土质土力学土的压缩性与地基土的沉降计算学习教案

1、土质土质(t zh)土力学土的压缩性与地基土的土力学土的压缩性与地基土的沉降计算沉降计算第一页，共60页。第1页/共60页第二页，共60页。内移动，土体发生压缩变形。内移动，土体发生压缩变形。非饱和土的压缩过程较饱和土要非饱和土的压缩过程较饱和土要复杂一些。受压初期，压力作用复杂一些。受压初期，压力作用在土粒上，土体积压缩，随着土在土粒上，土体积压缩，随着土中孔隙体积的减少，土体逐渐达中孔隙体积的减少，土体逐渐达到饱和状态，成为饱和土，以后到饱和状态，成为饱和土，以后的压缩过程与饱和土相同。的压缩过程与饱和土相同。第2页/共60页第三页，共60页。压缩量的组成(z chn)固体颗粒的压缩土中水

2、的压缩空气的排出水的排出占总压缩(y su)量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分第3页/共60页第四页，共60页。无粘性土粘性土透水性好，水易于(yy)排出压缩稳定(wndng)很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间第4页/共60页第五页，共60页。第5页/共60页第六页，共60页。水槽内环环刀透水(tu shu)石试样(sh yn)传压板百分表施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载测定：轴向应力轴向变形St1e2e0e3e1s2s3se试验结果：Pt1p2pp3第6页/共60页第七页，共60页。第7页/共60页第八页，共60页。 101001111hhFeFhe 010

3、1010011011)1(hhhheeehheee Vve0Vs1h0/(1+e0)h0VveVs1h1/(1+e)ph1h1p受压前后(qinhu)，土粒体积保持不变第8页/共60页第九页，共60页。e0eppee-p曲线(qxin)曲线A曲线B曲线(qxin)A压缩性曲线(qxin)B压缩性第9页/共60页第十页，共60页。 tgppeea 1221p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线(qxin)pe1221 ppeepea 斜斜率率第10页/共60页第十一页，共60页。通常的压缩系数为通常的压缩系数为p1=0.1MPap1=0.1MPa、p2=0.2MPap2=0.2MPa所对应的

4、压缩系数所对应的压缩系数a12a12。第11页/共60页第十二页，共60页。说，粗粒土的压缩性较细粒土要说，粗粒土的压缩性较细粒土要小，压缩达到稳定的时间也短；小，压缩达到稳定的时间也短；细粒土的压缩性强，压缩达到稳细粒土的压缩性强，压缩达到稳定的时间较长。扰动土的压缩性定的时间较长。扰动土的压缩性较原状土强。较原状土强。第12页/共60页第十三页，共60页。负值称为压缩指负值称为压缩指数数CcCc：12211221lglglgppeeppeeCc 第13页/共60页第十四页，共60页。)1(111 ehhe)(12ppae 第14页/共60页第十五页，共60页。sEhhppae 111211

5、第15页/共60页第十六页，共60页。l直径，直径，cmcm；l形状系数，矩形取形状系数，矩形取0.880.88，圆形，圆形取取0.790.79。sdPE)1(2 第16页/共60页第十七页，共60页。sEE 1212 11KKK或或第17页/共60页第十八页，共60页。yx 1zxK第18页/共60页第十九页，共60页。第19页/共60页第二十页，共60页。第20页/共60页第二十一页，共60页。现在土自重应力。土层在目前现在土自重应力。土层在目前土自重下还没有土自重下还没有(mi yu)(mi yu)达达到完全固结。新近堆积的粘性到完全固结。新近堆积的粘性土常为欠固结土。土常为欠固结土。第

6、21页/共60页第二十二页，共60页。(lg) eABCDmrmin1233）先期(xinq)固结压力p的确定：(Casagrande 法)(f) B点对应于先期(xinq)固结压力p(b) 作水平线m1(c) 作m点切线(qixin)m2(d) 作m1,m2 的角分线m3(e) m3与试验曲线的直线段交于点B(a) 在e-lg压缩试验曲线上，找曲率最大点 mp第22页/共60页第二十三页，共60页。第23页/共60页第二十四页，共60页。第24页/共60页第二十五页，共60页。第25页/共60页第二十六页，共60页。第26页/共60页第二十七页，共60页。第27页/共60页第二十八页，共60

