-土的壓縮性與地基沉降

1、第三章第三章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算是土力學(xué)的重點(diǎn)。許。許多建筑工程事故：多建筑工程事故：建筑物傾斜、建筑物嚴(yán)重下沉、墻體開(kāi)裂、基礎(chǔ)斷裂等，都是地基嚴(yán)重沉降或不均勻沉降造成的。 地基土層發(fā)生變形的地基土層發(fā)生變形的主要因素：內(nèi)因是土具有壓縮性；外因主要是建筑物荷載的作用。基本概念 1土的壓縮性大 土由固體礦物顆粒、水和氣體三相組成，土的壓縮性比其土由固體礦物顆粒、水和氣體三相組成，土的壓縮性比其他材料如鋼材、混凝土大得多。他材料如鋼材、混凝土大得多。 2地基土產(chǎn)生壓縮的原因 （1）外因 建筑物荷載作用；建筑物荷載作用； 地下水位大幅度下降，相

2、當(dāng)于施加大面積荷載。，相當(dāng)于施加大面積荷載。 施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)；，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)； 振動(dòng)影響，產(chǎn)生震沉；，產(chǎn)生震沉； 溫度變化影響，如凍融影響；，如凍融影響； 浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。，如黃土濕陷，填土下沉。 3-1 3-1 土的變形特性土的變形特性（2）內(nèi)因 固相礦物本身壓縮，極小，忽略不計(jì)；固相礦物本身壓縮，極小，忽略不計(jì)； 土中液相水的壓縮很小，忽略不計(jì)；土中液相水的壓縮很小，忽略不計(jì)； 土中土中孔隙的壓縮，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠出，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠出，使土的孔隙減小。使土的孔隙減小。 在在建筑物荷載作用下，土中孔隙壓縮，造成沉降。 3飽

3、和土體壓縮過(guò)程 飽和土的孔隙中全部充滿(mǎn)著水，土的壓縮與土孔隙中水的擠出，是同時(shí)發(fā)生的。土中的水從孔隙中擠出的過(guò)程稱(chēng)為土的滲流固結(jié)過(guò)程。 4蠕變的影響 粘性土是一種粘性土是一種彈塑性材料。材料。粘性土長(zhǎng)期受荷載作用下，變形隨時(shí)間而緩慢持續(xù)的現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變。這是土的又一特性。這是土的又一特性。 土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系 1土體中的應(yīng)力 (1）應(yīng)力的基本概念）應(yīng)力的基本概念 9個(gè)應(yīng)力分量 土體中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，可根土體中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，可根據(jù)所選定的直角坐標(biāo)據(jù)所選定的直角坐標(biāo)Ox，Oy，Oz， 用用三個(gè)法向應(yīng)力x，y，z和和 三對(duì)剪應(yīng)力xy=yx，yz=zy，xz =zx，一共六個(gè)，一共六個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分

4、量來(lái)表示。獨(dú)立的應(yīng)力分量來(lái)表示。 三、三、土中一點(diǎn)的應(yīng)力 剪應(yīng)力的腳標(biāo)前面一個(gè)表示剪應(yīng)力作用面的法線(xiàn)方向，后一個(gè)表示剪應(yīng)力的作用方向。 法向應(yīng)力的正負(fù) 土力學(xué)規(guī)定，土力學(xué)規(guī)定，以壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)。剪應(yīng)力的正負(fù) 在土力學(xué)規(guī)定，在土力學(xué)規(guī)定，以以外法線(xiàn)n與坐標(biāo)軸方向一致的面為基準(zhǔn)面，剪應(yīng)力的方向與坐標(biāo)方向相反者為正，與坐標(biāo)方向相同者為負(fù)。 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 飽和土的有效應(yīng)力原理飽和土的有效應(yīng)力原理 土的壓縮性土的壓縮性 地基最終沉降量的計(jì)算方法地基最終沉降量的計(jì)算方法根據(jù)試驗(yàn)說(shuō)明有效應(yīng)力原理根據(jù)試驗(yàn)說(shuō)明有效應(yīng)力原理uu總應(yīng)力；有效應(yīng)力； 孔隙水壓力有效應(yīng)力通過(guò)土骨架傳遞，使土體體積發(fā)生變

