第5章--土的压缩性和地基沉降--3.19

1、LOGO12结构荷载结构荷载地基地基产生变形、沉降等产生变形、沉降等基础基础原有应力状态原有应力状态发生变化发生变化土体中应力状态土体中应力状态发生发生变化变化引起地基土的变形，导致建引起地基土的变形，导致建筑物的沉降，倾斜或水平位筑物的沉降，倾斜或水平位移。移。当应力超过地基土的强度时，当应力超过地基土的强度时，地基就会因丧失稳定性而破地基就会因丧失稳定性而破坏，造成建筑物倒塌。坏，造成建筑物倒塌。严重严重3土的压缩性土的压缩性1应力历史与土的压缩性的关系应力历史与土的压缩性的关系2地基沉降的计算方法地基沉降的计算方法3地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系44v（一）（一）压缩试验压缩试

2、验v（二）压缩性指标（二）压缩性指标5n土中固体颗土中固体颗粒、水体积的粒、水体积的压缩。压缩。（占总压缩量的（占总压缩量的1/400不到，不到，）。）。土中空气、水土中空气、水的排出。同时的排出。同时土颗粒重新排土颗粒重新排列，靠拢挤紧，列，靠拢挤紧，体积减小。体积减小。（压缩量（压缩量结论：结论：6透水性好，透水性好，水易于排出水易于排出压缩稳定压缩稳定很快完成很快完成粘性土粘性土无粘性土无粘性土透水性差，透水性差，水不易排出水不易排出压缩稳定压缩稳定需要很长一段时间需要很长一段时间土的固结：土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程。土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程。78

3、 压缩仪示意图压缩仪示意图910 通过百分表测的的变形量可计算得到荷载作用下压缩通过百分表测的的变形量可计算得到荷载作用下压缩稳定的稳定的11Vv1e0VsVsH0/(1+e0)H0Vv2eVsVsH1/(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。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esHeH11000整个过程中土粒体整个过程中土粒体积和底面积不变。积和底面积不变。12 根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制，绘制e- -p曲线，称为曲线，称为。可以研究不同土的压缩性。可以

4、研究不同土的压缩性。e0Aeppee- -p曲线曲线曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性压缩性l e- -p曲线曲线e0B 曲线曲线B压缩性压缩性 试验时，竖向荷载试验时，竖向荷载施加；施加； 每级荷载下压缩每级荷载下压缩再施加下一级荷载；再施加下一级荷载； 土的压缩性不同，土的压缩性不同，曲线形状不同，曲线曲线形状不同，曲线愈陡，在相同压力增愈陡，在相同压力增量作用下，孔隙比减量作用下，孔隙比减少得愈显著，土的压少得愈显著，土的压缩性愈高。缩性愈高。1314评价土体的压缩性通常有如下几个指标。评价土体的压缩性通常有如下几个指标。n1.1.压缩系数压缩系数a，单位为，单位为MPa-1n2. 压

5、缩指数压缩指数Cc（不予了解）（不予了解）n3. 压缩模量压缩模量Es，单位为，单位为MPan4.4.变形模量变形模量E0（载荷实验求得）单位为（载荷实验求得）单位为MPa15v1.压缩系数压缩系数 ap1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲线曲线pepeadd1221 ppeepea1221 ppeepea斜率16不同压力作用下，不同压力作用下，a 的值不是一个定值。为统一标的值不是一个定值。为统一标准，工程实践中常准，工程实践中常用用p1100kPa、 p2200kPa对应对应的压缩系数的压缩系数a1-2评价土的压缩性。评价土的压缩性。n a1-20.1MPa-1 低压缩性土低压缩性土

6、n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1 中压缩性土中压缩性土n a1-20.5MPa-1 高压缩性土高压缩性土压缩系数越大，土的压缩性越？压缩系数越大，土的压缩性越？17 各类地基土的压缩性的高低，取决于土的类别、原始密各类地基土的压缩性的高低，取决于土的类别、原始密度和天然结构是否扰动等因素。度和天然结构是否扰动等因素。 通常土的颗粒越粗、越密实，其压缩性越通常土的颗粒越粗、越密实，其压缩性越粘性土的压缩性高低可能相差很大：粘性土的压缩性高低可能相差很大：例如，密实的粗砂、卵石的压缩性比粘性土为低。例如，密实的粗砂、卵石的压缩性比粘性土为低。当土的含水率高、孔隙比大时，为当土的含水率高、

7、孔隙比大时，为 压缩性土，如淤泥；压缩性土，如淤泥；若含水率低的硬塑或坚硬的土，则为若含水率低的硬塑或坚硬的土，则为 压缩性的土。压缩性的土。结构性软土，尤其是高灵敏度的土，天然结构遭受破坏时，结构性软土，尤其是高灵敏度的土，天然结构遭受破坏时，压缩性变高，强度降低。压缩性变高，强度降低。18v3.压缩模量压缩模量Es 土在土在条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量。可按下式计算。称为侧限模量。可按下式计算。aeEs11 说明：说明：土的压缩模量土的压缩模量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 愈大，愈大， a 愈小，土

