土体压缩与变形

1、概 述自重应力下压缩变形已稳定，不考虑附加应力导致地基土体变形变形原因第3章 土的压缩性目前我们在研究土的压缩性，均认为土的压缩完至是由于孔隙中水和气体向外排出而引起的。土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成局部说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程概 述沉降竖向变形： 在附加应力作用下，地基土产生体积缩小，从而引起建筑物根底的竖直方向

2、的位移或下沉称为沉降为什么研究沉降？根底的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建筑物的正常使用，甚至会危及建筑物的平安。压缩与变形主要内容土的压缩性试验及压缩指标；地基最终变形计算方法；沉降与时间的关系。刚性护环加压上盖透水石环刀基座透水石土样荷载压缩仪示意图一、室内固结试验与压缩曲线注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形一、室内固结试验与压缩曲线e-p曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土样在压缩前后变形量为s，整个过程中土粒体积和底面积不变土粒高度在受压前后不

3、变整理其中根据不同压力p作用下，到达稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线p假定试样土粒本身体积不变，土的压缩仅由于孔隙体积的减小，因此土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。压力p与相应的稳定孔隙比e的关系曲线称为e - p压缩曲线e - p 曲 线e0eppee-p曲线压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高曲线A曲线B曲线A压缩性曲线B压缩性二、压缩指标用单位压力增量所引起的孔隙比的改变，即压缩曲线的割线坡度表征土的压缩性的上下。1.压缩系数压缩系数压缩系数a是表征土压缩性的重要指标之一。在工程中，习惯上采用100kPa和

4、200kPa范围的压缩系数来衡量土的压缩性上下。我国的?建筑地基根底设计标准?按a1-2的大小，划分地基土的压缩性。 当a1-20.1MPa-1时 属低压缩性土 当0.1MPa -1 a1-20.5MPa -1时 属中压缩性土 当a1-2 0.5MPa -1时 属高压缩性土2.压缩模量Es土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数 a成反比， Es愈大，a 愈小，土的压缩性愈低。 当ES4MPa时 属高压缩性土 当4MPa ES 20MPa 时 属中压缩性土 当ES 20MPa 时 属低压缩性土Vve1Vs1H1Vs1P2H2s土样稳定变形

5、量为s，整个过程中土粒体积和底面积不变土粒高度在受压前后不变P1Vve23.3 地基最终沉降量计算1计算假设 1、土的压缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的结果，土粒本身的压缩可忽略不计； 2、土层仅产生竖向压缩，而无侧向变形，并以根底中心点的沉降代表根底的沉降量； 3、土层均质且在土层厚度范围内，压力是均匀分布的。一、分层总和法2单向压缩量公式土层竖向应力由p1增加到p2，引起孔隙比从e1减小到e2，竖向应力增量为p工程计算地基的沉降时，在地基可能产生压缩的土层深度内，按土的特性和应力状态的变化将地基分为假设干层，假定每一层土质均匀且应力沿厚度均匀分布，然后对每一土层分别计算其压缩量，最后

6、将各分层的压缩量总和起来，即得地基外表的最终沉降量3计算方法分别计算根底中心点下地基中各个分层土的压缩变形量si,根底的平均沉降量s等于si的总和e1i由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比 e2i由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比4单向压缩分层总和法计算步骤1.将地基分层2.计算地基中土的自重应力分布3.计算基底附加应力4.计算地基中竖向附加应力分布5.确定地基沉降计算深度6.计算各分层平均自重应力和平均附加应力7.计算各分层沉降量8.计算根底最终沉降量地基分层1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面2. 每层厚度hi 0.4b，对每一

7、分层可以认为压力是均匀分布的。计算地基中土的自重应力分布求出计算点垂线上各分层层面处的竖向自重应力，并绘出它的分布曲线 计算地基中竖向附加应力分布求出计算点垂线上各分层层面处的竖向附加应力，并绘出它的分布曲线沉降计算深度通常是按照附加竖向应力与自重应力之比确定压缩层的厚度，假设沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩外表为止。 一般粘土软粘土多深适宜呢？平均自重应力和平均附加应力计算各分层的压缩量 根据e-p压缩曲线计算任一分层沉降量 地基的总沉降量最后将每一分层的压缩量累加，即得地基的总沉降量为：【例】某厂房柱下单独方形根底，根底底面积尺寸为4m4m，埋深d1.0m，地基为粉质粘土，地下水位距天

8、然地面3.4m。上部荷重传至根底顶面F1440kN,土的天然重度16.0kN/m,饱和重度 sat17.2kN/m，有关计算资料如以下图。试用分层总和法计算根底最终沉降fk=94kPa3.4md=1mb=4mF=1440kN501002003000.900.920.940.96e【解答】1.计算分层厚度每层厚度hi 0.4b=1.6m，地下水位以上分两层，各1.2m，地下水位以下按1.6m分层2.计算地基土的自重应力自重应力从天然地面起算，z的取值从基底面起算z(m)c(kPa)01.22.44.05.67.21635.254.465.977.489.03.计算基底压力4.计算基底附加压力3.

9、4md=1mF=1440kNb=4m自重应力曲线附加应力曲线5.计算根底中点下地基中附加应力用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长l=b=2m， z=4Kcp0,Kc由表确定z(m)z/bKcz(kPa)c(kPa)z /czn (m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.60.25000.22290.15160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.26.确定沉降计算深度zn根据z = 0.2c确实定原那么，由计算结果，取zn=7.2m7.最终沉降计算根

10、据e-p曲线，计算各层的沉降量z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.0c(kPa)h(mm)12001600160016001600c(kPa)25.644.860.271.783.2z(kPa)88.970.444.325.315.6z+ c(kPa)114.5115.2104.597.098.8e10.9700.9600.9540.9480.944e20.9370.9360.9400.9420.940e1i- e2i1+ e1i0.01680.01220.00720.00310.0021

11、si(mm)20.214.611.55.03.4按分层总和法求得根底最终沉降量为s=si =54.7mm二、?标准?法由?建筑地基根底设计标准?GB500072021提出分层总和法的另一种形式沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数 均质地基土，在侧限条件下，从基底至深度z的压缩量为引入平均附加应力系数地基沉降计算深度znzi34121234p0ziAi34第i层沉降量为最终沉降量zi-1地基沉降计算深度znzizzi-1534612b12345612aip0ai-1p0p0p0第n层第i层ziAiAi-1计算深度zn表36zi、zi-1根底底面至第i层土、第i-1层

12、土底面的距离(m)ai、ai-1基础底面至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数假设计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩外表为止。 当无相邻荷载影响，根底宽度在130m范围内，根底中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算 为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经验系数ys，可以查表34得到。地基最终沉降量修正公式?标准?法计算步骤1. p0 及c、z分布计算值见分层总和法计算过程2. 确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb) 或4. 确定各层Esi3. 根据计算尺寸，查表35得到平均附加应力系数5. 最终沉降量引入沉降经验系数【例】 ?标准?法计算1. c 、z分布及p0计算值见分层总和法计算过程2. 确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m4. 确定各层Esi3. 根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数5.列表计算各层沉降量siz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.6152925771615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94054.77.8l/bz/b3.9aaz(m)0.25000.24230.21490.17460.14330.12050.113600.29080.51580.69840.80250.867608861aizi- ai-1zi-1(m)0.2908