項目3地基變形的計算3-1

1、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系1項目三項目三 地基變形的計算地基變形的計算土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系2任務(wù)任務(wù)3-1 土的壓縮性土的壓縮性一、理論知識一、理論知識土的壓縮性土的壓縮性土壓縮的土壓縮的3個原因個原因：1. 土的固體顆粒被壓縮土的固體顆粒被壓縮2.土中水與封閉空氣被壓縮土中水與封閉空氣被壓縮3.土中孔隙水和氣體被擠出，在這一過程中，顆粒土中孔隙水和氣體被擠出，在這一過程中，顆粒間產(chǎn)生相對移動，重新排列并互相擠緊。間產(chǎn)生相對移動，重新排列并互相擠緊。土的壓縮性有兩個特點土的壓縮性有兩個特點： 1.土壓縮的主要土壓縮的主要原因是土中孔隙減少原因是土中孔隙

2、減少(原因原因3)。 2.土體完成壓縮過程需要時間。土體完成壓縮過程需要時間。土的固結(jié)土的固結(jié)土的壓縮隨時間增長的過程。土的壓縮隨時間增長的過程。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系3 （1）側(cè)限壓縮）側(cè)限壓縮 實驗設(shè)備為固結(jié)儀：實驗設(shè)備為固結(jié)儀： 1 1固結(jié)試驗及壓縮性指標(biāo)固結(jié)試驗及壓縮性指標(biāo)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系4土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系5土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系6土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系7土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系8試驗方法試驗方法：加荷載，讓土樣在逐級增加的壓力（加荷載，讓土樣在

3、逐級增加的壓力（5050、100100、200200、300300、400kPa)400kPa)作用發(fā)生豎向作用發(fā)生豎向壓縮（壓縮（而無側(cè)向變形而無側(cè)向變形）。測定各級壓力）。測定各級壓力作用下土樣高度的變化值作用下土樣高度的變化值s s，即壓縮量。，即壓縮量。將壓縮量換算成每級荷載后土樣的孔隙將壓縮量換算成每級荷載后土樣的孔隙比比e e。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系9土樣壓縮后體積變化示意圖土樣壓縮后體積變化示意圖hiVvVv土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系10 根據(jù)示意圖，因根據(jù)示意圖，因Vs不變化，不變化， 如果設(shè)如果設(shè) Vs =1 =1，則則 壓縮前壓縮前

4、Vv= = e0 ?Vs = =e0 ?1 = =e0 總體積總體積 h0?A=1 + 1 + e0 壓縮后壓縮后 Vv= = e ?Vs = =e ?1 = =e0 總體總體 積積 h?A=1 + 1 + e 經(jīng)整理得到關(guān)系式：經(jīng)整理得到關(guān)系式： (1+ (1+ e0)/ )/h h0 0= (1+ (1+ e)/ )/h h e = ( (h h0 0 h i)(1+ )(1+ e0)/ )/ h h0 0 1 1 e=e0 h i （1 + 1 + e0 ）/h/h0 0土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系11式中式中, ,h hi i( (也用也用h hi i表示表示) )各級

5、壓力各級壓力p p作作用下的穩(wěn)定壓縮量，用下的穩(wěn)定壓縮量，mm mm ；h hi i = h= h0 0h h h h0 0土樣的初始高度，土樣的初始高度，mmmm h h經(jīng)某級荷載壓縮后的土樣經(jīng)某級荷載壓縮后的土樣 高度，高度，mmmm e e0 0土的初始孔隙比土的初始孔隙比 e e經(jīng)某級荷載壓縮后土的孔隙比經(jīng)某級荷載壓縮后土的孔隙比土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系12土的壓縮曲線土的壓縮曲線根據(jù)根據(jù)P與與e的對應(yīng)關(guān)系，則可整理成，的對應(yīng)關(guān)系，則可整理成，e-p壓縮曲線壓縮曲線或或e-logp壓縮曲線：壓縮曲線：土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系13壓縮壓縮系數(shù)系數(shù):