7、页。isiziihEs iziiiheas 11iiiheees 1211 niinsssss121.第28页/共60页第二十九页，共60页。b b）计算所用的指标的代表性、取）计算所用的指标的代表性、取样样(qyng)(qyng)与试验条件存在问题；与试验条件存在问题；c c）计算中没有考虑地基、基础、）计算中没有考虑地基、基础、上部结构三者之间的作用关系。上部结构三者之间的作用关系。第29页/共60页第三十页，共60页。 niiiiisissazazEpss1110 第30页/共60页第三十一页，共60页。第31页/共60页第三十二页，共60页。由于在公式推导过程中以及计算压缩模量时需要计

8、算一定(ydng)深度范围内附加应力面积，所以本计算方法又称为应力面积法(实际上是应力面积法的改进)。第32页/共60页第三十三页，共60页。 niinss1025. 0 bbznln4 . 05 . 2 第33页/共60页第三十四页，共60页。第34页/共60页第三十五页，共60页。第35页/共60页第三十六页，共60页。 niciziczicizicieiiiniiiinpCpCehhees1010lglg11 micziziczieiiimiiiimCehhees1010lg11 第36页/共60页第三十七页，共60页。 niciziczieiiiniiiicpCehhees1010lg

9、11 第37页/共60页第三十八页，共60页。【解答】 (1)绘制(huzh)柱基剖面图及地基土的剖面图。 (2)计算地基土的自重应力： 基础(jch)底面处 cd=16.01.0=16kPa 地下水位处 cw=16.03.4=54.4kPa 地面以下2b处 c8=54.4+8.24.6=92.1kPa 绘制出自重应力分布曲线。 (3)计算基底压力： 设基底以上基础和回填土的平均重度m=20kN/m3，则基底压力p=P/(LB)+ md=110.0kPad=1.0mb=4.0m3.4m8m54.492.1P=1440第38页/共60页第三十九页，共60页。 (4)计算基底(j d)附加压力：

10、基底(j d)附加压力p0=p-d=110-161=94kPa (5)计算地基中的附加应力： 基础底面为正方形，用角点法计算，分成4等份，计算边长为2m。附加应力z=4Kcp0，附加应力系数Kc可查表确定(qudng)： z=0m，l/b=1.0，z/b=0，Kc=0.25，z=94.0kPa z=1.2m，l/b=1.0，z/b=0.6，Kc=0.2229，z=84.0kPa z=2.4m，l/b=1.0，z/b=1.2，Kc=0.1516，z=57.0kPa z=4.0m，l/b=1.0，z/b=2.0，Kc=0.0840，z=31.6kPa z=6.0m，l/b=1.0，z/b=3.0，

11、Kc=0.0447，z=16.8kPa 绘制出附加应力分布曲线。d=1.0mb=4.0m3.4m8m54.492.11.2m1.2m1.6m2.0m16.831.657.094.084.0P=144083.9第39页/共60页第四十页，共60页。 (6)地基受压层深度(shnd)(自基础底面起算)： 由图中自重应力和附加应力分布曲线，找出附加应力等于自重应力的20%所对应的深度(shnd)：当深度(shnd)z=6.0m时，附加应力为16.8kPa，自重应力为83.9kPa，附加应力约为自重应力的20%，因此，受压层深度(shnd)定为zn=6m。 (7)地基沉降计算(j sun)分层： 计算

