土力学第四章土的压缩性与地基沉降讲义

第四章土的压缩性与地基沉降内容简介第一节概述第二节土的压缩性及压缩性指标（重点）第三节地基沉降计算（重点）链接第四节太沙基一维渗流固结理论（难点）链接第一节概述一、基本概念二、本章的研究内容土的压缩性土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。一、基本概念

当压力在100~600kPa时，土颗粒与水的压缩量很小，可以忽略不计。在压力作用下，土体压缩的实质是土孔隙体积的减小。土的固结——土的压缩随时间而增长的过程。重要研究内容——土体压缩性的大小室内压缩试验土的压缩性指标1、地直基产煤生变允形的距内因——土具欠有可摔压缩灰的性东能。2、地害基产返生变炮形的威外因——由上筛部结驻构荷杆重产披生的附加蛇应力而引拿起。3、计削算地呈基变档形的因目的——确定挣上部遵结构煎可能失出现孕的最叉大沉野降量释和沉报降差劲，为霉结构坊设计疏或地教基处敲理提躬供依然据。地基寒最终替沉降著量——在外冷荷作宪用下渐地基殃土层仪被压替缩达共到稳矩定时拾基础份底面修的沉从降量馅，常背简称果地基胞变形慢量（址或沉糟降量也）。二、谦研究银内容——沉降梨变形鸣计算第二判节一、瘦室内已完全基侧限次压缩特试验室内压缩试验仪器（一绿）试制验装脆置示喇意图——室内寨侧限榜压缩阶仪特点均：只附有竖廉向变叶形，歪而无如侧向事变形——完全题侧限组条件加压谎活塞刚性规护环环刀底座透水石透水石荷载——分级断施加Vv0=验e0VsVv1=e1VsP1、室恳内压渠缩试箩验原末理VsVsH0H1S

孔隙比e0=P——S——e2、室内压缩试验曲线e—P曲线e—logP曲线同一售种土，在兆不同速荷载煌等级模下的傲压缩扛性是梳不同饶的。在相同断荷载下，患不同章土的猫压缩烦量或眼孔隙糖比减微小程丙度也蜓不同修，e-点P曲线坊越陡使，土认越容仙易被拥压缩感。结论风：e-敏P曲线准上任爆意一纤点的斜率代表驾了土桨在对魂应荷挥载P时的犹压缩茂性大男小。e—P曲线（二结）压郑缩性悔指标喂的确洪定压缩系数：(负号表示随着压力P的增加e逐渐减小)1、压芦缩系看数——土的蚀压缩请性指用标之盼一压缩概定律：在辉压力辛范围棉不大刚时，莫孔隙去比的养减小默值与买压力乱的增播加值昆成正孙比。土的压缩系数表示——单位压应力引起的孔隙体积变化单位南：MP陶a-1为了款统一镜标准签，实胃用上由采用e-靠P曲线叉上P1=1并00恭kP刻a和P2=2牌00愤kP由a所柳对颤应霜的压缩趋系数a1-免2。2、用压缩圾系数评价齿土的移压缩这性根据a1-顶2来评究价土顺的压篮缩性楼大小皱：当a1-慰2<友0.浊1M针Pa-1时，率属低压缩骂性土摆；当0.加1尺MP柿a-1

a1-需2<授0.赶5磨MP戚a-1时，想属中等压缩院性土阿；当a1-印2

0.蔽5披MP滨a-1时，焦属高压缩易性土天。用压缩曾系数评价笑土的狱压缩抽性的果标准3、压勾缩指晚数e-危lo览gP曲线印的后群段接笋近为独直线萝，其督斜率Cc称为压缩低指数早。土的压缩性指标之二用Cc评价土的压缩性1、定义：土在呜完全聪侧限枯压缩烟条件屋下竖彻向附川加应灾力增露量与眠相应榜应变尤增量蔬之比闹，也庙称侧稻限压鸣缩模腰量。拦（MP艺a）（三龟）压螺缩模稠量2、侮用Es判断康土的其压缩秤性——常用Es（1-穷2）。基本餐原则——拢Es越小涌，土第的压哪缩性努越高汽。判别东标准押：Es<里4M奋Pa时，贸称为青高压攻缩性堂土；4M宝Pa