8、的压缩性愈低。愈小，土的压缩性愈低。19Vv1e1VsVsH1/(1+e1)H1Vv2e2VsVsH2/(1+e2)pH2H土样在压缩前后变土样在压缩前后变形量为形量为H，整个，整个过程中土粒体积和过程中土粒体积和底面积不变。底面积不变。212211111eHHeHeH土粒高度在受压前土粒高度在受压前后不变后不变11112111HeeHeeeHpae111HepaH则压缩模量为：则压缩模量为：aeHHpEs111/20 工程上常采用工程上常采用Es1-2作为判别土的压缩性高低的标准：作为判别土的压缩性高低的标准：n Es1-24 MPa 高压缩性土高压缩性土n 4 MPaEs1-215 MPa

9、 中等压缩性土中等压缩性土n Es1-215 MPa 低压缩性土低压缩性土214.4.变形模量变形模量E0变形模量与压缩模量之间关系变形模量与压缩模量之间关系sEE0其中其中1212土的泊松比，一般土的泊松比，一般00.5之间之间22n一一.土的回弹与再压缩曲线土的回弹与再压缩曲线n三三. .土的超固结比与固结状态土的超固结比与固结状态n二二.土的先期固结压力的确定土的先期固结压力的确定23n一一.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acbcb 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

10、，说明土不是完压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分为不全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形。能恢复的塑性变形。n2.2.土的再压缩曲线与原压缩土的再压缩曲线与原压缩曲线是近光滑连接的。而且再曲线是近光滑连接的。而且再压缩曲线比原压缩曲线斜率要压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显卸荷再压缩时，其压缩性明显降低。回弹再压缩系数小于压降低。回弹再压缩系数小于压缩系数。缩系数。pb24n二二.土的先期固结压力的确定土的先期固结压力的确定先先( (前）期固结压力前）期固结压力pc ： 土在其生成历史中曾受过的最大有效固

11、结压力，又称土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力，又称前期固结压力。前期固结压力。 土的受荷历史是非常复杂地，所以很难精确确定先期土的受荷历史是非常复杂地，所以很难精确确定先期固结压力的数值。固结压力的数值。 但根据前面的分析，在压缩试验中，只有当土所受到但根据前面的分析，在压缩试验中，只有当土所受到的压力大于先期固结压力时，土样才发生较明显的压缩。的压力大于先期固结压力时，土样才发生较明显的压缩。25准确性与什么有关？准确性与什么有关？26n三三. .土的超固结比与固结状态土的超固结比与固结状态n1.1.正常固结土正常固结土先期固结压力不大于现时的土压力先期固结压力不大于现时的土压力pc

12、p0，且且p0下固结已经完成，固结已经完成，OCR=1n2.2.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pcp0，且且pc下已固结完成，下已固结完成，OCR1n3.3.欠欠固结土固结土先期固结压力小于现时的土压先期固结压力小于现时的土压力力pcp0，OCR1先期固结压力先期固结压力 P Pc c 与现在土所受的压力与现在土所受的压力 P P0 0 的比值，的比值，定义为土的超固结比，用定义为土的超固结比，用OCROCR表示。表示。0/ PPOCRc先期固结压力可用于判断土的固结状态。先期固结压力可用于判断土的固结状态。27土的固结状态在一定条件下是可以相互转化的

13、土的固结状态在一定条件下是可以相互转化的已经正常固结的土已经正常固结的土地表流水啦、冰川地表流水啦、冰川啦、开挖啦啦、开挖啦超固结土超固结土足够大堆载足够大堆载正常固结土正常固结土新近沉积土、新近沉积土、冲填土冲填土自重应力下未自重应力下未固结固结欠固结土欠固结土时间推移时间推移正常固结土正常固结土28土的固结状态可以对土的压缩性作出评价土的固结状态可以对土的压缩性作出评价 一般来说，相对而言，一般来说，相对而言， 超固结土的压缩性最超固结土的压缩性最 ， 而欠固结的土压缩性最而欠固结的土压缩性最 。29第第五五章章 土的压缩性和地基沉降土的压缩性和地基沉降外因：主要是建筑物荷载产生的附加应力

14、外因：主要是建筑物荷载产生的附加应力内因：土的孔隙压缩变形内因：土的孔隙压缩变形：地基变形稳定后基础底面地基变形稳定后基础底面 （地基表面）的沉降量。（地基表面）的沉降量。 预测建筑物建成之后将产生的最终沉降量，预测建筑物建成之后将产生的最终沉降量，可以判断地基变形值是否超过允许的范围，以便可以判断地基变形值是否超过允许的范围，以便在建筑物设计和施工时，采取相应的工程措施来在建筑物设计和施工时，采取相应的工程措施来保证建筑物的安全。保证建筑物的安全。30第第五五章章 土的压缩性和地基沉降土的压缩性和地基沉降31第第五五章章 土的压缩性和地基沉降土的压缩性和地基沉降1 1、计算原理、计算原理 将

