工程地質與土力學---4土的壓縮性與地基沉降計算講述

1、第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算4.1 地基中的應力地基中的應力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標4.3 地基沉降的計算方法（1 1）自重應力）自重應力*豎向自重應力豎向自重應力 *水平向自重應力水平向自重應力 ：czcycxK0（2 2）基底壓力）基底壓力 考慮建筑物上部結構的重量、基礎的重量以及回填土的重量：考慮建筑物上部結構的重量、基礎的重量以及回填土的重量：（3 3）基底附加壓力）基底附加壓力 基礎理置深度為基礎理置深度為d，基底標高以上天然土層按分層厚度取加權重度：，基底標高以上天然土層按分層厚度取加權重度：AFFFp321dpp00第第4章章 土的壓縮性與地

2、基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算4.1 地基中的應力地基中的應力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標4.3 地基沉降的計算方法（4 4）地基中的附加應力）地基中的附加應力 第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算4.1 地基中的應力地基中的應力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標4.3 地基沉降的計算方法222/5253)/(112323zPKzPzrRzPz討論討論：*r=0*z=const*r=const第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算4.1 地基中的應力地基中的應力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標4.3 地基沉降的計算方法布辛涅斯克（布辛涅斯克（184

3、218421929)1929)是一位非同凡響的法國力學家、物理學家和是一位非同凡響的法國力學家、物理學家和數學家，對水動力學、振動力學、光學和熱學理論做出過杰出貢獻。數學家，對水動力學、振動力學、光學和熱學理論做出過杰出貢獻。18721872年至年至18861886年任里爾大學科學系教授，講授微積分。年任里爾大學科學系教授，講授微積分。18861886年至年至19181918年退休前任巴黎科學院的力學教授。年退休前任巴黎科學院的力學教授。18341834年英國拉塞爾（年英國拉塞爾（J.S.RussellJ.S.Russell）實驗觀察到了孤立波，）實驗觀察到了孤立波，18441844年在英年在

4、英國科學進展協會的會議上報告了他的結果；此后遭到權威學者艾里、斯國科學進展協會的會議上報告了他的結果；此后遭到權威學者艾里、斯托克斯等的非議；托克斯等的非議；18711871年，年，BoussinesqBoussinesq第一個提出數學理論，支持第一個提出數學理論，支持RussellRussell實驗觀察；實驗觀察；18761876年，瑞利爵士（年，瑞利爵士（Lord RayleighLord Rayleigh）也建立了支持）也建立了支持RussellRussell實驗觀察的數學理論，在他的論文末尾，實驗觀察的數學理論，在他的論文末尾，RayleighRayleigh承認了承認了Boussin

5、esqBoussinesq理論提出在先。理論提出在先。18771877年，年，BoussinesqBoussinesq提出了淺水長波近似，建立了著名的提出了淺水長波近似，建立了著名的BoussinesqBoussinesq方方程，此后得到了廣泛的應用和推廣。程，此后得到了廣泛的應用和推廣。18771877年，年，BoussinesqBoussinesq在他的論文在他的論文“ThorieThorie de de lcoulementlcoulement TourbillantTourbillant” ” （MemMem. . PrsentsPrsents par Divers Savants A

6、cad. Sci. par Divers Savants Acad. Sci. Inst. Fr., Vol. 23, pp. 46-50Inst. Fr., Vol. 23, pp. 46-50）中首次提出湍流渦粘度假設，）中首次提出湍流渦粘度假設，18971897年，他出版了年，他出版了ThorieThorie de l de l coulementcoulement tourbillonnanttourbillonnant et et tumultueuxtumultueux des des liquidesliquides，這一著作對湍流和水動力學做出了巨大貢，這一著作對湍流和水動力學

7、做出了巨大貢獻。經查，湍流（獻。經查，湍流（turbulenceturbulence）這個名詞的提出多半應歸功于）這個名詞的提出多半應歸功于BoussinesqBoussinesq。此外，此外，BoussinesqBoussinesq還對小密度差分層流中的浮力驅動流提出了著名的還對小密度差分層流中的浮力驅動流提出了著名的BoussinesqBoussinesq近似，在計及浮力的情況下，提出了簡捷可靠的理論。他在近似，在計及浮力的情況下，提出了簡捷可靠的理論。他在彈性力學、巖土力學等方面也有卓越貢獻。彈性力學、巖土力學等方面也有卓越貢獻。由于由于BoussinesqBoussinesq在流體力學