Es

20锯MP侄a时，筝称为档中等瓣压缩疏性土串；Es

20腐M查Pa时，猾称为塌低压找缩性羞土。3、不残考虑遍土侧忍向变歼形的许地基束沉降写计算谣情况水平跑向无留限分带布的蒙均质肉土在箩自重盼应力膨作用泥下，鱼如图和（a）；满足返上述黄条件穷的地瓣基在垫无限今均布赶荷载思作用韵下，哪如图妙（b）；当地镰基可生压缩轨土层养厚度定与荷声载面举积尺岁寸相梁比相边对较延小，攻如h制/胳b

0.吓5时，屠称为倾薄压箭缩层剂，可炸近似杠将荷某载看懒作是焦水平骂向无抚限均谷布，搁如图(c蜡)。（四桃）土家的回吨弹曲立线和业再压溜缩曲祥线将基海底以情上土宇体开波挖后塑，基晋底以冒下土级中应涂力比装开挖隶以前扰减小渣，发率生了坟土的傲膨胀天，造耽成坑萄底回弹。而这当基插础开近始施括工以屑后，村随着可基底纯以上康荷载图的逐世渐施昏加，静地基宿又被霞压缩盈。这遗个过高程可卷以用拳室内吗压缩碰试验僚曲线剃来进锋行说勇明。计算轧取值求：（1）当驾重新胁施加诊的荷慕载P小于P1时，鄙地基霜沉降职应按浩回弹叼再压防缩曲灿线计旗算；（2）当折荷载P>刮P1时，喝地基逃沉降两的计验算应昂根据圣回弹同再压宜缩曲搜线和年压缩疮曲线纵计算狐。二、剧现场糕载荷申试验（一闲）现江场载泳荷试让验：通过妻承压盏板对萌地基养土分真级施森加压拴力P，观会测相央应的宣变形S，根药据试墙验结帽果绘胳制P-超s曲线里，判咽断土厕的变咽形特阅性。加荷酸稳压惕装置反力捕装置观测果装置现场象载荷销试验载荷遗试验蝴观测沾标准槐：每级酬加载饰后，常按间同隔10、10、10、15、15、30分钟秘读数集，当浊连续2个小训时内含，每1个小妨时的秧沉降其量小戴于0.膝1m紧m时，近可加育下一耍级荷馒载；当出蚁现承欧压板会周围蜡土有格明显恰的侧鸽向挤鞠出或叼发生百裂纹趴时、君当沉逝降s急剧桂增大筒时、继当某蓬一级率荷载24小时阅不能千达到泪稳定宾标准步时，菊即可井终止供加载袄；流（此得前一仆级荷呢载为部极限横荷载惧）s/现b

0.益06可终项止加钉载。P-麻s曲线（二庙）变刷形模鞭量定义：土长体在晚无侧聪限条束件下竖（即蛇三向坦应力凑条件告下）的应俯力与烛应变顺的比柴值。确定肠方法：现正场载贵荷试终验。比例哗界限逐荷载Pcrs弹性蚂理论跃解答3．载铜荷试权验方惕法的钻评价（1）优俘点：载荷恢试验搭在现次场进环行，风避免昌了取裙样、坑土样跪运输醉及室港内制妥作试勿件扰掠动等计产生溪的误猎差，锣更有追代表皱性。（2）缺轿点：由于蚂承压折板尺立寸较村小，呼通常睡只能鹿反映快承压鸡板下2

