第三節(jié)地基變形

1、第五章 土的壓縮性由于土是三相材料，在上部荷載作用下必然發(fā)生變形，變形的大小除與荷載的分布有關外，還與土層本身的壓縮性有關。地基基礎的沉降，特別是差異沉降必然在上部結構（超靜定結構）中產生附加應力，影響建筑物的安全。因此，進行地基設計時，必須計算上部荷載作用下的地基沉降，以便使沉降控制在允許范圍之內。本章主要講土的壓縮性及壓縮指標的測定方法，地基沉降的計算法，沉降與時間的關系。1 5-2 試驗及壓縮性指標一、土在三軸試驗中的應力應變關系1. 三軸試驗介紹三軸壓縮試驗，亦稱三軸剪切試驗，是測定土的應力應變關系和強度的一種常用室內試驗方法。所用試驗儀器如又圖所示。2試驗時將土切成直徑為38-50m

2、m，高為75-100mm的圓柱體，用簿橡皮膜套起來，裝到密封的壓力室中。先向壓力室內注水，給試件施加2 = 3的周壓力，并使它在試驗過程中保持不變；然后通過傳力桿對試件頂面分級施加豎向應力1，即偏差應力1- 3，同時測量每級壓力作用下的豎向變形，計算相應的應變1，得到(1 - 3) - 1應力應變關系曲線。3三軸試驗有三種類型，即固結排水試驗（簡稱排水試驗），固結不排水試驗，不固結不排水試驗（簡稱不排水試驗）。所謂固結，就是在施加周圍壓力2 = 3時打開排水閥門，讓土樣充分排水，直至變形穩(wěn)定。所謂排水就是在施加豎向應力1 = 1- 3時，打開排水閥門，并且加載速度要慢，保證在加載過程中不產生超

3、靜孔隙水壓力。4二、側限應力狀態(tài)下的應力應變關系（一）側限壓縮試驗也稱固結試驗。一般適用于粘性土。砂土因無法取得原狀試樣和壓縮性小而難以作側限壓縮試驗。1. 側限壓縮試驗簡介用金屬環(huán)刀(內徑6080mm，高20mm)從原狀土樣切取試件，將試件連同環(huán)刀裝入側限壓縮儀(固結儀)的護環(huán)內。如下頁圖4-4(教材P112頁圖4.2.1)所示。5應力狀態(tài)： x = y = 0即：x = y = K0 z 2. 壓縮曲線的獲取如右圖所示。 Vs0 = Vs = Vs = Vs0 土 樣圖4-4 壓縮試驗簡圖圖4-5 壓縮試驗中土樣孔隙比的變化6e = e0 - (1+e0) (4-1) 這樣，只要測得土樣在

4、各級壓力p作用下的穩(wěn)定壓縮量s后，就可以按上式計算出相應的孔隙比e，從而繪制土的壓縮曲線。p p5p1p3ttpe圖4-6 側限壓縮試驗曲線(b) 變形時間曲線 (c) 壓縮曲線e(a) 載荷時間曲線p1 p3 p57（二）e - p曲線及有關壓縮性指標1. 側限壓縮系數(shù) a 教材P121頁圖5-4所示，e - p曲線的割線斜率tan就是側限壓縮系數(shù)a，即：a tg (5-4)圖4-8 壓縮系數(shù)a的確定-8側限壓縮系數(shù)a反映了曲線的陡緩，表示單位壓力增量所導致的孔隙比的減小壓縮性，并且不是常數(shù)。為了便于比較，通常采用壓力由p1 = 100kPa增加到p2 = 200kPa時的壓縮系數(shù)a1-2來

5、評定土的壓縮性高低。a1-2 0.1MPa-1 低壓縮性0.1a1-2 0.5MPa-1 中壓縮性土a1-2 0.5MPa-1 高壓縮性土2. 體積壓縮系數(shù)mv (5-8) 93. 側限壓縮模量Es Es = z /z = p /z = (1+ e1) / a (5-7) = 1 / mv (5-8)4. 變形模量E它相當于彈性理論中的彈性模量，即土樣在無側限條件下的應力增量與應變增量之比，也就是單軸壓縮時的應力與應變之比。如前所述，由于土的變形中含有不可恢復的非彈性變形，加載與卸載時的模量E不等等原故，在土力學中不稱彈性模量而叫變形模量。(教材P122頁)105. 變形模量E與壓縮模量Es的

6、關系 若x、y 0，那么：對于一般應力狀態(tài)：z=z /E- (x+y)/E 對于側限狀態(tài)：x = y = K0z = z z = ( )z故 E = ( ) z / z = ( )Es = Es因為 E即：側限時土的剛度大于無側限時土的剛度。 (教材P133頁 )11（三）elg p曲線及其相應的壓縮性指標1. e lg p曲線的特點如右圖（教材P121頁圖5-5）所示，土的半對數(shù)壓縮曲線的后段有很長的一段是近似的直線。Cc = -e / (lgp) = (e1- e2) /(lg p2- lg p1) = -e / lg(p2 /p1) (5-5)土的elg p曲線及壓縮指數(shù)eCcCelg

7、p該直線的斜率就稱為土的壓縮指數(shù)Cc 。12壓縮指數(shù)Cc表示壓力變化一個對數(shù)周期（10倍）所引起的孔隙比的變化，與壓縮系數(shù) a 一樣，壓縮指數(shù) Cc 越大，土的壓縮性越高。低壓縮性土的 Cc 值一般小于0.2，高壓縮性土的 Cc 值一般大于0.4。在卸載再加載曲線上，卸載段和再加載段的平均斜率稱為土的再壓縮指數(shù)或回彈指數(shù)Ce。對粘土來講，Ce (1/5 -1/10)Cc 132. 原狀土的現(xiàn)場壓縮曲線和室內壓縮曲線我們通常得到的均為室內壓縮曲線 從現(xiàn)場取來的試樣，有卸載和擾動問題，原狀土在原位現(xiàn)場受壓有一個壓縮曲線，它是客觀存在的，但我們卻無法直接得到。abc 原位壓縮曲線；bgb 取樣回彈曲

8、線；bgc 室內壓縮曲線 書圖5-7 原位壓縮曲線和再壓縮曲線h abcgbppc143. 用e-log p曲線確定先期固結壓力pc（卡薩格蘭德，Casagrande 法） 教材P125頁所示。 書圖5-9 Casagrande圖解法確定pc(1) 找出最大曲率點(即曲率半徑最小的點)A；(2) 過A點作水平線A1和切線A2；(3) 作1A2的角平分線A3；(4) 將末尾直線段向上延長交A3線于B點。B點所對應的p為先期固結壓力pc 。154. 沉積土層按先期固結壓力的分類（教材p124） 從取樣現(xiàn)場確定試樣現(xiàn)在的自重應力 p1 = i hi (i ) 根據(jù) p1 與 pc 的關系可將天然土體分為以下三種類型：如果 pc = p1，稱為正常固結土；如果pc p1，稱為超固結土；如果pc 1.0的土就是超固結土，而OCR 1.0的土就是欠固結土欠固結土就是土層在目前的自重應力作用下尚未完成固結5. 現(xiàn)場初始壓縮曲線的推求現(xiàn)場初始壓縮曲線既不知道，也不易測量，但可以用Casagrande方法近似推求：17書圖5-11 正常固結土的原始壓縮曲線推求1) 正常固結土如右圖(教材P126圖5-11)所示。 假設條件：1、取樣過程中無回彈, eo代表現(xiàn)場原位( p1)孔隙比； 2、e = 0.42eo時，試樣不