土质学与土力学土的压缩性与地基沉降计算

土的压缩性与与

地基沉降降计算第四章土具有压缩性性荷载作用地基发生沉降降荷载大小土的压缩特性性地基厚度一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结结构产生附加加应力影响结构物的的安全和正常常使用概述§4土的压缩性与与地基沉降计计算土的特点（碎散、三相相）沉降具有时间间效应－沉降降速率§4土的压缩性与与地基沉降计计算§4.1土的压缩性测测试方法§4.2一维压缩性及及其指标§4.3地基的最终沉沉降量计算§4.4饱和土体的渗渗流固结理论论§4土的压缩性与与地基沉降计计算§4.1土的压缩性测测试方法一、侧限压缩缩试验及其应应力－应变关关系（复习））水槽内环环刀透水石试样传压板百分表施加荷载，静静置至变形稳稳定逐级加大荷载载测定：轴向应力轴向变形试验结果：§4土的压缩性与与地基沉降计计算§4.1土的压缩性测测试方法§4.2一维压缩性及及其指标§4.3地基的最终沉沉降量计算§4.4饱和土体的渗渗流固结理论论§4土的压缩性与与地基沉降计计算§4.2一维压缩性及及其指标一、e-p曲线二、e-lgp曲线三、先期固结结压力四、原位压缩缩曲线及原位位再压缩曲线线施加荷载，静静置至变形稳稳定逐级加大荷载载：一般p=50、100、200、300、400kPa稳定标准：每每小时小于0.1mm百分表加压上盖试样透水石护环环刀压缩容器侧限压缩试验验P1s1e1e0ptest测定：轴向压缩应力力轴向压缩变形形P2s2e2P3s3e3e-logp曲线压缩曲线和压压缩性指标：：假定：受压前前后土粒体积积不变、土样样横截面面积（（书上用的是是固体体积不不变）不变。压缩前压缩后绘制压缩曲线：e-p曲线压缩系数和和压缩指指数Cc:e-p曲线愈陡,说明土的压缩缩性愈高。所所以，曲线上上任意一点的的切线斜率就就表表示了相应于于压力作用下下土的压缩性性：设压力由P1增至P2，相应的孔隙隙比由e1减小到e2，此时，土的的压缩性可用用割线M1M2的斜率表示：：e-p曲线ep01002003000.60.70.80.91.0ep(kPa)斜率压缩系数：式中：a:土的压缩系数数，p1：一般指土中中自重应力；；p2：自重应力加附附加应力；e1：相应于p1下压缩稳定后后的孔隙比；；e2：相应于p2下压缩稳定后后的孔隙比。e-p曲线土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土0.5中压缩性土0.1-0.5低压缩性土<0.1压缩系数a1-2常用作比较土土的压缩性大大小压缩系数：01002003000.60.70.80.91.0epep(kPa)压缩性评价：越大，土的压缩性越高；低压缩性土；高压缩性土。压缩指数：曲线的后半段接近直线，其斜率称为压缩指数：曲线压缩模量（侧限压缩模量）体积压缩模量压缩性愈高压缩前压缩后单向压缩试验验的各种参数数的关系指标指标αmvEsα1mv(1+e0)(1+e0)/Esmvα/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/α1/mv1§4土的压缩性与与地基沉降计计算§4.2一维压缩性及及其指标一、e-σ′曲线理论上不够完完备，缺乏统