6、 :=tan=(e=tan=(e1 1-e-e2 2)/(P)/(P2 2-P-P1 1) ) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系14式中，式中， 壓縮系數(shù)，壓縮系數(shù)，MPaMPa-1-1 P P1 1地基計算深度處土的地基計算深度處土的自重應(yīng)力自重應(yīng)力 czcz，MPaMPa。一般取。一般取P P1 1=100kPa=100kPa P P2 2地基計算深度處土的地基計算深度處土的自重應(yīng)力與自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和附加應(yīng)力之和，MPa.MPa.一般取一般取P P2 2=200kPa=200kPa e e1 1、e e2 2 e ep p曲線上相應(yīng)于曲線上相應(yīng)于P P1 1、P P2 2

7、的孔隙比的孔隙比 往或往記作往或往記作 0.1- 0.20.1- 0.2或或 1- 21- 2土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系15 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a a1 1- -2 2來評定土的壓縮性：來評定土的壓縮性： a a1-2 1-2 0.1MPa-1 時，時， 屬于低壓縮性土屬于低壓縮性土 0.1 0.1 MPa-1 a a1-2 1-2 s 15 MPa時，為低壓縮性土?xí)r，為低壓縮性土土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系17 2.2.現(xiàn)場荷載試驗及變形模量現(xiàn)場荷載試驗及變形模量 （1 1）現(xiàn)場荷載試驗（土壓縮性的原位測試）現(xiàn)場荷載試驗（土壓縮性的原位測試） 室內(nèi)有側(cè)限的壓縮

8、試驗不能準(zhǔn)確地反映土層的室內(nèi)有側(cè)限的壓縮試驗不能準(zhǔn)確地反映土層的實際情況，因此，可在現(xiàn)場進(jìn)行原位載荷試驗，實際情況，因此，可在現(xiàn)場進(jìn)行原位載荷試驗，某條件近似無側(cè)限壓縮。載荷試驗結(jié)果可以繪某條件近似無側(cè)限壓縮。載荷試驗結(jié)果可以繪制壓力制壓力P P與變形量與變形量s s的關(guān)系和變形量的關(guān)系和變形量s s與時間與時間T T的的關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。 從載荷試驗結(jié)果可看出，一般土地基的變形可從載荷試驗結(jié)果可看出，一般土地基的變形可分為三個不同階段：分為三個不同階段：土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系18 原位測試裝置原位測試裝置土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系19原位測試結(jié)果：原

9、位測試結(jié)果：p ps s曲線圖曲線圖土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系201 1壓密變形階段：相當(dāng)于曲線壓密變形階段：相當(dāng)于曲線oaoa段，段，s-ps-p的關(guān)系近直線，此階段變形主要的關(guān)系近直線，此階段變形主要是土的孔隙體積被壓縮而引起土粒發(fā)是土的孔隙體積被壓縮而引起土粒發(fā)生垂直方向為主的位移，稱壓密變形。生垂直方向為主的位移，稱壓密變形。地基土在各級荷載作用下變形，是隨地基土在各級荷載作用下變形，是隨著時間的增長而趨于穩(wěn)定。著時間的增長而趨于穩(wěn)定。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系212 2剪切變形階段：相當(dāng)于曲線剪切變形階段：相當(dāng)于曲線的的abab段，段，s-ps-p

10、的關(guān)系不再保持直的關(guān)系不再保持直線關(guān)系，而是隨著線關(guān)系，而是隨著p p的增大，的增大，s s的的增大逐漸加大。此階段變形是在增大逐漸加大。此階段變形是在壓密變形的同時，地基土中局部壓密變形的同時，地基土中局部地區(qū)的剪應(yīng)力超過土的抗剪強(qiáng)度，地區(qū)的剪應(yīng)力超過土的抗剪強(qiáng)度，而引起土粒之間相互錯動的位移，而引起土粒之間相互錯動的位移，稱剪切變形，也稱塑性變形。稱剪切變形，也稱塑性變形。地基由壓密變形階段過渡到局部地基由壓密變形階段過渡到局部剪切變形階段的臨界荷載，稱為剪切變形階段的臨界荷載，稱為地基土的臨塑荷載或比例界限壓地基土的臨塑荷載或比例界限壓力。力。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系

