土力学-第三章

1、土的压缩性基本概念、土的压缩性指标2、地基的最终沉降量计算分层总和法、规范方法、三种特殊情况下的地基沉降计算3、沉积土层的应力历史超固结土、正常固结土、欠固结土、前期固结压力4、地基沉降与时间的关系第三章土的压缩性及地基沉降一、土的压缩性

compressibility在压力作用下土的体积减小。压缩性的原因

土颗粒的压缩

孔隙水的压缩

孔隙的减小≈0≈0压缩性第一节、土的压缩性固结-土的压缩随时间而增长的过程。饱和粘土：历时很长。无粘性土：短时间内完成1.为什么要研究土的压缩性2m4m地基沉降（竖向位移）PalaciodelasBellasArtes,MexicoCity墨西哥城艺术宫的下沉

墨西哥城下的土层为：表层为人工填土与砂夹卵石硬壳层，厚度5m，其下为火山灰形成的超高压缩性淤泥，天然孔隙比高达7～12，含水率150～600%，层厚达数十米。该艺术宫沉降量高达4m，并造成临近的公路下沉2m。建筑物的不均匀沉降，墨西哥城刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载

压缩仪

oedometer

构造二、侧限条件下土的压缩性1、侧限条件：土在压缩过程中，只能在竖向压缩，而侧向受限不能变形。或压缩量计算公式2.侧限压缩性指标压缩系数标准压缩系数

0.1

0.5低压缩性中压缩性高压缩性压缩指数侧限压缩模量Es土在完全侧限条件下，竖向应力增量与应变增量之比。侧限压缩模量与压缩系数的关系推导过程设土样中土粒的高度为1，压缩前的孔隙比为e1，压缩后的孔隙比为e2

。则压缩前土样的高度为1+e1，压缩后的高度为1+e2，土样的压缩量为e1-e2，相应的应变增量为(e1-e2)/(1+e1)，按照定义，压缩模量3.土层侧限压缩变形量计算设土样压缩前的厚度为h，则其压缩量可按以下公式计算或或第二节、地基的最终沉降量地基土层在建筑物荷载作用下产生的变形稳定后地基的下沉量。两种常用计算方法（1）分层总和法（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）推荐的方法一、地基沉降计算——分层总和法zΔs1ds1.基本原理（1）基础中心处的沉降代表基础的沉降。（2）中心土柱完全侧限，其压缩量为沉降。

基本假设

沉降计算Δs2Δs3Δs4Δs8计算深度Zn至变形很小、可忽略不计的深度。无侧向膨胀，直接利用压缩试验的结果。2.计算步骤（1）分层细砂粘土粉质粘土1234657890123465789（2）计算基底附加压力Hb（3）计算自重应力（4）计算中心点以下的附加应力（5）确定压缩底层为什么要分层？为什么要采用基底净压力？

应力随深度变化。

压缩性随深度变化（包括同一土层）。自重应力附加应力为什么要采用基底附加压力计算地基沉降？开挖前开挖完成后卸载再加载→卸载应力场（5）确定压缩底层(地基沉降计算深度zn)目标：之下土层的变形可忽略不计。方法：（6）计算每一层土的压缩量问题1：如何确定e1i、e2i?e1i初始状态自重应力e2i终止状态自重应力＋附加应力（基底附加压力产生）问题2：为何采用平均值

?同一层中的应力分布不均匀i-1iihi自重应力附加应力问题：对同一土层，Es是否为常数?

同一层中，将Es作为常数，只是一种简化算法。实际上，深度不同，应力状态就不同，Es也随之而变。

利用压缩模量Es（7）计算总沉降量计算方法与步骤（1）绘制地基土层分布图和基础剖面图。（2）地基土层分层

a.每层厚度不大于0.4b。

b.不同土层的交界面应作为分层面。

c.

地下水位作为分层面。

d.基础底面附近附加应力的变化较大，分层厚度应小一些。

（3）计算基础底面接触压力

（4）计算基础底面附加压力

（5）计算各分层面处的自重应力

（6）计算各分层面处的附加应力

（7）确定受压层深度，其判断准则是一般土软土

（8）计算各土层的压缩量

（9）计算地基最终沉降量例题3-1三、三种特殊情况下的地基沉降计算薄压缩层地基地下水位下降大面积堆载

薄压缩层地基图示条形基础，基岩以上为同一土层，其重度为18kN/m3，压缩特性如下表所示，此外，基底附加压力所产生的竖向应力如图中所示。试用分层总和法计算地基的沉降。p(kPa)020406080100120140160180e0.80.7650.740.7250.710.70.6910.6830.6760.671大面积堆载如图所示的砂层中夹有厚度为0.2m软弱薄层，砂的容重，压缩模量见图，薄层中取土样进行压缩试验的结果见下表。试计算在图示满布均载由60kPa增大到100kPa的过程中，薄层产生的压缩量占整个土层发生的压缩量的百分比。（说明：薄层中竖向应力的变化可忽略）p(kPa)020406080100120140160180e1.1001.0350.9700.9250.8950.8700.8450.82000.8000.785地下水位下降Hbi-1izi-1zihi

2.《建筑地基基础设计规范》

GB50007－2002）推荐的方法沉降经验修正系数（1）中等强度地基（2）软弱地基（3）坚实地基计算公式若地基为均匀土层，可由压缩模量Es直接查表确定。否则由沉降计算深度范围内Es的当量值确定。其中Ai为第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分。地基沉降计算深度

（1）无相邻荷载作用

b为基础宽度，单位是m，适用于1～30m的范围。（2）存在相邻荷载影响3.相邻荷载对地基沉降的影响两座建筑物同时修建时本建筑产生的附加应力对方建筑产生的附加应力建筑物在对方地基中产生附加应力，且较近一端下的附加应力较大，较远一端较小，两建筑物向内倾斜。在旧建筑旁修新建筑旧建筑新建筑本建筑产生的附加应力对方建筑产生的附加应力本建筑产生的自重应力

对新建筑，旧建筑在其地基中产生的附加应力相当于原存压力，对新建筑沉降的影响不大。对旧建筑，在较近的一端，新建筑在其下产生的附加应力较大，而较远一端较小，故旧建筑向新建筑倾斜。（1）正常固结土

前期固结压力：土层在历史上所经受的最大固结压力，以表示。（2）超固结土（3）欠固结土第三节沉积土层的应力历史第四节地基沉降与时间的关系1.地基沉降与时间的关系饱和土的变形：荷载孔隙水排出变形土的渗透性、压缩性、排水距离等碎石土和砂土：基本完成。地基沉降在施工期间完成的比例低压缩性粘性土：50～80％中压缩性粘性土：20～50％高压缩性粘性土：5～20％2.饱和土的渗流固结（1）饱和土的渗流固结孔隙水排出；孔隙体积减小；由孔隙水承担的压力转移到土骨架，成为有效应力。（2）渗流固结的力学模型或

H为土层的最大排水距离，双面排水时取土层厚度的一半，单面排水时取土层总厚度。为时间因子。若取一项，则有（适用于）（3）结论以上公式适用于双面排水附加应力线性分布的情况。单面排水时，可按α查相应的曲线确定在附加应力分布相同的情况下，两个土质相同（即cv相同）而厚度不同的土层，在达到相同的固结度时，其时间因数也相等。4.地基沉降与时间关系计算

例题5已知某工程地基为饱和粘土层，厚度为8.0