12、(j sun)分层厚度hi0.4b=1.6m。地下水位以上2.4m分两层，各1.2m；第三层1.6m，第四层因附加应力很小，可取2.0m。d=1.0mb=4.0m3.4m8m54.492.11.2m1.2m1.6m2.0m16.831.657.094.084.0P=1440Zn=6.0m83.9第40页/共60页第四十一页，共60页。 (8)地基沉降计算： 计算公式： 第一层，土层(t cn)厚度1.2m，土的压缩系数0.30，孔隙比0.97， 平均附加应力为(94+84)/2=89.0，沉降量为16.3mm； 第二层，土层(t cn)厚度1.2m，土的压缩系数0.30，孔隙比0.97， 平均

13、附加应力为(84+57)/2=70.5，沉降量为12.9mm； 第三层，土层(t cn)厚度1.6m，土的压缩系数0.25，孔隙比0.97， 平均附加应力为(57+31.6)/2=44.3，沉降量为9.0mm； 第四层，土层(t cn)厚度2.0m，土的压缩系数0.25，孔隙比0.97， 平均附加应力为(31.6+16.8)/2=24.2，沉降量为6.1mm。iziiiheas 11 (9)柱基中点(zhn din)总沉降量： mmsssssniin3 .441 . 60 . 99 .123 .16.121 第41页/共60页第四十二页，共60页。【解答】 (1)绘制(huzh)柱基剖面图及地

14、基土的剖面图。 (2)地基受压层深度zn： 由公式(gngsh)zn=b(2.5-0.4lnb)计算得zn=7.8m (3)柱基中点沉降计算公式： 地基土层只有两层，因此计算公式为 1122201110azazEpazEpssss d=1.0mb=4.0m2.4m5.4mP=1440zn=7.8m第42页/共60页第四十三页，共60页。 (4)确定公式中的各符号的量值： p0=94kPa； z1=2.4m，z2=7.8m； 根据l/b=4/4=1.0、z0/b=0/4.0=0查表得1.0； 根据l/b=4/4=1.0、z1/b=2.4/4.0=0.6查表得0.858； 根据l/b=4/4=1.

15、0、z2/b=7.8/4.0=0.1.95查表得0.455； 第一层土的附加(fji)应力面积A1=(1+0.858)2.4/2=2.23； 第二层土的附加(fji)应力面积A2=(0.858+0.455)5.4/2=3.54；0a1a2ad=1.0mb=4.0m2.4m5.4mP=1440A1A21.00.8580.455zn=7.8m第43页/共60页第四十四页，共60页。 第一层土的压缩模量Es1=(1+e1)/a1=1.97/0.30=6.57MPa； 第二层土的压缩模量Es2=(1+e1)/a2=1.97/0.25=7.88MPa; 地基(dj)土压缩模量加权平均值计算公式为计算得7

16、.32MPa； 根据p0、地基(dj)土压缩模量加权平均值及承载力特征值，查表得沉降计算经验系数s=0.976。 (5)将上述各项数值代入公式，得221121EAEAAAEs d=1.0mb=4.0m2.4m5.4mP=1440A1A21.00.8580.455zn=7.8m mmazazEpazEpssss1 .4688. 7858. 04 . 2455. 08 . 757. 6858. 04 . 294976. 01122201110 第44页/共60页第四十五页，共60页。第45页/共60页第四十六页，共60页。第46页/共60页第四十七页，共60页。第47页/共60页第四十八页，共60

17、页。对变化，太沙基于对变化，太沙基于19251925年提出年提出了薄粘性土层的一维固结理论。了薄粘性土层的一维固结理论。第48页/共60页第四十九页，共60页。第49页/共60页第五十页，共60页。tuzuCv 22 wmvaeKC 1第50页/共60页第五十一页，共60页。0z第51页/共60页第五十二页，共60页。 14222sin14mTmveHzmmu 221HateKtHCvTvW 第52页/共60页第五十三页，共60页。H单面排水时孔隙水压力(yl)分布双面排水时孔隙水压力(yl)分布zz排水面不透水层排水面排水面HH渗流(shn li)渗流渗流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u0=pu0=p解所反映的孔隙水压力变化规律：第53页/共60页第五十四页，共60页。ssUt zzztuussU 1第54页/共60页第五十五页，共60页。双面排水时，双面排