土力学土的压缩性及地基沉降.pptx

第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降变形变形 强度强度 稳定稳定荷载荷载应力应力 地基土体在建筑物荷载作用下会发生变形，地基土体在建筑物荷载作用下会发生变形，建筑物基础随之沉降建筑物基础随之沉降。在建筑物设计与施工时，应将建筑物的沉降量控制在在建筑物设计与施工时，应将建筑物的沉降量控制在 规范规范允许范围内。允许范围内。土的压缩性是导致地基土变形的主要因素。土的压缩性是导致地基土变形的主要因素。通过室内和现场试验，可求出土的压缩性指标，通过室内和现场试验，可求出土的压缩性指标，计算基础的最终沉降量。计算基础的最终沉降量。第一节 土的压缩性土土土土 的的的的 固固固固 结：结：结：结：是指土体在压力下作用下体积减小的过程。是指土体在压力下作用下体积减小的过程。是指土体在压力下作用下体积减小的过程。是指土体在压力下作用下体积减小的过程。土体积减小包括土体积减小包括土体积减小包括土体积减小包括 ：土中水和气体的排出（土中水和气体的排出（土中水和气体的排出（土中水和气体的排出（主要原因主要原因主要原因主要原因）即孔隙的缩小即孔隙的缩小即孔隙的缩小即孔隙的缩小 土颗粒的压缩土颗粒的压缩土颗粒的压缩土颗粒的压缩 土中水和气体的压缩土中水和气体的压缩土中水和气体的压缩土中水和气体的压缩 土压缩变形的快慢，与土中水的渗透速度有很大关系。土压缩变形的快慢，与土中水的渗透速度有很大关系。既使在相同压力条件下，不同土的压缩变形也会差别很大既使在相同压力条件下，不同土的压缩变形也会差别很大这就是土体自身压缩性指标不同而已。这就是土体自身压缩性指标不同而已。土体总压缩量土体总压缩量1/400土的压缩性土的压缩性：是指土体在压力下作用下体积减小的特性。是指土体在压力下作用下体积减小的特性。第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降一、一、一、一、基本概念基本概念基本概念基本概念二、土的压缩性指标二、土的压缩性指标二、土的压缩性指标二、土的压缩性指标 压缩试验压缩试验逐级施加荷载逐级施加荷载 pi，求出每级荷载下的稳定变形量，求出每级荷载下的稳定变形量Si，算出相应压力下的孔隙比，算出相应压力下的孔隙比 ei。绘出。绘出e p曲线，即曲线，即压缩曲线压缩曲线。1、压缩试验（固结试验）、压缩试验（固结试验）第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降 假定土粒是不可压缩的，即压缩试验前后的土粒体积不变：假定土粒是不可压缩的，即压缩试验前后的土粒体积不变：假定土粒是不可压缩的，即压缩试验前后的土粒体积不变：假定土粒是不可压缩的，即压缩试验前后的土粒体积不变：二、土的压缩性指标二、土的压缩性指标 1、压缩试验（固结试验）、压缩试验（固结试验）加荷前：加荷前：加荷后：加荷后：（3.1b）也可写为广义表达式：也可写为广义表达式：第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降（3.1c）2 2、压缩系数、压缩系数、压缩系数、压缩系数a a(或或或或a a1-21-2)压缩系数压缩系数a定义定义：ep曲线上某点的切线斜率：曲线上某点的切线斜率：孔隙比孔隙比e孔隙比孔隙比e（ep曲线）曲线）即压力从即压力从“1”状态到状态到“2”状态，孔隙比的变状态，孔隙比的变化。化。第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降 为便于统一判断土的压缩性，国标为便于统一判断土的压缩性，国标建筑地基基础设计建筑地基基础设计规范规范（GB50007-2002）规定：）规定：“1”100kPa“2”200kPa即即p 1=100kPa；p 2=200kPa。相应的：。相应的：a a1-2a1-2=a1-2(MPa-1):0.1 0.5压压 缩缩 性：性：低低 中中 高高二、土的压缩性指标二、土的压缩性指标二、土的压缩性指标二、土的压缩性指标定义：定义：指在完全侧限条件下，土竖向应力增量指在完全侧限条件下，土竖向应力增量与应变增量与应变增量的比值。