的紧缩曲线上得到的相应孔隙比层的自重应力均值从土的紧缩曲线上得到的相应孔隙比e2ie2i由第由第i i层的自重应力均值与附加

13、应力均值之和从土的紧缩曲线层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的紧缩曲线 上得到的相应孔隙上得到的相应孔隙EsiEsi第第i i分层土的紧缩模量；分层土的紧缩模量；zizi第第i i层土上下层面所受附加应力的平均值。层土上下层面所受附加应力的平均值。土力学与地基基础土的压缩性及变形土力学与地基基础土的压缩性及变形解：1计算基底压力pk和基底附加压力p0kpaAGFpkkk2301051055 . 12010000kpappcdk2005 . 12023002分层。基底宽度b=5m，取0.4b=2m。由于地下水位间隔基底2.5m，将其分为1m和1.5m，其下每层为2m。3计算各分层层面处土的自

14、重应力 计算过程略，结果见表ci水位以下用有效容重）水位以上用天然容重，(0niiicid土力学与地基基础土的压缩性及变形4计算各层层面处的附加应力 由于根底底面为矩形，求根底中心点以下应力，查表时，取b=2.5m，l=5m，l/b=2，根据各点z值，查得 值，求ziczi26.40.0332.05.012.5735.20.0442.04.210.5648.80.0612.03.48.5571.20.0892.02.66.54106.40.1332.01.84.531600.2002.01.02.52195.20.2442.00.41.012000.2502.0000(kpa)l/bz/bz

15、(m)位置c04pcz土力学与地基基础土的压缩性及变形5确定紧缩层厚度 在深度为12.5m处， ，满足要求，所以紧缩层厚度为12.5m。nz2 . 014. 01904 .26zc6计算紧缩层内各分层的自重应力平均值 和平均附加应力值 ，并求出 和ip1ip22)1(ciicci2)1(ziizzi7从ep曲线上根据 和 查出相应的 和 值。ip1ip2ie1ie28计算各层在侧限条件下的紧缩量isiiiiiheees12119计算根底的最终沉降量smmssnii15.1562 . 383. 643. 797.1756.3986.4256.381土力学与地基基础土的压缩性及变形点点0 00 0

16、30302002001.01.04040197.6197.6237.6237.60.9450.9450.8700.87038.5638.561 11.01.05050195.2195.21.51.56565177.6177.6142.6142.60.9250.9250.8700.87042.8642.862 22.52.580801601602.02.09191133.2133.2224.2224.20.9100.9100.8720.87239.5639.563 34.54.5102102106.4106.42.02.011311388.888.8201.8201.80.8920.8920.8

17、750.87517.9717.974 46.56.512412471.271.22.02.013513560601951950.8850.8850.8780.8787.437.435 58.58.514614648.848.82.02.015715742421971970.8780.8780.8750.8756.836.83610.510.516816835.235.22.02.017917930.830.8209.8209.80.8730.8730.8730.8733.203.207 712.512.519019026.426.4)(mz)(kpaci)(kpazi)(mhi)(1kpapi

18、)(kpapi)(2kpapiie1ie2)(1121mmheeesiiiii计算结果见表土力学与地基基础土的压缩性及变形二、应力面积法计算沉降量二、应力面积法计算沉降量 所引荐的地基最终沉降量计算方法是另所引荐的地基最终沉降量计算方法是另一种方式的分层总和法。它也采用侧限条件的紧缩性目的，并运用了一种方式的分层总和法。它也采用侧限条件的紧缩性目的，并运用了平均附加应力系数计算；还规定了地基沉降计算深度的规范以及提出平均附加应力系数计算；还规定了地基沉降计算深度的规范以及提出了地基的沉降计算阅历系数，使得计算成果接近于实测值。了地基的沉降计算阅历系数，使得计算成果接近于实测值。 平均附加应力系

19、数的物理意义：分层总和法中地基附加应力按均平均附加应力系数的物理意义：分层总和法中地基附加应力按均质地基计算，即地基土的紧缩模量质地基计算，即地基土的紧缩模量EsEs不随深度而变化。从基底至地基不随深度而变化。从基底至地基恣意深度恣意深度z z范围内的紧缩量为：范围内的紧缩量为： szzszszEAdzEdzEs001土力学与地基基础土的压缩性及变形 引荐公式引荐公式由上式乘以沉降计算阅历系数由上式乘以沉降计算阅历系数ss，即为，即为 引引荐的沉降计算公式：荐的沉降计算公式：式中：式中：s-s-沉降计算阅历系数，应根据同类地域沉降计算阅历系数，应根据同类地域已有房屋和构筑物实测最终沉降量与计算

20、沉降量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，查书对比确定，查书9898表表5-25-2）表查竖向平均附加应力系数3598()(1110iiiinisisszzEpss土力学与地基基础土的压缩性及变形地基受压层计算深度确实定地基受压层计算深度确实定计算深度计算深度znzn可按下述方法确定：可按下述方法确定：1 1规范规定应满足下式要求：规范规定应满足下式要求：niinss1025.0式中：式中：Sn-Sn-在深度在深度znzn处，向上取计算厚度为处，向上取计算厚度为z z的计算的计算变形值；变形值；z z查查9797表表5-15-1；Si-Si-在深度在深度znzn范围内，第范围内

21、，第i i层土的计算变形量。层土的计算变形量。如确定的沉降计算深度下部仍有较脆弱土层时如确定的沉降计算深度下部仍有较脆弱土层时, ,应继续往下应继续往下计算计算, ,同样也应满足上式。同样也应满足上式。土力学与地基基础土的压缩性及变形 2 2对无相邻荷载的独立根底，可按以下简化的阅历公对无相邻荷载的独立根底，可按以下简化的阅历公式确定沉降计算深度式确定沉降计算深度znzn： 在计算深度范围内存在基岩时，取至基岩外表。在计算深度范围内存在基岩时，取至基岩外表。)ln4 .05 .2(bbzn土力学与地基基础土的压缩性及变形例题：例题：F=1800kN1.5m2.4m3.2m1.8m0.6m粘土3/18mkN粉土淤泥质粘土粉土asMPE66. 31asMPE60. 22asMPE20. 63asMPE20. 63如图，根底底面尺寸为4.83.2m2，F=1800kN，地基土层分层及各层土侧限紧缩模量见图中数据，用应力面积法求根底中点的沉降量。【解】1基底附加压力KPap1205 .