第5章-土的压缩与地基沉降-321

福建工程学院土木工程学院

2016年3月第五章土的压缩性和地基沉降1土的压缩性1应力历史与土的压缩性的关系2地基沉降的计算方法3第五章土的压缩性和地基沉降2§5~

1土的压缩性第五章土的压缩性和地基沉降一、基本概念（一）压缩试验（二）压缩性指标二、侧限压缩试验及压缩性指标3土中固体颗粒、水体积的压缩。（占总压缩量的1/400不到，忽略不计）。土中空气、水的排出。同时土颗粒重新排列，靠拢挤紧，体积减小。（压缩量主要组成部分）§5~

1土的压缩性结论：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果。地基土在压力作用下体积减小的性质叫做土的压缩性。一、基本概念4土中固体颗粒、水体积的压缩。（占总压缩量的1/400不到，忽略不计）。土中空气、水的排出。同时土颗粒重新排列，靠拢挤紧，体积减小。（压缩量主要组成部分）§5~

1土的压缩性结论：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果。地基土在压力作用下体积减小的性质叫做土的压缩性。一、基本概念5§5~

1土的压缩性注意：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。

压缩仪示意图试验时，竖向荷载分级施加，每级荷载下压缩稳定后再施加下一级荷载，通过百分表测的的变形量可计算得到各级荷载下的孔隙比。6§5~

1土的压缩性根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，称为压缩曲线，研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律。e0Aeppee-p曲线曲线A曲线B曲线A压缩性压缩性不同的土，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。

e-p曲线e0B＞曲线B压缩性7§5~

1土的压缩性评价土体的压缩性通常有如下几个指标。1.压缩系数a，单位为MPa-1

2.压缩指数Cc（不予了解）3.压缩模量Es，单位为MPa4.变形模量E0（载荷实验求得）单位为MPa（二）压缩性指标室内侧限压缩试验求得8§5~

1土的压缩性1.压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值。p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线△p△e利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低。在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性。有什么问题？9不同压力作用下，a

的值不是一个定值。为统一标准，工程实践中常用p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性。

a1-2＜0.1MPa-1

低压缩性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1

中压缩性土

a1-2≥0.5MPa-1

高压缩性土§5~

1土的压缩性压缩系数越大，土的压缩性越？103.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。可按下式计算。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。§5~

1土的压缩性11Vv1＝e1VsVsH1/(1+e1)H1Vv2＝e2VsVsH2/(1+e2)△pH2△H土样在压缩前后变形量为△H，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§5~

1土的压缩性则压缩模量为：12§5~

1土的压缩性工程上常采用Es1-2作为判别土的压缩性高低的标准：

Es1-2＜4MPa

高压缩性土4MPa≤Es1-2＜15MPa

中等压缩性土

Es1-2≥15MPa

低压缩性土13§5~

1土的压缩性4.变形模量E0土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。变形模量与压缩模量之间关系其中土的泊松比，一般0～0.5之间14§5~

2应力历史与

土的压缩性的关系第五章土的压缩性和地基沉降一.土的回弹与再压缩曲线三.土的超固结比与固结状态二.土的先期固结压力的确定土体历史上的受力过程称为应力历史。土的压缩性与其应力历史有密切关系。15§5~

2应力历史与土的压缩性的关系一.土的回弹与再压缩pe弹性变形塑性变形acbcb

压缩曲线回弹曲线再压缩曲线1.土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形。2.土的再压缩曲线与原压缩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小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低。回弹再压缩系数小于压缩系数。pb16二.土的先期固结压力的确定先(前）期固结压力pc

：

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。§5~

2应力历史与土的压缩性的关系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。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，故先期固结压力必然应位于e-lgp曲线较平缓的前半段与较陡的后半段交接处附近。17三.土的超固结比与固结状态1.正常固结土先期固结压力不大于现时的土压力pc＝p0，且p0下固结已经完成，OCR=12.超固结土先期固结压力大于现时的土压力pc>p0，且pc下已固结完成，OCR>13.欠固结土先期固结压力小于现时的土压力pc<p0，OCR<1先期固结压力Pc与现在土所受的压力P0的比值，定义为土的超固结比，用OCR表示。§5~

2应力历史与土的压缩性的关系先期固结压力可用于判断土的固结状态。18§5~

3地基沉降的计算第五章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内因：土的孔隙压缩变形地基最终沉降量：地基变形稳定后基础底面（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，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保证建筑物的安全。19接下来是新课~20§5~