3b（b为方薪形承觉压板办宽）客深度咸范围响内土位的性住质。承压埋板尺罢寸与辉实际歪建筑众物基财础尺亭寸相诸差太筛多，逢从第偶二章长基础梢下附席加应机力分马布规奴律来问看，仙对宽活度较妇大的虑基础潮，其湖附加卧应力绒可传乔递到球基底薄以下10龄m甚至搬更深棍。因叔而这挣种试胶验方叫法结挠果的党应用强受到悟很大肚限制贴，尤与其是雪当基鹿底以滚下土鸭层为躺软硬梁交替池分布酿时。压缩械模量：土慈在完全侧限爆条件裹下竖次向附录加应浙力与锦应变白增量剪之比锡。变形吨模量蛮：土在无侧限上条件依下附诊加压鸡应力退与压服缩应荒变之美比。4、变济形模铸量与鼠压缩贯模量货的关靠系三、守弹性些模量——室内固三轴左压缩拥试验意测定1.弹性搞模量箩：弹桶性材枪料无惜侧限区条件取下应毯力与唱弹性搞应变错的比验值。2、弹吃性变制形：地基宽土在退荷载漫开始棍作用料的一僻瞬间嚷产生宁的沉林降；瞬时恩荷载疮作用根下的省地基伶变形践（如钢高耸并构筑愉物在夜风荷动载作匪用下练基础戏的倾吸斜）筐；动力粪机器海基础蕉的振豪动。结论餐：土栋的弹瓶性模凶量远大何于压缩谢模量雄或变丧形模田量原因感：土的弹己性变桃形远小寒于土的波总变耳形。3、查弹性耽模量顶的测轰定方悬法通过询无侧荷限压浸缩试烧验和娇三轴诊不排骗水剪磁切试目验经待过反梁复加纹荷得梁到。本次胸课程蛙结束作业虫：第13震8页，到习题1第三絮节吗地基货沉降湖量计赚算最终乓沉降斯量——地基倘土层咬在上演部结落构荷胸载作思用下延达到压缩亮稳定扇时基础遇底面葛的沉旗降量螺。常用笔计算季方法——分层惰总和胃法一、斑计算受原理——薄压佩缩层爱地基虽沉降阳计算1、需匆满足困的条耕件：（1）薄地压缩柜层H<浊0.极5b留(b为基猪础宽班度)；（2）σz近似归沿深天度成优直线叼分布线。结论祥：一维泼压缩——室内挽侧限陡压缩平试验炸成果3.实际别情况及：(1喇)大多未数地蒙基的估可压价缩土愤层厚春度常天常大蛛于基版础宽额度很握多;(2宿)实际德中无舌限分剃布的椒均布波荷载促也不洒存在林的，寻因而σz沿深具度和浙水平辛方向揭都是再变化歼的；(3莲)地基的剂变形断也不较是一客维的仪。2.薄压滩缩层身地基炊沉降羞计算政公式二、单向区分层艇总和窝法计平算地咽基最寺终沉鲁降量（一镰）基蛇本原仓理将地绘基划吩分为际薄压香缩层客，采县用土深层一仪维压攻缩变选形量井的基仿本计奥算公孩式，晶分别学计算补基础颠中心圆点下各薄膜层的饲变形论量，最感后求机将各陡土层躲的压仇缩变喉形量沃总和永。（二佣）基杯本假伍设：1.基底彻附加做压力p0是作菜用在匹地表饿的局赛部柔灯性荷惯载，蜜对非战均质谎地基胶，由仅其引盯起的绞附加吧应力叼可按均质父地基计算钓；2.只考巾虑竖向片附加恼应力使土植层压敞缩产浑生的天地基饼沉降影；（自重熟应力纷下的慢沉降叼已完脑成）3.土层勉压缩燥时地医基土匆不发额生侧脖向变津形，色即完全网侧限条件侧，可沉采用炉侧限锯压缩若试验阔的结呢果。（三腰）计坛算公液式（四农）计鸭算步然骤参见急例题4-纯11）划误分土患层：柳各天榴然土岩层界悦面和授地下道水位振必须撕作为声分层库界面融；各缺分层偶厚度禽必须果满足Hi≤0堵.4内B；2)计算捎各分忠层界亚面的σcz和σz；绘制适应力骨分布吵曲线挨；3）确翻定压欺缩层厉厚度—应力衰比法满足σz=0槐.2攀σcz的深能度点雁可作夫为压紧缩层对的下面限对于礼高压咱缩性逮土则唤应满蝴足σz=0符.1赶σcz4)计算葬各分胡层加逮载前求后的平均注垂直胃应力p1=σcz；p2=σcz+σz5)按各污分层耳的p1和p2在e-销p曲线和上查胀取相趟应的通孔隙酱比或筑确定a、Es等其执它压筋缩性削指标6）根休据不模同的辆压缩泛性指搬标，石计算军各分虚层的皆沉降醉量7）求拔和，纪计算孕总沉灯降量分析呆讨论——实际查沉降沸观测伯与计状算结竭果对布比：坚硬港地基粪，分敲层总饭和法碍计算粮的沉同降量符比实汤测值礼显著青偏大狐；软弱刚地基坚，计泳算值扒比实连测值炒显著哄偏小凯。产生东原因吗：采用揭基底捉中心告点处σz(偏大)；假害设无棒侧向毅变形越；取土付样与新试验贿环节坦上的泡影响牧；没考酬虑地条基基懂础与畏上部凳结构春的共扰同作煤用。解决兽办法财：经魂统计骡引入关沉降漂计算般经验厉系数

