-土的压缩性与地基沉降

1、第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 土的压缩性与地基沉降计算是土力学的重点。许。许多建筑工程事故：多建筑工程事故：建筑物倾斜、建筑物严重下沉、墙体开裂、基础断裂等，都是地基严重沉降或不均匀沉降造成的。 地基土层发生变形的地基土层发生变形的主要因素：内因是土具有压缩性；外因主要是建筑物荷载的作用。基本概念 1土的压缩性大 土由固体矿物颗粒、水和气体三相组成，土的压缩性比其土由固体矿物颗粒、水和气体三相组成，土的压缩性比其他材料如钢材、混凝土大得多。他材料如钢材、混凝土大得多。 2地基土产生压缩的原因 （1）外因 建筑物荷载作用；建筑物荷载作用； 地下水位大幅度下降，相

2、当于施加大面积荷载。，相当于施加大面积荷载。 施工影响，基槽持力层土的结构扰动；，基槽持力层土的结构扰动； 振动影响，产生震沉；，产生震沉； 温度变化影响，如冻融影响；，如冻融影响； 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。，如黄土湿陷，填土下沉。 3-1 3-1 土的变形特性土的变形特性（2）内因 固相矿物本身压缩，极小，忽略不计；固相矿物本身压缩，极小，忽略不计； 土中液相水的压缩很小，忽略不计；土中液相水的压缩很小，忽略不计； 土中土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土的孔隙减小。使土的孔隙减小。 在在建筑物荷载作用下，土中孔隙压缩，造成沉降。 3饱

3、和土体压缩过程 饱和土的孔隙中全部充满着水，土的压缩与土孔隙中水的挤出，是同时发生的。土中的水从孔隙中挤出的过程称为土的渗流固结过程。 4蠕变的影响 粘性土是一种粘性土是一种弹塑性材料。材料。粘性土长期受荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象称为蠕变。这是土的又一特性。这是土的又一特性。 土的应力与应变关系 1土体中的应力 (1）应力的基本概念）应力的基本概念 9个应力分量 土体中任一点的应力状态，可根土体中任一点的应力状态，可根据所选定的直角坐标据所选定的直角坐标Ox，Oy，Oz， 用用三个法向应力x，y，z和和 三对剪应力xy=yx，yz=zy，xz =zx，一共六个，一共六个独立的应力分

4、量来表示。独立的应力分量来表示。 三、三、土中一点的应力 剪应力的脚标前面一个表示剪应力作用面的法线方向，后一个表示剪应力的作用方向。 法向应力的正负 土力学规定，土力学规定，以压应力为正，拉应力为负。剪应力的正负 在土力学规定，在土力学规定，以以外法线n与坐标轴方向一致的面为基准面，剪应力的方向与坐标方向相反者为正，与坐标方向相同者为负。 主要内容：主要内容： 饱和土的有效应力原理饱和土的有效应力原理 土的压缩性土的压缩性 地基最终沉降量的计算方法地基最终沉降量的计算方法根据试验说明有效应力原理根据试验说明有效应力原理uu总应力；有效应力； 孔隙水压力有效应力通过土骨架传递，使土体体积发生变

5、化。孔隙水压有效应力通过土骨架传递，使土体体积发生变化。孔隙水压力通过孔隙中贯通的水传递，不会使土体的体积发生变化。力通过孔隙中贯通的水传递，不会使土体的体积发生变化。3-2 3-2 有效应力原理有效应力原理 ( (太沙基于太沙基于19361936年提出年提出) )有效应力原理的推导有效应力原理的推导A点的孔隙水压力点的孔隙水压力:A点的竖直总压力点的竖直总压力:根据有效性原理根据有效性原理:因此，有效应力与地面水深的变化无关，水深的变因此，有效应力与地面水深的变化无关，水深的变化不会引起土体变形。化不会引起土体变形。)(21hhw21hhsatw121222()wsatwwsatwuhhhh