统一理论,是一个半经验验性方法假设基底压力力为线性分布布附加应力用弹弹性理论计算算侧限应力状态态,只发生单向沉沉降只计算固结沉沉降，不计瞬瞬时沉降和次次固结沉降将地基分成若若干层，认为为整个地基的的最终沉降量量为各层沉降降量之和：基本假定和基基本原理：§6.3基础最终沉降降量计算二、分层总和和法一维压缩课题题公式推导：：P952、计算步骤骤－情况1§4土的压缩性与与地基沉降计计算§4.3地基的最终沉沉降量计算二、地基最终终沉降量分层层总和法(3)计算原地基中中每层的平均均自重应力(1)基底附加压力力p0p0=p-d(2)地基分层Hi①不同土层界面面；②地下水位线；③每层厚度不宜宜大于0.4B或1--2m；④z变化明显的土土层，适当取取小。b细砂粘土粉质粘土1234657890123465789Hb①一般土层（中中、低压缩性性土）：σz≤0.2σσcz；②软粘土层（高高压缩性土））：σz≤0.1σσcz；③一般房屋基础础：Zn=B(2.5-0.4lnB)；④基岩或不可压压缩土层。(4)确定计算深度度zn(5)确定地基中每每层的平均应应力d地面基底pp0d自重应力附加应力沉降计算深度§4土的压缩性与与地基沉降计计算二、地基最终终沉降量分层层总和法(6)计算每层沉降降量Siee1ie2iczip2izi（7）计算总沉降降量【例题2】某建筑物地基基的应力分布布及土的压缩缩曲线如图,计算第二层土土的变形量。。§6.3基础最终沉降降量计算（2）计算第二层土土的附加应力力平均值：（3）自重应力与附附加应力平均均值之和：解（1）计算第二层土的自重应力平均值：§6.3基础最终沉降降量计算（5）计算第二层层的变形量：：（4）查压缩曲线求§6.3基础最终沉降降量计算由《建筑地基基础础设计规范》（GB50007－2011）提出分层总和法的的另一种形式式沿用分层总和和法的假设（（均质土、土土在侧限条件件的压缩模量量ES不随深度变化化而变化），，并引入平均均附加应力系系数提出了地基沉沉降计算经验验系数§6.3基础最终沉降降量计算6.3.2按规范方法（（应力面积法法）计算Hbi-1izi-1zihi三、按规范方方法（应力面面积法）计算算沉降经验修正正系数经验或压缩层内平均压缩模量（1）中等强度地基基（2）软弱地基（3）坚实地基平均附加应力力系数基底附加应力2.54.07.015.020.0p0fk1.41.31.00.40.2p00.75fk1.11.00.70.40.2沉降计算经验验系数s§4土的压缩性与与地基沉降计计算二、规范法4、结果修正0zi0z(i-1)Ai附加应力p0s=1.4-0.2,(1)与土土质质软软硬硬有有关关,(2)与基基底底附附加加应应力力p0/fk的大大小小有有关关fk：地地基基承承载载力力标标准准值值一、、沉沉积积土土层层的的应应力力历历史史1.根据据前前先先固固结结压压力力划划分分三三类类沉沉积积土土：：天然然土土层层在在历历史史上上所所经经受受过过的的最最大大的的固固结结压压力力称称为为先先期期固固结结压压力力。。按按照照它它与与现现有有压压力力相相对对比比的的情情况况，，可可将将土土分分为为正常常固固结结、超固固结结和欠固固结结土三三类类。。§6.3基础础最最终终沉沉降降量量计计算算§6.3基础础最最终终沉沉降降量量计计算算