5、化?？紫端畨河行?yīng)力通過(guò)土骨架傳遞，使土體體積發(fā)生變化?？紫端畨毫νㄟ^(guò)孔隙中貫通的水傳遞，不會(huì)使土體的體積發(fā)生變化。力通過(guò)孔隙中貫通的水傳遞，不會(huì)使土體的體積發(fā)生變化。3-2 3-2 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理 ( (太沙基于太沙基于19361936年提出年提出) )有效應(yīng)力原理的推導(dǎo)有效應(yīng)力原理的推導(dǎo)A點(diǎn)的孔隙水壓力點(diǎn)的孔隙水壓力:A點(diǎn)的豎直總壓力點(diǎn)的豎直總壓力:根據(jù)有效性原理根據(jù)有效性原理:因此，有效應(yīng)力與地面水深的變化無(wú)關(guān)，水深的變因此，有效應(yīng)力與地面水深的變化無(wú)關(guān)，水深的變化不會(huì)引起土體變形?；粫?huì)引起土體變形。)(21hhw21hhsatw121222()wsatwwsatwuhhhh

6、hh一、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線(xiàn)（側(cè)限條件）一、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線(xiàn)（側(cè)限條件）首先介紹首先介紹室內(nèi)側(cè)限壓縮儀室內(nèi)側(cè)限壓縮儀。原理：根據(jù)不同荷載情況下計(jì)算試樣的孔隙原理：根據(jù)不同荷載情況下計(jì)算試樣的孔隙比變化。比變化。3-3 3-3 側(cè)限條件下的壓縮性側(cè)限條件下的壓縮性1、實(shí)驗(yàn)方法：、實(shí)驗(yàn)方法：l 分級(jí)施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定（0.1mm/h）；l 觀(guān)測(cè)每級(jí)荷載下壓縮量Hi；l 逐步加大荷載i（kPa）= 25， 50， 100， 200， 400， 800測(cè)定：豎向變形 Hi各級(jí)荷載作用下的ei 固結(jié)實(shí)驗(yàn)固結(jié)實(shí)驗(yàn) （側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)）（側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)）土樣初始高為土樣初始高為H0，孔隙比為，孔隙比為e0；

7、在荷載作用下，高度變?yōu)樵诤奢d作用下，高度變?yōu)镠0H，孔隙比為，孔隙比為e。 Vs=1 Vv=e。 Vv=e H。 H Vs=1eSHV1eHHeHeHHSV111)(得：(1)HeeeH2、孔隙比的計(jì)算：、孔隙比的計(jì)算：假設(shè)橫截面積為S 壓縮曲線(xiàn)壓縮曲線(xiàn) l e - 曲線(xiàn)：采用普通直角坐標(biāo)系繪制； l e - 曲線(xiàn)初始段較陡，隨后逐漸平緩；l 砂土較平緩，軟粘土較陡。l e lg 曲線(xiàn)： 采用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪制；l 實(shí)驗(yàn)研究表明：e lg 后半段接近直線(xiàn)。1、a稱(chēng)為壓縮系數(shù)。稱(chēng)為壓縮系數(shù)。a越越大，土的壓縮性越大。大，土的壓縮性越大。軟粘性土軟粘性土 密實(shí)砂土密實(shí)砂土2、從圖中看出同一試樣的、從圖

