6土的壓縮性和地基沉降計算ppt課件

1、第五、六章土的壓縮性和地基變形第五、六章土的壓縮性和地基變形5.1 土的壓縮性6.2 地基最終沉降量6.5 地基變形與時間的關系5.1 土的壓縮性土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性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占總壓縮量的占總壓縮量的1/4001/400不到，不到，忽略不計忽略不計壓縮量主要組成部分壓縮量主要組成部分闡明：土的壓縮被認為只是由于孔隙體積減小的結果闡明：土的壓縮被認為只是由于孔隙體積減小的結果無粘性土無粘性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，

2、水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間土的固結：土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過土的固結：土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程程一、壓縮試驗一、壓縮試驗研究土的壓縮性大小及其特征的室內試驗方法，亦稱研究土的壓縮性大小及其特征的室內試驗方法，亦稱固結試驗固結試驗三聯固結儀三聯固結儀剛性護環(huán)剛性護環(huán)加壓活塞加壓活塞透水石透水石環(huán)刀環(huán)刀底座底座透水石透水石土樣土樣荷載荷載留意：土樣在豎直留意：土樣在豎直壓力作用下，由于壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護環(huán)的環(huán)刀和剛性護環(huán)的限制，只產生豎向限制，只產生豎向壓

3、縮，不產生側向壓縮，不產生側向變形變形1.壓縮儀示意圖壓縮儀示意圖2.e-p曲線曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土樣在壓縮前后變土樣在壓縮前后變形量為形量為s s，整個過，整個過程中土粒體積和底程中土粒體積和底面積不變面積不變eHeH11100土粒高度在受土粒高度在受壓前后不變壓前后不變)1(000eHsee整理整理1)1(000wswGe其中其中根據不同壓力根據不同壓力p p作用下，達到穩(wěn)定的孔隙比作用下，達到穩(wěn)定的孔隙比e e，繪制，繪制e-pe-p曲線，曲線，為壓縮曲線

4、為壓縮曲線pe0eppee-p曲線二、壓縮性指標二、壓縮性指標壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高根據壓縮曲線可以得到三個壓縮性指標根據壓縮曲線可以得到三個壓縮性指標n1.1.壓縮系數壓縮系數a an2.2.壓縮模量壓縮模量Es Es n3.3.變形模量變形模量E0E0曲線曲線A A曲線曲線B B曲線曲線A A壓縮性曲線壓縮性曲線B B壓縮性壓縮性1.壓縮系數壓縮系數a土體在側限條件下孔隙比減少量與豎向壓應力增量的比值土體在

5、側限條件下孔隙比減少量與豎向壓應力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線pe利用單位壓力增量所引起利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓得孔隙比改變表征土的壓縮性高低縮性高低pea d d在壓縮曲線中，實際采在壓縮曲線中，實際采用割線斜率表示土的壓用割線斜率表示土的壓縮性縮性1221 ppeepea規(guī)范規(guī)范 用用p1p1100kPa100kPa、 p2 p2200kPa200kPa對應的壓縮系數對應的壓縮系數a1-2a1-2評價土的壓縮性評價土的壓縮性n a1-20.1MPa-1低壓縮性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中壓縮性土n a1-20.5MPa-1高壓縮

6、性土1221 ppeepea斜斜率率2.壓縮模量壓縮模量Es土在側限條件下豎向壓應力與豎向總應變的比值，或稱為土在側限條件下豎向壓應力與豎向總應變的比值，或稱為側限模量側限模量aeEs11闡明：土的壓縮模量闡明：土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數與土的的壓縮系數a成反比，成反比， Es愈愈大，大， a愈小，土的壓縮性愈低愈小，土的壓縮性愈低n3.變形模量變形模量E0土在無側限條件下豎向壓應力與豎向總應變的比值。土在無側限條件下豎向壓應力與豎向總應變的比值。變形模量與壓縮變形模量與壓縮模量之間關系模量之間關系sEE0其中其中1212土的泊松比，土的泊松比，一般一般0 00.50.5之間之間6.2

