土力學(xué)土的壓縮性與地基沉降計(jì)算PPT教案

1、土力學(xué)土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土力學(xué)土的壓縮性與地基沉降計(jì)算3.1土的變形特性土的變形特性3.1.1基本概念基本概念外因外因建筑物荷載作用。這是普遍存在的因素。建筑物荷載作用。這是普遍存在的因素。地下水位大幅度下降。相當(dāng)于施加大面積荷載地下水位大幅度下降。相當(dāng)于施加大面積荷載=(-=(-)h)h施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動. .振動影響，產(chǎn)生震沉。振動影響，產(chǎn)生震沉。溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。第1頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.1基本

2、概念基本概念內(nèi)因內(nèi)因土是三相體，土體受外力引起的壓縮包括三部分土是三相體，土體受外力引起的壓縮包括三部分: :固相礦物本身壓縮固相礦物本身壓縮，極小，物理學(xué)上有意義，對建筑工程來說無意義；，極小，物理學(xué)上有意義，對建筑工程來說無意義；土中液相水的壓縮土中液相水的壓縮，在一般建筑工程荷載，在一般建筑工程荷載（100100600600）KpaKpa作用下，很小，可忽略不計(jì)；作用下，很小，可忽略不計(jì)；土中孔隙的壓縮土中孔隙的壓縮，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠出，使土的孔隙減小。，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠出，使土的孔隙減小。土體的壓縮變形主要是由于孔隙減小引起的土體的壓縮變形主要是由于孔隙減小引起

3、的。上述因素中，建筑物上述因素中，建筑物荷載荷載作用是作用是主要外因主要外因，通過土中，通過土中孔隙的壓縮孔隙的壓縮這一內(nèi)因發(fā)生實(shí)際效果。這一內(nèi)因發(fā)生實(shí)際效果。第2頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.1基本概念基本概念土的顆粒越粗，孔隙越大，則透水性越大，因而土中水的擠出和土體的壓縮越快，粘土顆粒很細(xì)，則需要很長時間。土的顆粒越粗，孔隙越大，則透水性越大，因而土中水的擠出和土體的壓縮越快，粘土顆粒很細(xì)，則需要很長時間。粘性土長期受荷載作用下，變形隨時間而緩慢持續(xù)的現(xiàn)象稱為粘性土長期受荷載作用下，變形隨時間而緩慢持續(xù)的現(xiàn)象稱為蠕變?nèi)渥?。這是土的又一特性。這是土的又一特性。飽和土體

4、的孔隙中全部充滿著水，要使孔隙減小，就必須使土中的水被擠出。亦即土的壓縮與土孔隙中水的擠出，是同時發(fā)生的。由于土的顆粒很細(xì)，孔隙更細(xì)，土中的水從很細(xì)的彎彎曲曲的孔隙中擠出需要相當(dāng)長的時間，這個過程稱為土的飽和土體的孔隙中全部充滿著水，要使孔隙減小，就必須使土中的水被擠出。亦即土的壓縮與土孔隙中水的擠出，是同時發(fā)生的。由于土的顆粒很細(xì)，孔隙更細(xì)，土中的水從很細(xì)的彎彎曲曲的孔隙中擠出需要相當(dāng)長的時間，這個過程稱為土的滲流固結(jié)滲流固結(jié)過程，也是土與其它材料壓縮性相區(qū)別的一大特點(diǎn)。過程，也是土與其它材料壓縮性相區(qū)別的一大特點(diǎn)。第3頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.2應(yīng)力的基本概念應(yīng)力

5、的基本概念土體中任一點(diǎn)中的應(yīng)力狀態(tài)，可根據(jù)所選定的直角坐標(biāo)土體中任一點(diǎn)中的應(yīng)力狀態(tài)，可根據(jù)所選定的直角坐標(biāo)ox,oy,oz,用用x,y,z和三對剪應(yīng)力和三對剪應(yīng)力xy=yx,yz=zy,zx=xz，一共六個應(yīng)力分量來表示。，一共六個應(yīng)力分量來表示。第4頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.2應(yīng)力的基本概念應(yīng)力的基本概念法向應(yīng)力的正負(fù)法向應(yīng)力的正負(fù)剪應(yīng)力的正負(fù)剪應(yīng)力的正負(fù)第5頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.2材料的性質(zhì)材料的性質(zhì)材料力學(xué)研究理想的材料力學(xué)研究理想的均勻連續(xù)均勻連續(xù)材料材料土力學(xué)研究土力學(xué)研究非均勻連續(xù)非均勻連續(xù)材料，土由材料，土由固體固體、液體液