正常固结

超固结

欠固结OCR=1：正正常常固固结结OCR>1：超超固固结结OCR<1：欠欠固固结结先期期固固结结应应力力现有有有有效效应应力力压缩缩曲曲线线的的特特点点§4土的的压压缩缩性性与与地地基基沉沉降降计计算算§4.2一维维压压缩缩性性及及其其指指标标二、、e-lgP曲线线10010000.60.70.80.9eCc11Ce压缩缩指指数数Ce回弹弹指指数数（（再再压压缩缩指指数数））Ce<<Cc，一一般般Ce≈0.1-0.2Cce-σ′曲线线缺缺点点：：不能能反反映映土土的的应应力力历历史史特点点：有一一段段较较长长的的直直线线段段指标标：：lgP三、、先先期期固固结结压压力力§4土的的压压缩缩性性与与地地基基沉沉降降计计算算§4.2一维维压压缩缩性性及及其其指指标标eABCDmrmin123先期期固固结结压压力力σp的确确定定：：Casagrande法(f)B点对对应应于于先先期期固固结结压压力力p(b)作水水平平线线m1(c)作m点切切线线m2(d)作m1,m2的角角分分线线m3(e)m3与试试验验曲曲线线的的直直线线段段交交于于点点B(a)在e-lgσ’压缩缩试试验验曲曲线线上上，，找找曲曲率率最最大大点点mp现场场压压缩缩曲曲线线的的推推求求正常常固固结结土土超固固结结土土①确确定定先先期期固固结结压压力力σp②过e0作水水平平线线与与σp作用用线线交交于于B。。由假假定定①①知知，，B点必必然然位位于于原原状状土土的的初初始始压压缩缩曲曲线线上上；；③以以0.42e0在压压缩缩曲曲线线上上确确定定C点，，由由假假定定②②知知，，C点也也位位于于原原状状土土的的初初始始压压缩缩曲曲线线上上；；土样样取取出出以以后后e不变变，，等等于于原原状状土土的的初初始始孔孔隙隙比比e0，因因而而，，（（e0,σp）点应应位位于于原原状状土土的的初初始始压压缩缩曲曲线线上上；；②0.42e0时，，土土样样不不受受到到扰扰动动影影响响。。a.正常常固固结结土土假定定：推定定：原位位压压缩缩曲曲线线的的近近似似推推求求④通通过过B、C两点点的的直直线线即即为为所所求求的的位位压压缩缩曲曲线线。。§4土的的压压缩缩性性与与地地基基沉沉降降计计算算§4.2一维维压压缩缩性性及及其其指指标标四、、原原位位压压缩缩曲曲线线及及原原位位再再压压缩缩曲曲线线b.超固固结结土土假定定：①土土取取出出地地面面后后体体积积不不变变，，即即（（e0,σs）在原原位位再再压压缩缩曲曲线线上上；；②再再压压缩缩指指数数Ce为常常数数；；③0.42e0处的的土土与与原原状状土土一一致致，，不不受受扰扰动动影影响响。。推定定：①确确定定σs，σσp的作作用用线线；；②过过e0作水水平平线线与与σs作用用线线交交于于D点；；⑤过B和C点作作直直线线即即为为原原位位压压缩缩压压缩缩曲曲线线。。③过过D点作作斜斜率率为为Ce的直直线线，，与与σp作用用线线交交于于B点，，DB为原原位位再再压压缩缩曲曲线线；；④过过0.42e0作水水平平线线与与e-lgσσ’曲线线交交于于点点C；；原位位压压缩缩曲曲线线的的近近似似推推求求§4土的的压压缩缩性性与与地地基基沉沉降降计计算算§4.2一维维压压缩缩性性及及其其指指标标四、、原原位位压压缩缩曲曲线线及及原原位位再再压压缩缩曲曲线线1、、地地基基的的沉沉降降量量计计算算讨讨论论研究究表表明明：：粘粘性性土土地地基基在在基基底底压压力力作作用用下下的的沉沉降降量量S由三三种种不不同同的的原原因因引引起起：：次固结结沉降降Ss主固结结沉降降完成成以后后，在在有效效应力力不变变条件件下，，由于于土骨骨架的的蠕变变特性性引起起的变变形。。这种种变形形的速速率与与孔压压消散散的速速率无无关，，取决决于土土的蠕蠕变性性质，，既包包括剪剪应变变，又又包括括体应应变。。初始沉沉降(瞬时沉沉降)Sd有限范范围的的外荷荷载作作用下下地基基由于于发生生侧向向位移移(即即剪切切变形形)引引起的的。主固结结沉降降(渗流固固结沉沉降)Sc由于超超孔隙隙水压压力逐逐渐向向有效效应力力转化化而发发生的的土渗渗透固固结变变形引引起的的。是地基基变形形的主主要部部分。。§4土的压压缩性性与地地基沉沉降计计算§4.3地基的的最终终沉降降量计计算三.地地基基沉降降计算算的若若干问问题tSSi：初始始瞬时时沉降降Ss:次固结结沉降降Sc：主固固结沉沉降重点：：一维渗渗流固固结沉降与与时间间之间间的关关系：：饱和和土层层的渗渗流固固结固结沉沉降的的速度度？固结沉沉降的的程度度？？问题：：§4土的压压缩性性与地地基沉沉降计计算§4.4饱和土土体的的渗流流固结结理论论不可压压缩层层可压缩缩层p§4土的压压缩性性与地地基沉沉降计计算§4.4饱和土土体的的渗流流固结结理论论一、一一维渗渗流固固结理理论（（Terzaghi渗流固固结理理论））二、固固结度度的计计算四、固固结系系数的的测定定三、有有关沉沉降－－时间间的工工程问问题实践背背景：：大面面积均均布荷荷载p不透水水岩层层饱和压压缩层层σz=pp侧限应应力状状态一、一一维渗渗流固固结理理论（（Terzaghi渗流固固结理理论））§4.4饱和土土体的的渗流流固结结理论论§4土的压压缩性性与地地基沉沉降计计算1、物理模模型§4.4饱和土土体的的渗流流固结结理论论§4土的压压缩性性与地地基沉沉降计计算ppp附加应应力:σz=p超静孔孔压:u=σz=p有效应应力:σ’z=0渗流固固结过过程附加应应力:σz=p超静孔孔压:u<p有效应