s《公路友桥涵堂地基驼基础歌设计巴规范》J升TG家D障63返-2辱00早7推荐彻法三、JT围G血D6闻3-茶20掘07规范麻法（一辱）计灰算原亮理地基总沉坑降量为（二捷）沉达降计翁算经疲验系造数ψs（三萍）沉索降计锅算深辨度zn的确铺定沉降稀计算巨深度zn公式才应用堂说明上：3、Esi为基怎础底必面下聪第i层土的的压准缩模绑量，醉应取屈土的自重管应力至土愿的自重比应力义与附外加应拼力之伯和的压着力段渣计算虫；四、经考虑辈不同忌变形蜘阶段视的沉焰降计渔算方行法根据黏性草土变形调机理蝴可将五地基破沉降施量分膀为三崇部分评：1、瞬拆时沉悉降：加荷幸后瞬湿时产赛生的豪沉降2、固结能沉降孔隙违水缓朽慢排悲出，族地基御固结讯产生3、次固纵结沉而降土骨罪架在价不变失有效仇应力备作用溜下发找生蠕像变而冒产生坛的沉惜降S=Sd+Sc+Ss（一惕）瞬时海沉降踏计算Sk侮em括pt乡丰on（19捐55）弹性劝理论鬼公式注：寸平均蛛值指筒柔性叠基础菌面积角范围那内各杜点的污平均华值表4-潮10沉降扁系数ω值受荷面形状L/b中点矩形角点，圆形周边平均值刚性基础圆形——1.000.640.850.79正方形1.001.120.560.950.88矩形1.53.06.010.030.0100.01.361.782.232.533.234.000.680.891.121.271.622.001.151.521.962.252.883.701.081.44—2.12——（二持）固结待沉降血计算固结炕沉降是粘匆性土千地基歌沉降支的最碑主要妇的组已成部挽分。固结饼沉降顺可以钥用分层呀总和谢法计算颈。缺点遗：分绪层总杏和法旺中采虚用的炼是一盈维课贡题的暗假设验，与哪一般灶基础帖荷载粮作用材下的通地基多实际舱性状段不尽适相符严。Sk仍em该pt纲on和Bi虎rr戏um建议阔根据有侧张向变柄形条欺件下产退生的欠超静通孔隙论水压挎力计罗算固裕结沉乘降Sc。对于粥轴对疾称课政题，京有：αu为Sc与分层懂总和迈法计料算的S之间颂的比盖例系渣数。比例费系数αu：孔隙蒸水压祸力系妈数A与土恋的性隐质有调关，绪则αu也与土的朽性质密切鞋相关们。另丈外，αu还与基础冲形状及土层台厚度H与基疯础宽乞度B之比有关驻。αu值可抽根据马上式才计算汽求得撑，也干可以丢查表。αu值一喂般为0.难2—希1.熟2，这阅与《规范》推荐雀法的振沉降暮修正低系数ψs值（=0紧.2供—1脉.4）接所近。局则此览可见搁，αu与ψs有必塑然的鸡联系部，它观们的默物理裁意义帖是一佳致的霸。（三丹）次固例结沉枯降计乔算次固却结段妇（基民本上夫是一桐条直院线）德的斜托率反禾映土旦的次战固结铁变形纽奉速率纳，一轮般用Ca表示鞠，称周为土林的次固岸结指拘数。次固结沉降量为注：届一般层只发秋生在犯粘性撑土中易，所坦占比棕例很奋小，链计算贡中可赢不考泉虑。应力合历史——土在微其形暗成的层地质幅年代掏中经澡受应耗力变征化的饼情况斜。五、惯考虑倦应力子历史科影响篮的沉愤降计年算方耕法结论迎：地四基土柔的应诊力历默史对鼻地基驰沉降困的大患小具骑有一头定的客影响辨。沉降惯计算轿方法：明事确土节的应力虽历史，得何出符巩合原妇始土款体孔仓隙比垂与有傻效应伍力变缺化的原始模压缩档曲线，根岸据土胜不同赖的固非结状音态，坚在原连始压餐缩曲充线上浮选取不同闲的压并缩性陷指标计算友土层示沉降帐量。前提来：判芽断天艳然土琴层的斯固结悲状态剑。（一拿）天核然土指层固曲结状拿态的胸判断固结是指末土体迫在建落筑物貌荷重播或自头重压叫力及联其它歉应力衣作用范下，兼其变蛾形随欺时间没发展字至完旬全稳督定的蒙全过碗程。怕因此如固结生是时壶间的单函数弦。先期谱固结袋压力(pc)土层在在地婆质历困史上越曾经成受过个的最巧大有例效固林结压谊力。——土的叼应力乘历史原来弟的地盾面由亩于河进流冲裳刷将饲地表狸一定胜厚度朋的土砖层剥偿蚀掉谨，现在慌的地奶面是半在不便长的次时间校以前贝在原核地面返上淤桶积的回。现地醒面高殊度在跌历史椒上一追直没忠有发宁生变提化，挨但由险于地君表以惭上古投冰川营的融族化，附或因胆地下脱水抽滴吸或埋回灌蛙，引摄起土纹中有求效自刘重应清力的挺变化调，也剃会导段致现团地面拍以下柱地基特土中庄有效动自重标应力宫不等岛于土世沉积木过程够中受孔到的身最大捡固结璃压力岂。根据览先期俩固结值压力野划分南三类掘沉积攻土层正常互固结慢土超固社结土欠固痒结土P1为现渠在上垂覆土歇重产同生的拴有效染自重刘应力超固蛇结比（ov古er膊c沟on旬so已li归da告ti皇on勇r岂at负io脚)OC两R=甲1正常柴固结结土OC鼓R>绿1超固笔结土OC饲R<值1欠固圣结土分析送：当外还荷载伏大于岩先期邀固结搏压力宾时，踪蝶土层送历史致上的肥天然欣强度旷被克啦服，问土的印原始辫结构胁因被移破坏呜而产洲生变卖形。当外叶荷载北小于税先期旗固结逃压力段时，顾天然蚂土层茧将不浊产生缸变形旅或只叨有微震小变近形。（1）从e-翅lo驱gp曲线和上找幅出曲歼率半时径最裂小的晓一点A，过A点作躲水平钩线A1和切困线A2；（2）作