3地基沉降的计算第五章土的压缩性和地基沉降一、普通分层总和法二、建筑地基基础设计规范法21第五章土的压缩性和地基沉降一、普通分层总和法1、计算原理

将地基土分为若干水平土层，各土层的厚度分别为h1，h2，h3，…，hn。分别计算每层土的压缩量s1,s2,s3,…sn，然后累加起来即为地基土的总沉降量S。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。22基本假定地基土的变形为侧限变形，无侧限膨胀。可采用压缩实验参数计算。取基础中心点下附加应力进行计算，此处最大。地基土均匀、等向，半无限。应力应变线性关系。弹性理论求解。沉降计算深度取受压层深度。若以下有软土，则至软土层底。§5~

3地基沉降的计算2、几点假定23首先计算各分层的沉降量；各分层沉降量的和即为基础最终沉降量。计算沉降量4每层土厚度hi不大于0.4b；天然层面及地下水位面皆应作为分层界面。分层3计算并绘制自重应力曲线；算基底压力及基底附加应力；计算并绘制地基附加应力曲线。由自重应力和附加应力两条分布曲线确定。一般土σz=0.2σcz绘制应力分布曲线1确定计算深度2

3、计算方法与步骤§5~

3地基沉降的计算24确定基础沉降计算深度一般取附加应力与自重应力的比值为20％处，即σz=0.2σcz处的深度作为沉降计算深度的下限。若遇软土，延伸至软土层底面。对于软土，取σz=0.1σc处，若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止。d地基沉降计算深度σcz线§5~

3地基沉降的计算σz线σz=0.2σczσz=0.1σcz25计算各层沉降量计算最终沉降量§5~

3地基沉降的计算26例题5-1§5~

3地基沉降的计算27二、《规范》法由来经过沉降观测发现，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》提出了改进的分层总和法。1、规范法的实质1、为使计算值与实测值更相符，引入经验系数，软弱地基大于1，对于坚实地基小于1。

2、为使计算简便，引入平均附加应力系数。§5~

3地基沉降的计算28zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(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地基最终沉降量修正公式§5~

3地基沉降的计算2、规范法地基沉降计算公式29§5~

3地基沉降的计算注：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：式中：Ai

为第i层土附加应力系数沿厚度的积分值。2.fak

为地基承载力的特征值。30§5~

3地基沉降的计算3、规范法地基变形计算深度确定31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降量也满足上式；若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面为止。当存在较厚的坚硬粘土层，其孔隙比小于0.5、压缩模量大于50MPa，或存在较厚的密实砂卵石层，其压缩模量大于80MPa时，计算深度可取至该层土表面。§5~

3地基沉降的计算32§5~

3地基沉降的计算例题5-233§5~

4地基沉降与时间的关系第五章土的压缩性和地基沉降透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成粘性土（尤其饱和的）无粘性土透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间本章只讨论饱和粘性土中地基沉降与时间的关系。34§5~

4地基沉降与时间的关系第五章土的压缩性和地基沉降一、饱和土的渗透固结二、太沙基一维固结理论三、实测沉降-时间关系的经验公式四、地基瞬时沉降与次固结沉降有效应力原理35一、饱和土的渗透固结饱和粘性土在压力作用下，孔隙水将随时间的延续而逐渐排出，同时孔隙体积也随之缩小，这一过程称为饱和土的渗透固结。渗透固结所需时间长短与土的渗透性和土的厚度有关。土的渗透性越小，土层越厚，孔隙水被挤出所需的时间越长。§5~

4地基沉降与时间的关系36§5~

4地基沉降与时间的关系活塞弹簧力学模型侧限条件土骨架孔隙水排水顶面渗透性大小钢筒弹簧水体带孔活塞活塞小孔大小设其中弹簧承担的压力为有效应力σ

，圆筒中水承担的压力为孔隙水压力u，则根据静力平衡条件有:△p（σ）

=σ+u饱和土体有效应力原理37§5~

4地基沉降与时间的关系有效应力原理物理意义：饱和土体上所受到的外荷载由土颗粒骨架和孔隙水共同承担，土颗粒骨架承担的部分为有效应力σ，水承担的部分为孔隙水压力u。而土体的变形是由有效应力σ引起的。

注意：上面提到的孔隙水压力实际上是由外荷载引起的超出静水压力的那部分