8、的多個領域里都有貢獻，至今很多流體力學在流體力學的多個領域里都有貢獻，至今很多流體力學著作中不能不提及他。例如，僅著作中不能不提及他。例如，僅BoussinesqBoussinesq近似就有三種，分別涉及淺近似就有三種，分別涉及淺水波、渦粘度和浮力流（現在大多專指關于浮力流中的近似）。水波、渦粘度和浮力流（現在大多專指關于浮力流中的近似）。（5 5）地基中附加應力分布的相關問題探討）地基中附加應力分布的相關問題探討*z等值線（空間應力泡）等值線（空間應力泡） *x等值線等值線 *xz等值線等值線 地基土的側向變形地基土的側向變形 基礎邊緣下的地基土基礎邊緣下的地基土 主要發(fā)生于淺層主要發(fā)生于淺

9、層 易于發(fā)生剪切破壞易于發(fā)生剪切破壞 *應力疊加應力疊加 *雙層地基的附加應力分布雙層地基的附加應力分布: 上軟下硬：應力集中上軟下硬：應力集中 上硬下軟：應力擴散上硬下軟：應力擴散 第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算4.1 地基中的應力地基中的應力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標4.3 地基沉降的計算方法（1）壓縮量的組成壓縮量的組成固體顆粒的壓縮固體顆粒的壓縮土中水的壓縮土中水的壓縮空氣的排出空氣的排出水的排出水的排出忽略不計忽略不計主要組成部分主要組成部分土的固結：土的固結：土土體在壓力作用下，體在壓力作用下，壓縮量隨時間增壓縮量隨時間增長的過程長的過程粘性土粘性

10、土-透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出-需要長時間壓縮需要長時間壓縮-穩(wěn)定穩(wěn)定第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算4.1 地基中的應力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標土的壓縮性及壓縮性指標4.3 地基沉降的計算方法（2）土的側限壓縮試驗）土的側限壓縮試驗土樣橫斷面積-A土樣初始高度-H1土樣受壓變形穩(wěn)定后高度-H2土樣的壓縮量-S=H1- H2土樣受壓前的孔隙比-e1土樣受壓后的孔隙比-e2ssVVsVvVsVVAHHHe1221111HeHe+H1=H2+S )1(1112eHSee 因此，改變因此，改變荷載荷載p將對應不同將對應不同的壓縮量的壓縮量S，進而，進而

11、得到相應不同的得到相應不同的孔隙比孔隙比e。最終得。最終得到到e-p關系，即土關系，即土的壓縮曲線的壓縮曲線 ：第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算4.1 地基中的應力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標土的壓縮性及壓縮性指標4.3 地基沉降的計算方法（1）分層總和法）分層總和法*繪制基礎中心點下（地基中）的繪制基礎中心點下（地基中）的 自重應力和附加應力分布曲線自重應力和附加應力分布曲線*確定地基沉降計算的深度確定地基沉降計算的深度Zn 一般為一般為z=0.2cz處；處； 軟土軟土z=0.1cz處；處； 有基巖時到基巖面。有基巖時到基巖面。* 不同土層的分界面；不同土層的分

12、界面； 地下水位面；地下水位面； 單一分層厚度單一分層厚度0.4B。*isniiSS1第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算4.1 地基中的應力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標4.3 地基沉降的計算方法地基沉降的計算方法（2）沉降分析中的若干問題）沉降分析中的若干問題粘性土沉降的三個組成部分粘性土沉降的三個組成部分 土的應力歷史土的應力歷史 土的回彈與再壓縮土的回彈與再壓縮瞬時沉降（初始沉降）Sd p0=pc，正常固結 卸荷再壓縮階段土的固結沉降（主沉降）Sc p0pc，欠固結（新近沉積或人工填土） 第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性與地基沉降計算4.1 地基中

13、的應力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標4.3 地基沉降的計算方法地基沉降的計算方法Kaiser EffectKaiser Effect 二十世紀二十世紀五十年代初，德國科學家五十年代初，德國科學家Joseph Kaiser在所作的研究工作中觀察到，銅、在所作的研究工作中觀察到，銅、鋅、鋁、鉛、錫、鋅、鋁、鉛、錫、黃銅黃銅、鑄鐵鑄鐵和鋼等金屬和合金在形變過程中都有和鋼等金屬和合金在形變過程中都有聲發(fā)射聲發(fā)射現象。他提出現象。他提出了材料形變了材料形變聲發(fā)射聲發(fā)射的不可逆效應，即：對材料進行反復卸加載試驗時，材料在超過先前的不可逆效應，即：對材料進行反復卸加載試驗時，材料在超過先前所施加的應力級之前不出現可探測到的所施加的應力級之前不出現可探測到的聲發(fā)射聲發(fā)射?，F在人們稱材料的這種不可逆現象為?，F在人們稱材料的這種不可逆現象為 Ka