11、22 3 3完全破壞階段：塑性變形區(qū)的不完全破壞階段：塑性變形區(qū)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致地基穩(wěn)定性的逐漸降低，斷發(fā)展，導(dǎo)致地基穩(wěn)定性的逐漸降低，而且趨向完全破壞階段。即而且趨向完全破壞階段。即b b點以下點以下的一段。地基達(dá)到完全破壞時的臨界的一段。地基達(dá)到完全破壞時的臨界荷載，稱為地基的極限荷載。相當(dāng)荷載，稱為地基的極限荷載。相當(dāng)b b的壓力。因此，在實際設(shè)計工作中，的壓力。因此，在實際設(shè)計工作中，若作用在基礎(chǔ)底面每單位面積的壓力若作用在基礎(chǔ)底面每單位面積的壓力不超過地基土的臨塑荷載，則一般能不超過地基土的臨塑荷載，則一般能保證地基的穩(wěn)定和不致產(chǎn)生過大的變保證地基的穩(wěn)定和不致產(chǎn)生過大的變形，確保建筑

12、物的安全和正常使用。形，確保建筑物的安全和正常使用。故常選用臨塑荷載作為地基土的允許故常選用臨塑荷載作為地基土的允許承載力承載力。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系23 現(xiàn)場試驗操作要點：現(xiàn)場試驗操作要點： A A荷載板的底面積為荷載板的底面積為0.25-0.50.25-0.5平米平米 B B加荷等級不少于加荷等級不少于8 8級級 C C每級加荷后，按間隔每級加荷后，按間隔1010、1010、1515、1515、3030、3030讀取沉降量。讀取沉降量。 D D對于每級荷載，當(dāng)連續(xù)對于每級荷載，當(dāng)連續(xù)2 2小時內(nèi)，每小時的沉降量小小時內(nèi)，每小時的沉降量小于于0.1mm0.1mm時，可

13、加下一級荷載時，可加下一級荷載 E E當(dāng)出現(xiàn)一下情況時即可終止加載：當(dāng)出現(xiàn)一下情況時即可終止加載： 荷載板周圍土明顯側(cè)向擠出或產(chǎn)生裂紋；荷載板周圍土明顯側(cè)向擠出或產(chǎn)生裂紋； 沉降量急劇增大，沉降量急劇增大，P-SP-S曲線出現(xiàn)陡降段：曲線出現(xiàn)陡降段： 在某一級荷載下，在某一級荷載下，2424小時沉降未能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；小時沉降未能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)； S/b0.06S/b0.06土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系24 （2 2）變形模量）變形模量E EOO 選取選取P-SP-S曲線直線段求出變形模量曲線直線段求出變形模量E EOO公式公式（略）（略） E EO O =Pb(1-=Pb(1-

14、2 2) )/S/S 式中，式中，P P直線段的荷載強(qiáng)度。直線段的荷載強(qiáng)度。kPakPa S S 相應(yīng)于相應(yīng)于P P的沉降量的沉降量 b b 荷載板的寬度或直徑荷載板的寬度或直徑 土的泊松比，砂土取土的泊松比，砂土取0.20.250.20.25，粘性土取粘性土取0.250.450.250.45 沉降影響系數(shù)，方形板沉降影響系數(shù)，方形板0.880.88，圓，圓形板形板0.790.79 （3 3）變形模量與壓縮模量的關(guān)系）變形模量與壓縮模量的關(guān)系 E EO O = = E Es s 式中，式中， =1 - 2 =1 - 2 2 2/(1- /(1- 2 2 ) )土力學(xué)與地基基礎(chǔ)魏丹丹硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建系25 3.3.土的應(yīng)力歷史土的應(yīng)力歷史（略）（略） 土的應(yīng)力歷史是指土層在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中土的應(yīng)力歷史是指土層在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中所形成的先期應(yīng)力狀態(tài)以及這個狀態(tài)對土層與所形成的先期應(yīng)力狀態(tài)以及這個狀態(tài)對土層與變形的影響變形的影響 （1 1）先期固結(jié)壓力）先期固結(jié)壓力 土層在歷史上曾經(jīng)受過的最大固結(jié)壓力（土層在歷史上曾經(jīng)受過的最大固結(jié)壓力（PcPc） （2 2）土的固結(jié)狀態(tài)）土的固結(jié)狀態(tài) 自重應(yīng)力自重應(yīng)力= Pc= Pc，為正常固結(jié)土；，為正常固結(jié)土； 自重應(yīng)力自重應(yīng)力 Pc Pc，為超固結(jié)土；