1A窜2的平比分线A3，与e-啊lo权gp曲线动中直风线段帜的延善长线蜡相交B点；（3）B点所扫对应池的有脊效应阴力就暂是先有期固姑结压陕力。（二虫）先剃期固猾结压纠力的恨确定卡萨促格兰弦德方踏法（三饿）土墨的原掠始压贺缩曲姻线原始抬压缩菊曲线框确定奇方法——自学原始叼压缩问曲线——室内熄压缩哄试验e-名lo利gP曲线鱼经过朱修正江后得屡出的院符合誉原始仪土体伤孔隙凉比与混有效街应力倚变化怨的关单系曲业线问题蚂的提糟出：由厚于室抹内压假缩试疏验所弦用土债样经层历了惧卸荷换过程缠，而表且在杆取样齿、运败输、匠试样服制作腊以及捏试验般过程盐中受燃到扰巡寿动，临故e-宜p曲线皂不能嘱完全自代表孔现场拐原位尺土样倍的e与有旱效应秤力的汪关系睡。因白此，捉需要善确定千土的楚原始野压缩毯曲线碎。（四板）考堡虑应啄力历搜史的婆沉降彩计算——分层宰总和烘法正常搭固结部土（pc=趁p1）的沉纤降计催算方舞法：计算栋要点属：求界出孔窗隙比乘的变株化2.超固却结土甜（p1<概pc）的沉轨降计树算方诱法(1疏)某分权层土益的有哪效应谱力增图量

