土的變形PPT教案

1、土的變形土的變形Kiss由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸第1頁/共65頁基坑開挖，引起陽臺裂縫第2頁/共65頁修建新建筑物：引起原有建筑物開裂第3頁/共65頁高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除第4頁/共65頁建筑物立面高差過大第5頁/共65頁建筑物過長：長高比7.6:147m3915019419917587沉降曲線(mm)第6頁/共65頁土具有變形特性荷載作用地基發(fā)生沉降荷載大小土的壓縮特性地基厚度一致沉降（沉降量）差異沉降（沉降差）影響結構物的安全和正常使用概述4土的壓縮性與地基沉降計算設計時將沉降量控制在建筑物容許范圍之內，尚應采取一定措施減少沉降對建筑物的危害取決于第7頁/共

2、65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.1 變形特性測試方法4.2 一維壓縮性及其指標4.3 地基的最終沉降量計算4.4 飽和土體的滲流固結理論第8頁/共65頁側限壓縮試驗常規(guī)三軸試驗4.1 變形特性測試方法4土的壓縮性與地基沉降計算室內試驗旁壓試驗荷載試驗室外試驗試驗目的：變形特性及變形指標靜力觸探試驗標準貫入試驗第9頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.1變形特性測試方法一、側限壓縮試驗二、原位試驗第10頁/共65頁一、側限壓縮試驗4土的壓縮性與地基沉降計算4.1變形特性測試方法F 固結容器：環(huán)刀、護環(huán)、透水石、加壓上蓋和量表架等F 加壓設備F 變形測量設備1、側限壓縮儀（固結儀）支架加壓

3、設備固結容器變形測量第11頁/共65頁水槽內環(huán)環(huán)刀透水石試樣傳壓板百分表施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定逐級加大荷載測定：軸向變形試驗結果：4土的壓縮性與地基沉降計算4.1變形特性測試方法二、側限壓縮試驗 2、試驗方法P1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e3第12頁/共65頁二、現(xiàn)場原位試驗自學4土的壓縮性與地基沉降計算4.1變形特性測試方法第13頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.1 變形特性測試方法4.2 一維壓縮性及其指標4.3 地基的最終沉降量計算4.4 飽和土體的滲流固結理論第14頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.2 一維壓縮性及其指標一、e - p曲線P1s1e1

4、e0Pte stP2s2e2P3s3e3第15頁/共65頁01002003004000.60.70.80.91.0pei00i0ee(1e )S /HASHeVs)(11:0/同理得SsVV /AHeVVVAHVVesssSV00011由001HeeeSiii001eeHsiz第16頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.2 一維壓縮性及其指標一、e - p曲線e 01002003004000.60.70.80.91.0e壓縮系數(shù)，KPa-1，MPa-1側限壓縮模量,KPa ,MPa(KPa)ppezSpE0011eEeeppESZSpvs01amE1e 體積壓縮系數(shù)，KPa-1 ，MPa-

5、1第17頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.2 一維壓縮性及其指標一、e - p曲線建筑地基基礎設計規(guī)范提出 常用作比較土的壓縮性大小土的類別土的類別a1-2 (MPa-1)高壓縮性土高壓縮性土0.5中壓縮性土中壓縮性土0.1-0.5低壓縮性土低壓縮性土0.1122121ppeepeee 01002003004000.60.70.80.91.0p(KPa)p21第18頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.2 一維壓縮性及其指標二、e - lgp曲線10010000.60.70.80.9eCc11Ce（壓縮指數(shù)）Ce回彈指數(shù)（再壓縮指數(shù)）：卸載段與再加載段的平均斜率。Ce p0 ：超固

6、結土 pc1：超固結OCR1：欠固結相同pc 時，一般OCR越大，土越密實，壓縮性越小超固結比：在超固結土層上修建建筑物時，盡量使壓力不超過前期固結壓力，沉降就不會很大。OCR= pc / p0第20頁/共65頁Ap0 =z = pc正常固結土Z現(xiàn)在地面AP0 =z pc欠固結土Z自重固結完成后地面h現(xiàn)在地面 在工程設計中，最常見的是正常固結土，其土層的壓縮是由建筑荷載產生的附加應力引起的；超固結土相當于在其形成歷史中已受到過預壓力，只有當?shù)鼗懈郊討εc自重應力之和超出其先期固結壓力時，才會有明顯的壓縮，因此超固結土壓縮性較低，對工程有利；而欠固結土不僅要考慮附加應力產生的壓縮，還要考慮由于