7、地基最終沉降量計算一、分層總和法一、分層總和法地基最終沉降量地基變形穩(wěn)定后基礎底面的沉降量地基最終沉降量地基變形穩(wěn)定后基礎底面的沉降量1.基本假設基本假設地基是均質、各向同性的半無限線性地基是均質、各向同性的半無限線性變形體，可按彈性理論計算土中應變形體，可按彈性理論計算土中應力力在壓力作用下，地基土不產生側向變在壓力作用下，地基土不產生側向變形，可采用側限條件下的壓縮性指形，可采用側限條件下的壓縮性指標標 為了彌補假定為了彌補假定所引起誤差，取所引起誤差，取基底中心點下的基底中心點下的附加應力進行計附加應力進行計算，以基底中點算，以基底中點的沉降代表基礎的沉降代表基礎的平均沉降的平均沉降2.

8、單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載，豎向應力增加，孔隙比相應荷載，豎向應力增加，孔隙比相應減小，土層產生壓縮變形，沒有側減小，土層產生壓縮變形，沒有側向變形。向變形。p可壓縮土層可壓縮土層H1H0s土層豎向應力由土層豎向應力由p1p1增加到增加到p2p2，引起孔隙比從，引起孔隙比從e1e1減小減小到到e2e2，豎向應力增量為，豎向應力增量為p p1121211HeeeHHs1221 ppeepea由于由于所以所以11121)(1HEpHppeass3.3.單向壓縮分層總和法單向壓縮分層總和法分別計算基礎中心點下地基中

9、各個分分別計算基礎中心點下地基中各個分層土的壓縮變形量層土的壓縮變形量si,si,基礎的平基礎的平均沉降量均沉降量s s等于等于sisi的總和的總和ininiiiHss11i第i層土的壓縮應變4.4.單向壓縮分層總和法計算步驟單向壓縮分層總和法計算步驟siiiiiiiiiiEpeppaeee1121211)(1e1i由第i層的自重應力均值從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比 e2i由第i層的自重應力均值與附加應力均值之和從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比ni土的壓縮應變n1.1.繪制基礎中心點下地基中自重應力和附加應力分布曲繪制基礎中心點下地基中自重應力和附加應力分布曲線線n2.2.確定地基沉降計算

10、深度確定地基沉降計算深度n3.3.確定沉降計算深度范圍內的分層界面確定沉降計算深度范圍內的分層界面n4.4.計算各分層沉降量計算各分層沉降量n5.5.計算基礎最終沉降量計算基礎最終沉降量繪制基礎中心點下地基中自繪制基礎中心點下地基中自重應力和附加應力分布曲線重應力和附加應力分布曲線n確定基礎沉降計算深度確定基礎沉降計算深度 一般取附加應力與自重應一般取附加應力與自重應力的比值為力的比值為2020處，即處，即z=0.2cz=0.2c處的深度作為沉處的深度作為沉降計算深度的下限降計算深度的下限n確定地基分層確定地基分層1.1.不同土層的分界面與地下水位不同土層的分界面與地下水位面為天然層面面為天然

11、層面2.2.每層厚度每層厚度hi 0.4bhi 0.4bn計算各分層沉降量計算各分層沉降量 根據自重應力、附加應力曲線、根據自重應力、附加應力曲線、e-pe-p壓縮曲線計算任一分層沉降量壓縮曲線計算任一分層沉降量 對于軟土，應該取對于軟土，應該取z=0.2cz=0.2c處，若沉降深度處，若沉降深度范圍內存在基巖時，計算至范圍內存在基巖時，計算至基巖表面為止基巖表面為止n計算基礎最終沉降量計算基礎最終沉降量iiiiiheees1211 niiss1d地基沉降計算深度地基沉降計算深度cc線線zz線線二、規(guī)范二、規(guī)范 法法n由由 法計算法計算1. c 1. c 、zz分布及分布及p0p0計算值見分層