表示土抵抗压缩变形能力的指标之一。的比值。表示土抵抗压缩变形能力的指标之一。3、压缩模量压缩模量Es故故式式3-1c为为ES(MPa):压压 缩缩 性：性：15 4 低低 中中 高高第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降一、分层总和法一、分层总和法一、分层总和法一、分层总和法 11、基本假定：、基本假定：、基本假定：、基本假定：aa、无侧向变形、无侧向变形、无侧向变形、无侧向变形使结果偏小；使结果偏小；使结果偏小；使结果偏小；bb、采用基底中点下的附加应力计算、采用基底中点下的附加应力计算、采用基底中点下的附加应力计算、采用基底中点下的附加应力计算使结果偏大。使结果偏大。使结果偏大。使结果偏大。第二节 地基的最终沉降量计算 地地基基最最终终沉沉降降量量是是指指地地基基在在建建筑筑物物荷荷载载作作用用下下最最后后的稳定沉降量。它是建筑物地基基础设计的重要内容。的稳定沉降量。它是建筑物地基基础设计的重要内容。2、单一薄层地基变形量计算、单一薄层地基变形量计算公式（公式（3.1c）为）为即从即从“1”受力状态到受力状态到“2”受力状态，受力状态，土样的压缩变形为土样的压缩变形为s。对地基来说：对地基来说：“1”受力状态，相当于未修建建筑物时的状态，即受力状态，相当于未修建建筑物时的状态，即p1=c“2”受力状态，相当于已修建建筑物时的状态，即受力状态，相当于已修建建筑物时的状态，即p2=c+ze1e2h1hp0dh岩层岩层土层土层第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降沉降沉降s第二节 地基的最终沉降量计算p0dh岩层岩层cz土层土层cz(已知压缩曲线已知压缩曲线e-p时时)(已知压缩模量已知压缩模量ES时时)所以所以孔隙比孔隙比e孔隙比孔隙比e（ep曲线）曲线）Es另外另外沉降沉降sp2第二节 地基的最终沉降量计算3、任意地基变形量计算、任意地基变形量计算分层总和法分层总和法(已知已知e-p时时)(已知已知ES时时)最终沉降量最终沉降量s：4、沉降计算深度、沉降计算深度zn的确定的确定:5、计算步骤（小结）、计算步骤（小结）1)1)地基分层地基分层 hi0.4b；或；或12m 土层层面；土层层面；地下水位面。地下水位面。3)3)计算计算zn2)2)计算各分层处计算各分层处ci、zi6)6)计算各分层土的计算各分层土的沉降量沉降量si7)7)计算计算最终沉降量最终沉降量e24)4)计算各分层计算各分层ci、zi5)5)令令p1i=ci p2i=ci+zi(已知已知e-p时时)(已知已知ES时时)e1第二节 地基的最终沉降量计算（3-5)3-5)（3-7)3-7)二、二、二、二、地基设计规范地基设计规范地基设计规范地基设计规范法法法法第二节第二节 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算同一天然土层采用单一压缩性指标同一天然土层采用单一压缩性指标分层总和法：分层总和法：1、沉降计算式、沉降计算式式式3-7分子为分子为“附加应力图形面积值附加应力图形面积值”：=Acdfe=Aabfe-Aabdc=Ai-Ai-1设设Ai=Ai-1=所以所以-不分层；不分层；引入沉降计算经验系数引入沉降计算经验系数s-修正误差。修正误差。分层层数多，计算工作大，分层层数多，计算工作大，规范规范将此简化将此简化p p0 0e ec c（3-7)3-7)式中：式中：分别为第分别为第i i层、第层、第i-1i-1层的平均附加应力系数，层的平均附加应力系数，ss按按“简化分层总和法简化分层总和法”计算的地基沉降量；计算的地基沉降量；s s地基最终沉降量；地基最终沉降量；s沉降计算经验系数，查表沉降计算经验系数，查表32。注：当有多层土时，注：当有多层土时，EsEs（压缩模量当量值）。（压缩模量当量值）。由由L/bL/b、z/bz/b按按角点法角点法查表查表3 33(p62)3(p62)；第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降2、沉降计算深度、沉降计算深度zn1)1)按公式计算按公式计算确定确定当满足当满足时的时的z即为即为zn。