7、自重應力作用產生的壓縮，其壓縮性較高。第21頁/共65頁三、先期固結壓力4土的壓縮性與地基沉降計算4.2 一維壓縮性及其指標e先期固結壓力Pp的確定：Casagrande 法(f) B點對應于先期固結壓力Pp(b) 作水平線m1(c) 作m點切線m2(d) 作m1,m2 的角分線m3(e) m3與試驗曲線的直線段交于點B(a) 在e-lgP壓縮試驗曲線上，找曲率最大點 mArminBCDm123PplgP第22頁/共65頁第23頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.1 變形特性測試方法4.2 一維壓縮性及其指標4.3 地基的最終沉降量計算4.4 飽和土體的滲流固結理論第24頁/共65頁4土

8、的壓縮性與地基沉降計算最終沉降量S：t時地基最終沉降穩(wěn)定以后的最大沉降量，不考慮沉降過程。4.3 地基的最終沉降量計算第25頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.3 地基的最終沉降量計算1、計算簡圖壓縮前sz壓縮后1e2e側限條件z=ppHH/2H/2一、單一土層一維壓縮問題ASHeVs)(1102/可得由SsVV/HeeeS1211對應加壓前加壓后HAeVVVHAVVesssSV111由2/Hczczp1zczp2對應第26頁/共65頁 ee1e2p1p24土的壓縮性與地基沉降計算4.3 地基的最終沉降量計算2、計算公式一、單一土層一維壓縮問題1221ppeeHeeeS1211HppeS

9、1211122111ppppeEzzczczsHESsz第27頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.1 變形特性測試方法4.2 一維壓縮性及其指標4.3 地基的最終沉降量計算4.4 飽和土體的滲流固結理論一、單一土層一維壓縮問題二、地基最終沉降量分層總和法三、地基沉降計算的若干問題第28頁/共65頁1、基本假定和基本原理單向壓縮分層總和法是一個半經(jīng)驗性方法。4土的壓縮性與地基沉降計算4.3 地基的最終沉降量計算二、地基最終沉降量分層總和法（a）基底壓力為線性分布 （b）附加應力用彈性理論計算（c）只發(fā)生單向沉降：側限應力狀態(tài)（d）對于粘性土只計算固結沉降，不計瞬時沉降和次固結沉降（e）將地

10、基分成若干層，認為整個地基的最終沉降量為 各層沉降量之和： iSS第29頁/共65頁2、計算步驟4土的壓縮性與地基沉降計算4.3 地基的最終沉降量計算二、地基最終沉降量分層總和法(b)計算原地基中各分界面處 的自重應力并畫分布圖cz從地面算起；不同土層界面；地下水位線；每層厚度不宜超過0.4B；z 變化明顯的土層， 適當取小。(a)地基分層Hid地面基底pp0d自重應力附加應力沉降計算深度(c)基底附加壓力p0和各分界面處 的附加應力并畫分布圖第30頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.3 地基的最終沉降量計算二、地基最終沉降量分層總和法d地面基底pp0d自重應力附加應力沉降計算深度(f)

11、各層沉降量疊加Si(e)計算每層沉降量SicziziHid(d)確定計算深度zn 一般土層：z=0.2 sz； 軟粘土層：z=0.1 sz；基巖或不可壓縮土層， 可取至其表面。第31頁/共65頁 ee1ie2iczip2izi4土的壓縮性與地基沉降計算4.3 地基的最終沉降量計算3、計算公式二、地基最終沉降量分層總和法d地面基底pp0d自重應力附加應力沉降計算深度cziziHiiiiiiHeeeS1211iiiiiiHppeS1211isiziiHES第32頁/共65頁4、單向分層總和法的評價可計算多層地基；可計算不同形狀基礎、不同分布的基底壓力；參數(shù)的試驗測定方法簡單；已經(jīng)積累了幾十年應用的