8、中看出同一試樣的a值并非常數(shù)，而與所取的值并非常數(shù)，而與所取的位置有關(guān)。位置有關(guān)。二、土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)二、土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù) 土的壓縮性大，孔隙比變化大，曲線(xiàn)比較陡；土土的壓縮性大，孔隙比變化大，曲線(xiàn)比較陡；土的壓縮性小，孔隙比變化小，曲線(xiàn)比較平緩。的壓縮性小，孔隙比變化小，曲線(xiàn)比較平緩。在圖中取在圖中取M1，M2點(diǎn)。點(diǎn)。壓力增量壓力增量 當(dāng)壓力變化范圍不大時(shí)，可將當(dāng)壓力變化范圍不大時(shí)，可將M1,M2曲線(xiàn)用割線(xiàn)曲線(xiàn)用割線(xiàn)來(lái)代替，其斜率為來(lái)代替，其斜率為 21eee)(100011221MPaaeetg12規(guī)范規(guī)范規(guī)定，取壓力規(guī)定，取壓力相應(yīng)的這段壓縮系數(shù)相應(yīng)的這段壓縮系數(shù) 作為土的壓

9、縮性的判斷作為土的壓縮性的判斷標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。12100,200kPakPa， 21a土的壓縮系數(shù)土的壓縮系數(shù)（MPa1）土的壓縮性土的壓縮性a a1-21-20.10.1低壓縮性低壓縮性0.10.1a1-20.50.5中壓縮性中壓縮性0.50.5a1-2高壓縮性高壓縮性壓縮指數(shù)：壓縮指數(shù)：12211221lglglgtaneeeeCclglglgcclgecc愈大，其壓縮性愈大，其優(yōu)點(diǎn)是 曲線(xiàn)有很大一段直線(xiàn)， 為一常數(shù)。例題例題2: 一厚為一厚為20m的粘土地基上建一建筑物，經(jīng)數(shù)的粘土地基上建一建筑物，經(jīng)數(shù)年，下沉停止，下沉量為年，下沉停止，下沉量為5.5cm，如果基礎(chǔ)的平均，如果基礎(chǔ)的平均壓力

10、為壓力為100kPa（施工前孔隙比（施工前孔隙比e。1），求該地），求該地基的壓縮系數(shù)。基的壓縮系數(shù)。解：解：1?100tan0021121221VsVveeeeekPaeea12151221105 . 5105 . 520005 . 521001MPakPaeea(1)HeeeH又三、側(cè)限壓縮模量三、側(cè)限壓縮模量 根據(jù)根據(jù) 曲線(xiàn)可得到另一個(gè)壓縮性指曲線(xiàn)可得到另一個(gè)壓縮性指標(biāo)標(biāo)側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量Es，其定義：土在完全側(cè)，其定義：土在完全側(cè)限條件下的豎向受壓應(yīng)力增量與應(yīng)變?cè)隽康南迼l件下的豎向受壓應(yīng)力增量與應(yīng)變?cè)隽康谋戎?。比值。e1221HHH121HHHz當(dāng)壓力從當(dāng)壓力從增到增到，相應(yīng)土樣高度從，相應(yīng)土樣高度從H1減小減小則則到到H2，壓縮量，壓縮量)(121121MPaHHHHHEs Es相似于鋼材的彈性模量，但又有本質(zhì)相似于鋼材的彈性模量，但又有本質(zhì)區(qū)別。區(qū)別。其一是壓縮模量是在側(cè)限條件下測(cè)定的，與其一是壓縮模量是在側(cè)限條件下測(cè)定的，與無(wú)側(cè)限條件下單向受力所測(cè)得的彈性模量相無(wú)側(cè)限條件下單向受力所測(cè)得的彈性模量相區(qū)別；區(qū)別；其二是土的壓縮模量不僅反映了土的彈性變其二是土的壓縮模量不僅反映了土的彈性變形，而且同時(shí)反映了土的塑性變形（又稱(chēng)永形，而且同時(shí)反映了土的塑性變形（又稱(chēng)永久變形或殘余變形），且是一個(gè)隨應(yīng)力而變久變形或殘余