p>园(pc-冷p1)五、接考虑粉应力模历史热影响桨的沉红降计兵算方年法式中堵：Ce——回弹阶指数Cc——压缩恶指数（二冤）超另固结挥土（p1<窄pc）的沉匙降计删算方淋法(2贷)某分亭层土冰的有裙效应绕力增佳量

p<闸(pc-轿p1)超固恒结土蚂的总祖固结宿沉降东为上杠述两局部分槐之和巧，即Sc=Sn+Sm。3.欠固抽结土贝的沉辉降计畜算（p1>供pc）第二彼讲作俘业课后朝习题2、习使题3（参炸照例仅题4-夫1，采么用列研表计弱算的细方式段）重点猴：一维骑渗流弟固结沉降睛与时累间之趣间的烂关系粒：饱胆和土咳层的煎渗流瓜固结固结晒沉降督的速辩度？固结纸沉降啦的程诊度亦？问题：第四采节太沙孝基一广维渗毙流固撒结理绑论不可有压缩桨层可压脊缩层p第四鸟节狐太柳沙基孝一维墨渗流用固结莫理论一、注饱和候土的皱渗流即固结隐模型（一）讨单层访渗流拘固结协模型（二巡寿）多康层渗竞流固现结模幼型二、太沙本基一牧维渗屡流固具结理衬论——基本薪假定悄；微疮分方哭程建我立、爽求解殿（理欣解）洗；——固结栏度计揪算（采重点随）；——地基进沉降看与时随间关护系的废计算崇（应用）；——固结干系数族的确农定方卡法。（睛自学岔）三、掏利用电实际嘴沉降秒观测华曲线舰估算藏地基艘最终赵沉降安量（自旷学）一、饱和课土的织渗流甲固结桑模型（一）宜单层牙渗流糊固结盗模型1．试密验装盐置——太沙蛇基一祥维固蛮结模霉型(1竖92供5年)带有配测压跑管并赠装满护水的废圆筒带孔己的活映塞板弹簧2.模拟升情况弹簧早模拟洁土骨欺架筒中仆的水痒模拟谦孔隙馋水小孔郊模拟缴土孔应隙模型豪的实显践背失景：弓大面棵积均公布荷厚载p不透龟水岩纷层饱和转压缩毕层σz=pp侧限暮应力绵状态试验陕过程ppp附加递应力:σz=p超静往孔压:u裙=σz=p有效套应力:σ’z=0渗流继固结闲过程附加璃应力:σz=p超静方孔压:u庭<p有效渣应力:σ’z>0附加涌应力:σz=p超静动孔压:u浴=0有效健应力:σ’z=p土骨静架变君形为减零土骨俩架变帝形逐求渐加饮大土骨裹架变沙形稳峡定结论候：土漏骨架委变形抗与有锹效应疲力之肠间存畜在着蛮唯一谁的对扭应关斗系（1）超静孔握隙水饿压力由外干荷载杂引起许的超励出静斜水水汤位以焦上的黎那部绵分孔膀隙水厕压力鸦。随着齿土中凤渗流挪的产恳生，荣超静蜡水应从力随谦时间爆而变在化，猫并对烂土骨摇架的馆应力萝和变昆形产剧生影韵响。（2）孔隙新水压蜜力由孔方隙水并传递淘的应间力，厅它不僻能直词接引渣起土绩体的迫变形杆和强快度变岗化，弓又称绵为中刊性应伴力。它不坊随时擦间而罗变化所。概念握的区怪分：（二扬）多房诚层渗扯透固饺结模拐型分捉析试验约装置香：模型锋各层勇分别骨表示区土层拉中不值同深场度的宽点。2.分析张目的遥：土尾层中窃不同纲深度斥处超静兽孔隙陪水应柄力随时间而消窑散的管过程搞。3、试核验过建程t范=繁0时，ui=伸p，

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