12、經(jīng)驗，適當修正。（1）基本假定：（2）優(yōu) 點：三. 地基沉降計算的若干問題4土的壓縮性與地基沉降計算4.3 地基的最終沉降量計算較多（3）精度：各種假定導致 S 的誤差，如：取中點下附加應力值，使 S 偏大;側限壓縮假定使計算值偏小； 地基不均勻性導致的誤差等。n基底壓力線性分布n彈性附加應力計算n單向壓縮n只計主固結沉降n原狀土現(xiàn)場取樣的擾動n參數(shù)為常數(shù)n按中點下附加應力計算第33頁/共65頁niiiiisiszzEpS1110d地面基底p0附加應力曲線i-1層i層ZiZi-1沉降計算深度ZnZ第34頁/共65頁粘土=19.8kN/m3Es=4.5MPad=1.5mF=1190kN2.0m4

13、.0m1.3m粉質粘土=19.5kN/m3Es=5.1MPa粉砂=19kN/m3Es=5MPa硬粘土第35頁/共65頁110iiiisiizzEpS=4 0.5ZL/bz/bZ(Zii- Zi-1i-1)EsiSiS02/10.2540.50.246844.502/1niiiiisiszzEpS1110第36頁/共65頁3m2m2m2m1.5m2.0m2.0m6.0m=18kN/m3Es1=8MPaEs2=10MPaEs3=15MPaoadebcfg第37頁/共65頁4mz24n00試取obfdcgdiaediiii025. 0023. 08 .3788. 01/niiinss2mm.34ss

14、0.946. 810568. 08523. 1568. 0523. 11iss001110111011niiniisiiiiiniiiiiiniisiiniiiSMPappEzzpzzpEAAEii查表第38頁/共65頁Zi基礎基礎基礎基礎對基礎對基礎影影響響iZiiZii- Zi-1i-1Esisil/bZi/bil/bZi/bii=i+i01.5/1.005.0/1.53.0/1.502.02.0/1.04 40.0.18951895=0.7=0.75765762.0/1.52 2（?-?-? ?）84.04.0/1.04 4? ?4.0/1.52 2（?-?-? ?）103.73.7/1

15、.04 4? ?3.7/1.52 2（?-?-? ?）10110iiiisiizzEpS第39頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.1 變形特性測試方法4.2 一維壓縮性及其指標4.3 地基的最終沉降量計算4.4 飽和土體的滲流固結理論第40頁/共65頁關西國際機場世界最大人工島1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機場運營面積：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m地基：15-21m厚粘土4土的壓縮性與地基沉降計算第41頁/共65頁關西國際機場設計時預測沉降：5.77.5 m完成時實際沉降：8.1 m，5cm/月(1990年)預測主固結完成：20年后比設

16、計超填3.0 m問題：沉降大且有不均勻沉降日期日期測測 點點 及及 沉沉 降降 值（值（m）123578101112151617平均平均00-12 10.69.712.8 11.7 10.6 13.0 11.6 10.3 12.7 12.59.014.1 11.701-12 10.89.913.0 11.9 10.7 13.2 11.8 10.5 12.9 12.79.114.3 11.94土的壓縮性與地基沉降計算第42頁/共65頁l有效應力原理飽和土孔隙水固體顆粒骨架+兩相體系對所受總應力，骨架和孔隙流體如何分擔？總應力總應力由土骨架和孔隙水共同承受它們如何傳遞和相互轉化？它們對土的變形和強

17、度有何影響？受外荷載作用Terzaghi（1923）有效應力原理固結理論土力學成為獨立的學科 4.4 飽和土體的滲流固結理論第43頁/共65頁u飽和土的有效應力原理u （1）飽和土體內任一平面上受到的總應力可分為兩部分 和u，并且（2）土的變形與強度都只取決于有效應力變形的原因l 顆粒間克服摩擦相對滑移、滾動；l 接觸點處應力過大而破碎。強度的成因 l 凝聚力和摩擦力4.4 飽和土體的滲流固結理論第44頁/共65頁4土的壓縮性與地基沉降計算4.4 飽和土體的滲流固結理論一、一維滲流固結理論（Terzaghi滲流固結理論）二、固結度的計算三、有關沉降時間的工程問題第45頁/共65頁(1) 側限應