12、總和法計算過程計算值見分層總和法計算過程2. 2. 確定沉降計算深度確定沉降計算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3. 3. 確定各層確定各層EsiEsi)(112211iiiiisippeeeE4. 4. 根據計算尺寸，查表得根據計算尺寸，查表得到平均附加應力系數到平均附加應力系數5.5.列表計算各層沉降量列表計算各層沉降量sisiz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.6152925771615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94054.77.8l/bz/b3.9z()0.25000.24230.21490.1746

13、0.14330.12050.113600.29080.51580.69840.80250.867608861izi i1zi1()0.29080.22500.18260.10410.06510.0185Ei(kP)7448s(mm)20.714.711.24.83.30.9s(mm)55.6根據計算表所示根據計算表所示z=0.6m, s n =0.9mm 0.025 s i =55.6mm滿足規(guī)范要求滿足規(guī)范要求 6.6.沉降修正系數沉降修正系數j j s s 根據根據Es =6.0MPa， fk=p0 ，查表得到，查表得到y(tǒng)s =1.17.7.基礎最終沉降量基礎最終沉降量 s= ys s =

14、61.2mm五、沉降分析中的若干問題五、沉降分析中的若干問題n1.土的回彈與再壓縮土的回彈與再壓縮pe彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形adbcb 壓縮曲線壓縮曲線回彈曲線回彈曲線再壓縮曲線再壓縮曲線n1.1.土的卸荷回彈曲線不與原土的卸荷回彈曲線不與原壓縮曲線重合，說明土不是壓縮曲線重合，說明土不是完全彈性體，其中有一部分完全彈性體，其中有一部分為不能恢復的塑性變形為不能恢復的塑性變形n2.2.土的再壓縮曲線比原壓縮土的再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說明土曲線斜率要小得多，說明土經過壓縮后，卸荷再壓縮時，經過壓縮后，卸荷再壓縮時，其壓縮性明顯降低其壓縮性明顯降低n2.粘性土沉降的三個組成

15、部分粘性土沉降的三個組成部分scdssssn1.sd 1.sd 瞬時沉降瞬時沉降n2.sc 2.sc 固結沉降固結沉降n3. ss 3. ss 次固結沉降次固結沉降n3.3.土的應力歷史對土的壓縮性的影響土的應力歷史對土的壓縮性的影響土的應力歷史：土體在歷史上曾經受到過的應力狀態(tài)土的應力歷史：土體在歷史上曾經受到過的應力狀態(tài)先期固結壓力先期固結壓力pc pc ：土在其生成歷史中曾受過的最大：土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結壓力有效固結壓力討論：對試樣施加壓力討論：對試樣施加壓力p p時，壓縮曲線形狀時，壓縮曲線形狀ppc正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大

16、土層的先期固結壓力對其固結程度和土層的先期固結壓力對其固結程度和壓縮性有明顯的影響，用先期固結壓力壓縮性有明顯的影響，用先期固結壓力pcpc與現時的土壓力與現時的土壓力p0p0的比值描述土層的的比值描述土層的應力歷史，將粘性土進行分類應力歷史，將粘性土進行分類n1.1.正常固結土正常固結土先期固結壓力等于現時的土壓力先期固結壓力等于現時的土壓力pcpcp0p0n2.2.超固結土超固結土先期固結壓力大于現時的土壓力先期固結壓力大于現時的土壓力pcp0pcp0n3.3.超固結土超固結土先期固結壓力小于現時的土壓力先期固結壓力小于現時的土壓力pcp0pc30%U 30%近似取第一項近似取第一項)4/

17、exp(8122vZTUppn土質相同而厚度不同的兩層土，當壓縮應力分布和排水條土質相同而厚度不同的兩層土，當壓縮應力分布和排水條件相同時，達到同一固結度時時間因素相等件相同時，達到同一固結度時時間因素相等222121tHctHcvv222121HHtt 土質相同、厚度不同土層，土質相同、厚度不同土層，荷載和排水條件相同時，達到荷載和排水條件相同時，達到相同固結度所需時間之比等于相同固結度所需時間之比等于排水距離平方之比排水距離平方之比n結論：對于同一地基情況，將單面排水改為雙面排水，要結論：對于同一地基情況，將單面排水改為雙面排水，要達到相同的固結度，所需歷時應減少為原來的達到相同的固結度，

