项目3地基变形的计算3-1

1、土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系1项目三项目三 地基变形的计算地基变形的计算土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系2任务任务3-1 土的压缩性土的压缩性一、理论知识一、理论知识土的压缩性土的压缩性土压缩的土压缩的3个原因个原因：1. 土的固体颗粒被压缩土的固体颗粒被压缩2.土中水与封闭空气被压缩土中水与封闭空气被压缩3.土中孔隙水和气体被挤出，在这一过程中，颗粒土中孔隙水和气体被挤出，在这一过程中，颗粒间产生相对移动，重新排列并互相挤紧。间产生相对移动，重新排列并互相挤紧。土的压缩性有两个特点土的压缩性有两个特点： 1.土压缩的主要土压缩的主要原因是土中孔隙减少原因是土中孔隙

2、减少(原因原因3)。 2.土体完成压缩过程需要时间。土体完成压缩过程需要时间。土的固结土的固结土的压缩随时间增长的过程。土的压缩随时间增长的过程。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系3 （1）侧限压缩）侧限压缩 实验设备为固结仪：实验设备为固结仪： 1 1固结试验及压缩性指标固结试验及压缩性指标土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系4土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系5土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系6土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系7土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系8试验方法试验方法：加荷载，让土样在逐级增加的压力（加荷载，让土样在

3、逐级增加的压力（5050、100100、200200、300300、400kPa)400kPa)作用发生竖向作用发生竖向压缩（压缩（而无侧向变形而无侧向变形）。测定各级压力）。测定各级压力作用下土样高度的变化值作用下土样高度的变化值s s，即压缩量。，即压缩量。将压缩量换算成每级荷载后土样的孔隙将压缩量换算成每级荷载后土样的孔隙比比e e。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系9土样压缩后体积变化示意图土样压缩后体积变化示意图hiVvVv土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系10 根据示意图，因根据示意图，因Vs不变化，不变化， 如果设如果设 Vs =1 =1，则则 压缩前压缩前

4、Vv= = e0 ?Vs = =e0 ?1 = =e0 总体积总体积 h0?A=1 + 1 + e0 压缩后压缩后 Vv= = e ?Vs = =e ?1 = =e0 总体总体 积积 h?A=1 + 1 + e 经整理得到关系式：经整理得到关系式： (1+ (1+ e0)/ )/h h0 0= (1+ (1+ e)/ )/h h e = ( (h h0 0 h i)(1+ )(1+ e0)/ )/ h h0 0 1 1 e=e0 h i （1 + 1 + e0 ）/h/h0 0土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系11式中式中, ,h hi i( (也用也用h hi i表示表示) )各级

5、压力各级压力p p作作用下的稳定压缩量，用下的稳定压缩量，mm mm ；h hi i = h= h0 0h h h h0 0土样的初始高度，土样的初始高度，mmmm h h经某级荷载压缩后的土样经某级荷载压缩后的土样 高度，高度，mmmm e e0 0土的初始孔隙比土的初始孔隙比 e e经某级荷载压缩后土的孔隙比经某级荷载压缩后土的孔隙比土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系12土的压缩曲线土的压缩曲线根据根据P与与e的对应关系，则可整理成，的对应关系，则可整理成，e-p压缩曲线压缩曲线或或e-logp压缩曲线：压缩曲线：土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系13压缩压缩系数系数:

6、 :=tan=(e=tan=(e1 1-e-e2 2)/(P)/(P2 2-P-P1 1) ) 土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系14式中，式中， 压缩系数，压缩系数，MPaMPa-1-1 P P1 1地基计算深度处土的地基计算深度处土的自重应力自重应力 czcz，MPaMPa。一般取。一般取P P1 1=100kPa=100kPa P P2 2地基计算深度处土的地基计算深度处土的自重应力与自重应力与附加应力之和附加应力之和，MPa.MPa.一般取一般取P P2 2=200kPa=200kPa e e1 1、e e2 2 e ep p曲线上相应于曲线上相应于P P1 1、P P2 2

7、的孔隙比的孔隙比 往或往记作往或往记作 0.1- 0.20.1- 0.2或或 1- 21- 2土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系15 压缩系数压缩系数a a1 1- -2 2来评定土的压缩性：来评定土的压缩性： a a1-2 1-2 0.1MPa-1 时，时， 属于低压缩性土属于低压缩性土 0.1 0.1 MPa-1 a a1-2 1-2 s 15 MPa时，为低压缩性土时，为低压缩性土土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系17 2.2.现场荷载试验及变形模量现场荷载试验及变形模量 （1 1）现场荷载试验（土压缩性的原位测试）现场荷载试验（土压缩性的原位测试） 室内有側限的压缩

8、试验不能准确地反映土层的室内有側限的压缩试验不能准确地反映土层的实际情况，因此，可在现场进行原位载荷试验，实际情况，因此，可在现场进行原位载荷试验，某条件近似无側限压缩。载荷试验结果可以绘某条件近似无側限压缩。载荷试验结果可以绘制压力制压力P P与变形量与变形量s s的关系和变形量的关系和变形量s s与时间与时间T T的的关系曲线。关系曲线。 从载荷试验结果可看出，一般土地基的变形可从载荷试验结果可看出，一般土地基的变形可分为三个不同阶段：分为三个不同阶段：土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系18 原位测试装置原位测试装置土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系19原位测试结果：原

