第五章地基變形

1、 地基土在壓力作用下體積減小的特地基土在壓力作用下體積減小的特性。土體積縮小包括兩個方面：性。土體積縮小包括兩個方面： 土中水、氣從孔隙土中水、氣從孔隙中排出，使孔隙體積減小；中排出，使孔隙體積減小；土顆粒本身、土中水及土顆粒本身、土中水及封閉在土中的氣體被壓縮，很小可忽略不計。封閉在土中的氣體被壓縮，很小可忽略不計。土的壓縮隨時間增長的過程稱為固結。對土的壓縮隨時間增長的過程稱為固結。對于透水性大的無粘性土，其壓縮過程在很短時間內(nèi)就于透水性大的無粘性土，其壓縮過程在很短時間內(nèi)就可以完成。而透水性小的粘性土，其壓縮穩(wěn)定所需的可以完成。而透水性小的粘性土，其壓縮穩(wěn)定所需的時間要比砂土長得多。時間

2、要比砂土長得多。e -logp曲線曲線1、側限壓縮試驗、側限壓縮試驗2、變形表達式（孔隙比計算）、變形表達式（孔隙比計算）假定：受壓前后土粒體積不變、假定：受壓前后土粒體積不變、土樣橫截面面積不變。土樣橫截面面積不變。sHeHe000110001eHsee1sV1sV0V1eV eVV2s壓縮前壓縮前壓縮后壓縮后 3、繪制壓縮曲線、繪制壓縮曲線e-p曲線曲線logp-e e-p曲線愈陡曲線愈陡,說明土的壓縮性愈高。所以，曲線上說明土的壓縮性愈高。所以，曲線上任意一點的切線斜率任意一點的切線斜率a就表示了相應于壓力作用下土的就表示了相應于壓力作用下土的壓縮性：壓縮性：dpdea設壓力由設壓力由P

3、1增至增至P2，相應的，相應的孔隙比由孔隙比由e1減小到減小到e2，此時，此時，土的壓縮性可用割線土的壓縮性可用割線M1M2的斜率表示：的斜率表示： 1221tanppeepea式中：式中：a:土的壓縮系數(shù)，土的壓縮系數(shù)，p1：一般指土中自重應力；：一般指土中自重應力；p2：自重應力加附加應力；：自重應力加附加應力；e1：相應于：相應于p1下壓縮穩(wěn)定后的下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比；孔隙比；e2：相應于：相應于p2下壓縮穩(wěn)定后的下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比孔隙比。11aaMPkP 或 壓縮性評價壓縮性評價：為了便于應用和比較，通常采用壓力間隔由為了便于應用和比較，通常采用壓力間隔由akPp100akPp200

4、增加到增加到所得的壓縮系數(shù)所得的壓縮系數(shù)21來評定土的壓來評定土的壓縮性：縮性：a1-20.1 Mpa-1 屬屬壓縮性土。壓縮性土。0.1a1-230%時可近似地取第一項：時可近似地取第一項：VTzeU42281飽和土的有效應力和滲透固結飽和土的有效應力和滲透固結一維固結的幾種起始孔隙水壓力分布圖一維固結的幾種起始孔隙水壓力分布圖圖圖2-52 關系曲線關系曲線VzTU 為了便于實際應用，可按公式（為了便于實際應用，可按公式（2-108）繪制出如下）繪制出如下圖所示的圖所示的 關系曲線：關系曲線：VzTU 飽和土的有效應力和滲透固結飽和土的有效應力和滲透固結zz 起始孔隙水壓力梯形分布圖起始孔隙

5、水壓力梯形分布圖對右圖中起始孔隙水壓力對右圖中起始孔隙水壓力為梯形分布的解答：為梯形分布的解答：（a）中所示雙面排水情）中所示雙面排水情況，同樣可利用圖況，同樣可利用圖2-53中中曲線（曲線（1）計算。）計算。 對于（對于（b）中所示單）中所示單面排水情況，可利用疊加面排水情況，可利用疊加原理求解：原理求解：當當 時，可利用曲時，可利用曲線線求解：求解： 飽和土的有效應力和滲透固結飽和土的有效應力和滲透固結HEUSszztt222 HEUsUssZZzzt2 HEUSsztt1112zzzzzzzzUUU 21221tttsss 飽和土的有效應力和滲透固結飽和土的有效應力和滲透固結時zz zz