6、hh一、压缩试验和压缩曲线（侧限条件）一、压缩试验和压缩曲线（侧限条件）首先介绍首先介绍室内侧限压缩仪室内侧限压缩仪。原理：根据不同荷载情况下计算试样的孔隙原理：根据不同荷载情况下计算试样的孔隙比变化。比变化。3-3 3-3 侧限条件下的压缩性侧限条件下的压缩性1、实验方法：、实验方法：l 分级施加荷载，静置至变形稳定（0.1mm/h）；l 观测每级荷载下压缩量Hi；l 逐步加大荷载i（kPa）= 25， 50， 100， 200， 400， 800测定：竖向变形 Hi各级荷载作用下的ei 固结实验固结实验 （侧限压缩实验）（侧限压缩实验）土样初始高为土样初始高为H0，孔隙比为，孔隙比为e0；

7、在荷载作用下，高度变为在荷载作用下，高度变为H0H，孔隙比为，孔隙比为e。 Vs=1 Vv=e。 Vv=e H。 H Vs=1eSHV1eHHeHeHHSV111)(得：(1)HeeeH2、孔隙比的计算：、孔隙比的计算：假设横截面积为S 压缩曲线压缩曲线 l e - 曲线：采用普通直角坐标系绘制； l e - 曲线初始段较陡，随后逐渐平缓；l 砂土较平缓，软粘土较陡。l e lg 曲线： 采用半对数坐标绘制；l 实验研究表明：e lg 后半段接近直线。1、a称为压缩系数。称为压缩系数。a越越大，土的压缩性越大。大，土的压缩性越大。软粘性土软粘性土 密实砂土密实砂土2、从图中看出同一试样的、从图

8、中看出同一试样的a值并非常数，而与所取的值并非常数，而与所取的位置有关。位置有关。二、土的压缩系数和压缩指数二、土的压缩系数和压缩指数 土的压缩性大，孔隙比变化大，曲线比较陡；土土的压缩性大，孔隙比变化大，曲线比较陡；土的压缩性小，孔隙比变化小，曲线比较平缓。的压缩性小，孔隙比变化小，曲线比较平缓。在图中取在图中取M1，M2点。点。压力增量压力增量 当压力变化范围不大时，可将当压力变化范围不大时，可将M1,M2曲线用割线曲线用割线来代替，其斜率为来代替，其斜率为 21eee)(100011221MPaaeetg12规范规范规定，取压力规定，取压力相应的这段压缩系数相应的这段压缩系数 作为土的压

9、缩性的判断作为土的压缩性的判断标准。标准。12100,200kPakPa， 21a土的压缩系数土的压缩系数（MPa1）土的压缩性土的压缩性a a1-21-20.10.1低压缩性低压缩性0.10.1a1-20.50.5中压缩性中压缩性0.50.5a1-2高压缩性高压缩性压缩指数：压缩指数：12211221lglglgtaneeeeCclglglgcclgecc愈大，其压缩性愈大，其优点是 曲线有很大一段直线， 为一常数。例题例题2: 一厚为一厚为20m的粘土地基上建一建筑物，经数的粘土地基上建一建筑物，经数年，下沉停止，下沉量为年，下沉停止，下沉量为5.5cm，如果基础的平均，如果基础的平均压力

10、为压力为100kPa（施工前孔隙比（施工前孔隙比e。1），求该地），求该地基的压缩系数。基的压缩系数。解：解：1?100tan0021121221VsVveeeeekPaeea12151221105 . 5105 . 520005 . 521001MPakPaeea(1)HeeeH又三、侧限压缩模量三、侧限压缩模量 根据根据 曲线可得到另一个压缩性指曲线可得到另一个压缩性指标标侧限压缩模量侧限压缩模量Es，其定义：土在完全侧，其定义：土在完全侧限条件下的竖向受压应力增量与应变增量的限条件下的竖向受压应力增量与应变增量的比值。比值。e1221HHH121HHHz当压力从当压力从增到增到，相应土样高度从，相应土样高度从H1减小减小则则到到H2，压缩量，压缩量)(121121MPaHHHHHEs Es相似于钢材的弹性模量，但又有本质相似于钢材的弹性模量，但又有本质区别。区别。其一是压缩模量是在侧限条件下测定的，与其一是压缩模量是在侧限条件下测定的，与无侧限条件下单向受力所测得的弹性模量相无侧限条件下单向受力所测得的弹性模量相区别；区别；其二是土的压缩模量不仅反映了土的弹性变其二是土的压缩模量不仅反映了土的弹性变形，而且同时反映了土的塑性变形（又称永形，而且同时反映了土的塑性变形（又称永久变形或残余变形），且是一个随应力而变久变形或残余