9、位测试结果：p ps s曲线图曲线图土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系201 1压密变形阶段：相当于曲线压密变形阶段：相当于曲线oaoa段，段，s-ps-p的关系近直线，此阶段变形主要的关系近直线，此阶段变形主要是土的孔隙体积被压缩而引起土粒发是土的孔隙体积被压缩而引起土粒发生垂直方向为主的位移，称压密变形。生垂直方向为主的位移，称压密变形。地基土在各级荷载作用下变形，是随地基土在各级荷载作用下变形，是随着时间的增长而趋于稳定。着时间的增长而趋于稳定。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系212 2剪切变形阶段：相当于曲线剪切变形阶段：相当于曲线的的abab段，段，s-ps-p

10、的关系不再保持直的关系不再保持直线关系，而是随着线关系，而是随着p p的增大，的增大，s s的的增大逐渐加大。此阶段变形是在增大逐渐加大。此阶段变形是在压密变形的同时，地基土中局部压密变形的同时，地基土中局部地区的剪应力超过土的抗剪强度，地区的剪应力超过土的抗剪强度，而引起土粒之间相互错动的位移，而引起土粒之间相互错动的位移，称剪切变形，也称塑性变形。称剪切变形，也称塑性变形。地基由压密变形阶段过渡到局部地基由压密变形阶段过渡到局部剪切变形阶段的临界荷载，称为剪切变形阶段的临界荷载，称为地基土的临塑荷载或比例界限压地基土的临塑荷载或比例界限压力。力。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系

11、22 3 3完全破坏阶段：塑性变形区的不完全破坏阶段：塑性变形区的不断发展，导致地基稳定性的逐渐降低，断发展，导致地基稳定性的逐渐降低，而且趋向完全破坏阶段。即而且趋向完全破坏阶段。即b b点以下点以下的一段。地基达到完全破坏时的临界的一段。地基达到完全破坏时的临界荷载，称为地基的极限荷载。相当荷载，称为地基的极限荷载。相当b b的压力。因此，在实际设计工作中，的压力。因此，在实际设计工作中，若作用在基础底面每单位面积的压力若作用在基础底面每单位面积的压力不超过地基土的临塑荷载，则一般能不超过地基土的临塑荷载，则一般能保证地基的稳定和不致产生过大的变保证地基的稳定和不致产生过大的变形，确保建筑

12、物的安全和正常使用。形，确保建筑物的安全和正常使用。故常选用临塑荷载作为地基土的允许故常选用临塑荷载作为地基土的允许承载力承载力。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系23 现场试验操作要点：现场试验操作要点： A A荷载板的底面积为荷载板的底面积为0.25-0.50.25-0.5平米平米 B B加荷等级不少于加荷等级不少于8 8级级 C C每级加荷后，按间隔每级加荷后，按间隔1010、1010、1515、1515、3030、3030读取沉降量。读取沉降量。 D D对于每级荷载，当连续对于每级荷载，当连续2 2小时内，每小时的沉降量小小时内，每小时的沉降量小于于0.1mm0.1mm时，可

13、加下一级荷载时，可加下一级荷载 E E当出现一下情况时即可终止加载：当出现一下情况时即可终止加载： 荷载板周围土明显侧向挤出或产生裂纹；荷载板周围土明显侧向挤出或产生裂纹； 沉降量急剧增大，沉降量急剧增大，P-SP-S曲线出现陡降段：曲线出现陡降段： 在某一级荷载下，在某一级荷载下，2424小时沉降未能达到稳定状态；小时沉降未能达到稳定状态； S/b0.06S/b0.06土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系24 （2 2）变形模量）变形模量E EOO 选取选取P-SP-S曲线直线段求出变形模量曲线直线段求出变形模量E EOO公式公式（略）（略） E EO O =Pb(1-=Pb(1-

14、2 2) )/S/S 式中，式中，P P直线段的荷载强度。直线段的荷载强度。kPakPa S S 相应于相应于P P的沉降量的沉降量 b b 荷载板的宽度或直径荷载板的宽度或直径 土的泊松比，砂土取土的泊松比，砂土取0.20.250.20.25，粘性土取粘性土取0.250.450.250.45 沉降影响系数，方形板沉降影响系数，方形板0.880.88，圆，圆形板形板0.790.79 （3 3）变形模量与压缩模量的关系）变形模量与压缩模量的关系 E EO O = = E Es s 式中，式中， =1 - 2 =1 - 2 2 2/(1- /(1- 2 2 ) )土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系25 3.3.土的应力历史土的应力历史（略）（略） 土的应力历史是指土层在地质历史发展过程中土的应力历史是指土层在地质历史发展过程中所形成的先期应力状态以及这个状态对土层与所形成的先期应力状态以及这个状态对土层与变形的影响变形的影响 （1 1）先期固结压力）先期固结压力 土层在历史上曾经受过的最大固结压力（土层在历史上曾经受过的最大固结压力（PcPc） （2 2）土的固结状态）土的固结状态 自重应力自重应力= Pc= Pc，为正常固结土；，为正常固结土； 自重应力自重应力 Pc Pc，为超固结土；