15、地基土分为若干水平土层，各土层的厚度分将地基土分为若干水平土层，各土层的厚度分别为别为h h1 1，h h2 2，h h3 3，h hn n。分别计算每层土的压缩量。分别计算每层土的压缩量s s1 1,s,s2 2,s,s3 3, s, sn n，然后累加起来即为地基土的总沉，然后累加起来即为地基土的总沉降量降量S S。 为了能应用地基中的附加应力计算公式和室内为了能应用地基中的附加应力计算公式和室内侧限压缩试验的指标，需要做一些假定。侧限压缩试验的指标，需要做一些假定。32地基土的变形为地基土的变形为侧限变形，无侧侧限变形，无侧限膨胀。可采用限膨胀。可采用压缩实验参数计压缩实验参数计算。算。

16、取基础中心点取基础中心点下附加应力进下附加应力进行计算，此处行计算，此处最大。最大。地基土均匀、等向地基土均匀、等向，半无限。应力应，半无限。应力应变线性关系。弹性变线性关系。弹性理论求解。理论求解。沉降计算深度取沉降计算深度取受压层深度。若受压层深度。若以下有软土，则以下有软土，则至软土层底。至软土层底。33首先计算各分首先计算各分层的沉降量；层的沉降量；各分层沉降量各分层沉降量的和即为基础最的和即为基础最终沉降量。终沉降量。计算沉降量计算沉降量4每层土厚度每层土厚度hi不大于不大于0.4b；天然层面及地天然层面及地下水位面皆应作下水位面皆应作为分层界面。为分层界面。分层分层3计算并绘制自计

17、算并绘制自重应力曲线；重应力曲线；算基底压力及算基底压力及基底附加应力；基底附加应力；计算并绘制地计算并绘制地基附加应力曲线基附加应力曲线。由自重应力和由自重应力和附加应力两条分附加应力两条分布曲线确定。布曲线确定。一般土一般土z=0.2cz绘制应力分布曲线绘制应力分布曲线1确定计算深度确定计算深度234 一般取附加应力与自一般取附加应力与自重应力的比值为重应力的比值为20处，即处，即z=0.2cz处的深度作为沉处的深度作为沉降计算深度的下限。若遇软降计算深度的下限。若遇软土，延伸至软土层底面。土，延伸至软土层底面。 对于对于，取，取z=0.1c处，若沉降深度范围内存在处，若沉降深度范围内存在

18、基岩时，计算至基岩时，计算至为为止。止。d地基沉降计算深度地基沉降计算深度cz线线z线线z=0.2czz=0.1cz35isiziihEsiiiiiheees1211iziiheas）（11 niinssssss1321isiziihEsiziiheas）（113637由来由来 经过沉降观测发现，分层总和法计算的最终沉降量，经过沉降观测发现，分层总和法计算的最终沉降量，只较好的适用于中等地基，而对于软弱地基与坚实地基只较好的适用于中等地基，而对于软弱地基与坚实地基则存在偏小和偏大的缺点。因此，为了使计算值与观测则存在偏小和偏大的缺点。因此，为了使计算值与观测值相符，且同时简化计算过程，规范提出

19、了改进的值相符，且同时简化计算过程，规范提出了改进的分层总和法。分层总和法。 1 1、为使计算值与实测值更相符，引入经验系数、为使计算值与实测值更相符，引入经验系数 ，软弱地基软弱地基 大于大于1 1，对于坚实地基，对于坚实地基 小于小于1 1。 2 2、为使计算简便，引入平均附加应力系数。、为使计算简便，引入平均附加应力系数。sss38)(1110iiiinisisszzEpsszi、zi-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面的距离层土底面的距离(m)i、i-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数层土底面范围内平均附加应力系数地

20、基最终沉降量修正公式地基最终沉降量修正公式39注：注：1. 1. 为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算：为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算：_sEsiiisEAAE_式中：式中：Ai 为第为第 i 层土附加应力系数沿厚度的积分值。层土附加应力系数沿厚度的积分值。2. 2. fak 为地基承载力的特征值。为地基承载力的特征值。4041l 当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式；降量也满足上式；l 若计算深度范围内存在基岩，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面可取至基岩表面为止。为止。l 当存在较厚的坚硬粘土层，其孔隙比小于当存在较厚的坚硬粘土层，其孔隙比小于0.50.5、压、压缩模量大于缩模量大于50MPa50MPa，或存在较厚的密实砂卵石层，其，或存在较厚的密实砂卵石层，其压缩模量大于压缩模量大于80MPa80MPa时，计算深度可取至该层土表面。时，计算深度可取至该层土表面。4243第第五五章章 土的压缩性和地基沉降土的压缩性和地基沉降透水性好，透水性好，水易于排出水易于排出压缩稳定压缩稳定很快完成很快完成粘性土（尤其饱和的）粘性土（尤其饱和的）无粘性土无粘性土