6、zzzzzzUUU 312可用曲線可用曲線（1）和（）和（3）求解：求解：當當13上述各式中上述各式中321,zzzUUU可根據(jù)相同的時間因素可根據(jù)相同的時間因素VT從從圖圖2-52中分別用曲線（中分別用曲線（1）、）、（2）、（）、（3）求取。）求取。 飽和土的有效應力和滲透固結飽和土的有效應力和滲透固結飽和土的有效應力和滲透固結飽和土的有效應力和滲透固結1.1一、三維應力狀態(tài)下土的變形和地基沉降的發(fā)展一、三維應力狀態(tài)下土的變形和地基沉降的發(fā)展 地表局部荷載作用下，地基土處于三維應力狀態(tài)，土中孔隙地表局部荷載作用下，地基土處于三維應力狀態(tài)，土中孔隙水的排出也是三維的?，F(xiàn)以圓形荷載中軸線上水的

7、排出也是三維的?，F(xiàn)以圓形荷載中軸線上M點的土單元體的點的土單元體的變形過程為例予以說明。變形過程為例予以說明。圓形荷載中心點下土的應力和變形圓形荷載中心點下土的應力和變形加荷瞬時，孔隙水來加荷瞬時，孔隙水來不及排出，故不及排出，故0VM點初始孔隙壓力點初始孔隙壓力增量為增量為u313AuA孔隙壓力系數(shù)?？紫秹毫ο禂?shù)。圓形荷載中心點下土的應力和變形圓形荷載中心點下土的應力和變形 飽和土在施荷瞬間雖然無從壓縮，但剪應力的增量卻使單飽和土在施荷瞬間雖然無從壓縮，但剪應力的增量卻使單元體立即發(fā)生元體立即發(fā)生剪切崎變剪切崎變，如下圖（，如下圖（b）中細線。隨著時間的消）中細線。隨著時間的消漸，土體因孔隙

8、水的排出而壓縮（固結）。當漸，土體因孔隙水的排出而壓縮（固結）。當 時，有時，有效應力由零增至固結終了時的效應力由零增至固結終了時的 ， 一樣是各一樣是各向相等的。所以土體在向相等的。所以土體在 的作用下各向均勻壓縮至下圖（的作用下各向均勻壓縮至下圖（b）的虛線所示。此時土的的虛線所示。此時土的體積應變?yōu)轶w積應變?yōu)椋簎tu和KEKKuKVVV21/310體積模量。體積模量。 滲透固結終止之后，土體在不變的有效應力作用下，仍可滲透固結終止之后，土體在不變的有效應力作用下，仍可極其緩慢地繼續(xù)蠕動變形而壓縮，這種壓縮稱為土的極其緩慢地繼續(xù)蠕動變形而壓縮，這種壓縮稱為土的次固結次固結。 綜上所述，三維

9、應力狀態(tài)下土的變形過程包括，瞬時發(fā)生綜上所述，三維應力狀態(tài)下土的變形過程包括，瞬時發(fā)生的剪切崎變、主固結和次固結三個分量：的剪切崎變、主固結和次固結三個分量：scdssss二、瞬時沉降的計算二、瞬時沉降的計算1110175. 0iiiiniidCzCzEpsC豎向變形豎向變形系數(shù)，是矩形系數(shù)，是矩形荷載面荷載面 L/b 和深寬比和深寬比z/b 以及泊松以及泊松比比 的函數(shù)的函數(shù)。 =0.5時的時的C值值曲線如右圖。曲線如右圖。Ei為土層彈性為土層彈性模量模量.三、固結沉降的計算三、固結沉降的計算以軸對稱的圓形荷載中心點下固結沉降為基礎推導如以軸對稱的圓形荷載中心點下固結沉降為基礎推導如下：下：

10、為了簡化，以側限條件下的豎向應變?yōu)榱撕喕?，以側限條件下的豎向應變 和壓縮模量和壓縮模量 代替式（代替式（2-116）中的體積應變）中的體積應變 和體積模量和體積模量 ，從，從而得：而得：zsEVKszEu這樣的簡化誤差小于這樣的簡化誤差小于20%，將式（，將式（3-28）的）的 代入，得：代入，得：uxzsxzxsszAAEAEAE1111313再假設地基土的參數(shù)和再假設地基土的參數(shù)和A不隨深度而變，則：不隨深度而變，則：zxszHHxzHszcAAAAEAdzAdzAEdzs111000式中：式中：dzAdzAHxHxzZ00和zx為附加應力為附加應力 和和 分布分布圖面積，按式（圖面積，按式（2-75），單向），單向壓縮沉降壓縮沉降 ，故上式，故上式改寫為：改寫為： 。 為固結為固結沉降修正系數(shù)。沉降修正系數(shù)。