18、所需歷時應減少為原來的1/4 1/4 各種情況下地基固結度的求解各種情況下地基固結度的求解地基固結度基本表達式中的地基固結度基本表達式中的UzUz隨地基所受附加應力和排水條件不隨地基所受附加應力和排水條件不同而不同，因此在計算固結度與時間的關系時也應區(qū)別對待同而不同，因此在計算固結度與時間的關系時也應區(qū)別對待n1.1.適用于地基土在其自重作用下已固結完成，基底面積很大而壓縮適用于地基土在其自重作用下已固結完成，基底面積很大而壓縮土層又較薄的情況土層又較薄的情況n2.2.適用于土層在其自重作用下未固結，土的自重應力等于附加應力適用于土層在其自重作用下未固結，土的自重應力等于附加應力n3.3.適用

19、于地基土在自重作用已固結完成，基底面積較小，壓縮土層適用于地基土在自重作用已固結完成，基底面積較小，壓縮土層較厚，外荷在壓縮土層的底面引起的附加應力已接近于零較厚，外荷在壓縮土層的底面引起的附加應力已接近于零n4.4.視為視為1 1、2 2種附加應力分布的疊加種附加應力分布的疊加n5.5.視為視為1 1、3 3種附加應力分布的疊加種附加應力分布的疊加1 12 23 34 45 5H 利用壓縮層透水面上壓縮利用壓縮層透水面上壓縮應力與不透水面上壓縮應力應力與不透水面上壓縮應力之比，繪制固結度與時間因之比，繪制固結度與時間因素曲線，確定相應固結度素曲線，確定相應固結度透水面上的壓縮應力透水面上的壓

20、縮應力不透水面上的壓縮應力不透水面上的壓縮應力三、例題分析三、例題分析n【例】厚度H=10m粘土層，上覆透水層，下臥不透水層，其壓縮應力如下圖所示。粘土層的初始孔隙比e1=0.8，壓縮系數a=0.00025kPa-1，滲透系數k=0.02m/年。試求：n 加荷一年后的沉降量St n 地基固結度達Uz=0.75時所需要的歷時tn 若將此粘土層下部改為透水層，則Uz=0.75時所需歷時t157kPa235kPaHp粘土層粘土層不透水層不透水層【解答】n1.當t=1年的沉降量 mmHeaSz27311地基最終沉降量地基最終沉降量年年/4 .14)1 (21maekcwv固結系數固結系數時間因素時間因

21、素144.02tHcTvv5 .1157235查圖表得到查圖表得到Ut=0.45加荷一年的沉降量加荷一年的沉降量mmSUSzt123n2.當Uz=0.75所需的歷時t 由由Uz=0.75，a1.5查圖得查圖得到到Tv0.47年年26.32vvcHTtn3.雙面排水時，Uz=0.75所需歷時 由由Uz=0.75,a1,H=5m查查圖得到圖得到Tv0.49年年85.02vvcHTt 建筑物沉降觀測與地基容許變形值一、建筑物沉降觀測一、建筑物沉降觀測n反映地基的實際變形以及地基變形對建筑物的影響程度反映地基的實際變形以及地基變形對建筑物的影響程度n根據沉降觀測資料驗證地基設計方案的正確性，地基事故根據沉降觀測資料驗證地基設計方案的正確性，地基事故的處理方式以及檢查施工的質量的處理方式以及檢查施工的質量n沉降計算值與實測值的比較，判斷現行沉降計算方法的準沉降計算值與實測值的比較，判斷現行沉降計算方法的準確性，并發(fā)展新的更符合實際的沉降計算方法確性，并發(fā)展新的更符合實際的