在深度在深度zn处，向上取厚度为处，向上取厚度为z的计算变形量。的计算变形量。z查表查表31。2)2)当当b=1b=130m,30m,且无相邻荷载影响时且无相邻荷载影响时:第二节第二节 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算看例题！看例题！第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降例例3-23-2题题第二节第二节 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降三、三种特殊情况下的地基沉降计算三、三种特殊情况下的地基沉降计算三、三种特殊情况下的地基沉降计算三、三种特殊情况下的地基沉降计算1、薄压缩层地基、薄压缩层地基（3-7)3-7)2、地下水位下降、地下水位下降增加的自重应力即为附加应力！增加的自重应力即为附加应力！地面下沉量地面下沉量s为：为：第二节第二节 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降三、三种特殊情况下的地基沉降计算三、三种特殊情况下的地基沉降计算三、三种特殊情况下的地基沉降计算三、三种特殊情况下的地基沉降计算3、大面积地面堆载、大面积地面堆载cp2z第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降第三节 沉积土层的应力历史 前前(先先)期固结压力期固结压力天然土层在历史上所经受过的最大固结压天然土层在历史上所经受过的最大固结压力力 就叫前就叫前(先先)期固结压力期固结压力pc c。超固结比超固结比前前(先先)期固结压力期固结压力pc c与现有土层自重应力与现有土层自重应力P1 1的比值的比值 就叫超固结比就叫超固结比OCR。OCR11、正常固结土、正常固结土2、超固结土、超固结土3、欠固结土、欠固结土OCR1OCR=pc c/p1 1=1第四节第四节 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降一、饱和土的有效应力原理一、饱和土的有效应力原理(p31)二、饱和土的渗透固结二、饱和土的渗透固结(p67)式中：式中：当当当当t=0t=0，当当当当t=t=，结论：结论：饱和土的固结过程就是饱和土的固结过程就是孔隙水压力的消散和有效应力增长孔隙水压力的消散和有效应力增长的过程的过程。当当当当0 0t t ，三、地基沉降与时间的关系三、地基沉降与时间的关系三、地基沉降与时间的关系三、地基沉降与时间的关系式中：式中：式中：式中：s stt地基在某一时刻的沉降量；地基在某一时刻的沉降量；地基在某一时刻的沉降量；地基在某一时刻的沉降量；s s地基最终的沉降量。地基最终的沉降量。地基最终的沉降量。地基最终的沉降量。第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降当当当当t=0t=0，当当当当t=t=，固结度固结度固结度固结度UU的实质是反映地基中孔隙水压力的实质是反映地基中孔隙水压力的实质是反映地基中孔隙水压力的实质是反映地基中孔隙水压力u u的消散程度和的消散程度和的消散程度和的消散程度和有效应力有效应力有效应力有效应力 的增长程度：的增长程度：的增长程度：的增长程度：地基固结度地基固结度U：当当当当0 0t t，0 0UU100%100%，时间因数：时间因数：时间因数：时间因数：第三章第三章 土的压缩性及地基沉降土的压缩性及地基沉降太沙基一维固结理论：太沙基一维固结理论：(3-18)(3-18)即：即：即：即：为土层排水固结距离，当为单面排水时，取土为土层排水固结距离，当为单面排水时，取土为土层排水固结距离，当为单面排水时，取土为土层排水固结距离，当为单面排水时，取土层厚度；当为双面排水时，取土层厚度的一半。层厚度；当为双面排水时，取土层厚度的一半。层厚度；当为双面排水时，取土层厚度的一半。层厚度；当为双面排水时，取土层厚度的一半。土的竖向固结系数：土的竖向固结系数：土的竖向固结系数：土的竖向固结系数：