18、力狀態(tài)及一維滲流固結2.附加應力作用情況 物理模型：鋼筒側限條件 彈簧土骨架 水體孔隙水 帶孔活塞排水頂面 活塞小孔滲透性大小初始狀態(tài)邊界條件滲流固結過程3.5 有效應力原理3 土體中的應力計算二. 飽和土中孔隙水壓力和有效應力的計算 p一般方程p第46頁/共65頁 實踐背景：大面積均布荷載p不透水巖層飽和壓縮層z=pp側限應力狀態(tài)一、一維滲流固結理論（Terzaghi滲流固結理論）4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算 1、物理模型2、數(shù)學模型（1）基本假定（2）基本變量（3）建立方程3、問題求解（1）求解思路（2）初始、邊界條件（3）微分方程的解第47頁/共65頁 1、物

19、理模型Terzaghi（1923）4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算0t t0 twph pphh 0h p附加應力:z=p超靜孔壓: u = u=wh =p有效應力:z=0滲流固結過程變形逐漸增加附加應力:z=p超靜孔壓: u=wh/ 0附加應力:z=p超靜孔壓: u=wh/ =0有效應力:z=p一、一維滲流固結理論第48頁/共65頁2、數(shù)學模型一、一維滲流固結理論4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算土層均勻且完全飽和；土顆粒與水不可壓縮；變形是單向壓縮（水的滲出和土層壓縮是單向的）；荷載均布且一次施加；假定z = const滲流符合達西定律且滲透系

20、數(shù)保持不變；壓縮系數(shù)a是常數(shù)。（1）基本假定（2）基本變量總應力已知有效應力原理超靜孔隙水壓力的時空分布第49頁/共65頁（3）建立方程微小單元（11dz）微小時段（dt）zdz112、數(shù)學模型一、一維滲流固結理論4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算孔隙體積的變化流出的水量土的壓縮特性有效應力原理達西定律表示超靜孔隙水壓力的時空分布的微分方程土骨架的體積變化不透水巖層飽和壓縮層z第50頁/共65頁Cv 反映了土的固結性質：孔壓消散的快慢固結速度；Cv 與滲透系數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；（cm2/s；m2/year，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量級）1vwk(1

21、e )Ca 212wk 1euutaz 固結系數(shù)（3）建立方程2、數(shù)學模型一、一維滲流固結理論4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算2v2uuCtz 第51頁/共65頁 線性齊次拋物線型微分方程式，一般可用分離變量方法求解。 給出定解條件，求解滲流固結方程，就可以解出uz,t。3、方程求解一、一維滲流固結理論4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算（1）求解思路2v2uuCtz 第52頁/共65頁不透水巖層飽和壓縮層z=pHp0t t0 tz t , zuz t , z t , zut , z z 0 z H:u=pz=0: u=0z=H: uz 0 z H:

22、 u=0（2）邊界、初始條件3、方程求解一、一維滲流固結理論4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算z第53頁/共65頁(3) 微分方程的解vv2CTtH 時間因數(shù)m1，3，5，73、方程求解一、一維滲流固結理論4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算2v2uuCtz 基本微分方程：微分方程的解：v22T4m1mt ,zeH2zmsinm1p4u 第54頁/共65頁H單面排水時孔隙水壓力分布雙面排水時孔隙水壓力分布zz排水面不透水層排水面排水面HH滲流滲流滲流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=

23、u0=pu0=p(3) 微分方程的解3、方程求解一、一維滲流固結理論4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算vv2CTtH 時間因數(shù)m1，3，5，7v22T4m1mt , zeH2zmsinm1p4u 第55頁/共65頁二、固結度的計算 一點M： 地 層：一層土的平均固結度Uz,t=01：表征總應力中有效應力所占比例zt , zt , zU dzdzu1dzdzUzt , zH0zH0t , zt總應力分布面積總應力分布面積有效應力分布面積有效應力分布面積4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算zt , zzt , zzzzt , zu1uU z t , z t

24、 , zuH1、基本概念M第56頁/共65頁2、平均固結度Ut與沉降量St之間的關系t時刻： SUStt 確定St的關鍵是確定Ut4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算SSHeadzeadzdzUtztzztzt11,11總應力分布面積有效應力分布面積 SSUtt在時間t的沉降與最終沉降量之比二、固結度的計算第57頁/共65頁3. 地基沉降過程計算1) 基本計算方法均布荷載，單向排水情況確定地基的平均固結度Ut22vmT4t22m181U1em vTteU24281已知解得近似簡化圖表 圖4-21 tvUfT 4.4 飽和土體的滲流固結理論4土的壓縮性與地基沉降計算二、固結度的計算-時間因數(shù)2HtCTVVVT（上式