6、體、氣體氣體三相組成的三相組成的粒狀粒狀材料材料。嚴(yán)格地說，土力學(xué)不能應(yīng)用材料力學(xué)中的應(yīng)力概念嚴(yán)格地說，土力學(xué)不能應(yīng)用材料力學(xué)中的應(yīng)力概念。但從工程角度看，土的顆粒很微小，通常比土樣尺寸小很多。例如，粉粒的粒徑范圍。但從工程角度看，土的顆粒很微小，通常比土樣尺寸小很多。例如，粉粒的粒徑范圍d=(0.05d=(0.050.005)mm,0.005)mm,壓縮試驗(yàn)土樣壓縮試驗(yàn)土樣80mm80mm,d(1/1600,d(1/16001/16000) 1/16000) 。因此，工程上可以采用材料力學(xué)的應(yīng)力概念。因此，工程上可以采用材料力學(xué)的應(yīng)力概念。第6頁/共140頁czcz=z(kPa=z(kPa）

7、(3.1)(3.1)3.1土的變形特性土的變形特性3.1.2水平土層中的自重應(yīng)力水平土層中的自重應(yīng)力設(shè)地面為無限廣闊的水平面，土層均勻，土的天然重度為設(shè)地面為無限廣闊的水平面，土層均勻，土的天然重度為。在深度為。在深度為Z Z處取一微元體處取一微元體dxdydzdxdydz，則作用在此微元體上的，則作用在此微元體上的豎向自重應(yīng)力豎向自重應(yīng)力czcz( (如圖如圖3.23.2所示所示) )為：為：水平方向法向應(yīng)力為水平方向法向應(yīng)力為: :cxcx=cycy=k=k0 0czcz(kPa) (3.2)(kPa) (3.2)式 中式 中 k k0 0比例系數(shù)，稱比例系數(shù)，稱靜止靜止側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系

8、數(shù). . k k0 00.330.330.720.72此微元體在重力作用下沒有側(cè)向變形和剪切變形；作用在此微元體上的此微元體在重力作用下沒有側(cè)向變形和剪切變形；作用在此微元體上的剪應(yīng)力剪應(yīng)力為為: :xyxy=yzyz=zxzx=0 (3.3)=0 (3.3)第7頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.2主應(yīng)力主應(yīng)力凡剪應(yīng)力凡剪應(yīng)力0 0的平面上的法向應(yīng)力的平面上的法向應(yīng)力，稱為，稱為主應(yīng)力主應(yīng)力，此平面稱為此平面稱為主應(yīng)面主應(yīng)面。czcz為大主應(yīng)力，為大主應(yīng)力，cxcx=cycy為小主應(yīng)力。為小主應(yīng)力。摩爾圓摩爾圓在在的直角坐標(biāo)系中，在橫坐標(biāo)上點(diǎn)出最大主應(yīng)力的直角坐標(biāo)系中，在橫坐

9、標(biāo)上點(diǎn)出最大主應(yīng)力1 1與最小主應(yīng)力與最小主應(yīng)力3 3，再以，再以1 13 3為直徑作圓，此圓稱為為直徑作圓，此圓稱為摩爾應(yīng)力圓摩爾應(yīng)力圓。微元體中任意斜截面上的法向應(yīng)力。微元體中任意斜截面上的法向應(yīng)力與剪應(yīng)力與剪應(yīng)力，可用此摩爾圓來表示。見，可用此摩爾圓來表示。見“4.2 4.2 土的極限平衡條件土的極限平衡條件”。第8頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.2單軸壓縮試驗(yàn)單軸壓縮試驗(yàn)圓鋼試件軸向受拉圓鋼試件軸向受拉應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系呈直線關(guān)系。應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系呈直線關(guān)系。=0=0時時,=0;=,=0;=1 1時時,=,=1 1。卸荷后由原來應(yīng)力路徑回到原點(diǎn)。卸荷后由原來應(yīng)力路徑回到原

10、點(diǎn)O O，即為，即為可逆可逆，如圖（，如圖（3.3a3.3a）所示。鋼材應(yīng)力與應(yīng)變之比值稱為）所示。鋼材應(yīng)力與應(yīng)變之比值稱為彈性模量彈性模量E E（E E/）。）。圓柱土體軸向受壓圓柱土體軸向受壓應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系為非線性應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系為非線性, ,呈曲線呈曲線, ,如圖如圖3.3(b)3.3(b)所示。通過曲線上兩點(diǎn)所示。通過曲線上兩點(diǎn)A A，B B的割線的斜率的割線的斜率d/dd/d的比值稱為的比值稱為變形模量變形模量E0。(E(E0 0d/d)d/d)第9頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.2側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)土樣圓面積為土樣圓面積為50cm50cm2 2，厚度為，厚度

11、為20mm20mm的側(cè)限土體豎直單向受壓，土的孔隙比的側(cè)限土體豎直單向受壓，土的孔隙比e e減小，土體受壓縮。此時，減小，土體受壓縮。此時，z z/z z的比值稱為土的側(cè)限壓縮模量的比值稱為土的側(cè)限壓縮模量E ES S。試驗(yàn)結(jié)果如圖。試驗(yàn)結(jié)果如圖3.3(c)3.3(c)所示。所示。試驗(yàn)前試驗(yàn)前0 0，孔隙比為，孔隙比為e e0 0，當(dāng)，當(dāng)加大加大時，孔隙比減小，呈曲線時，孔隙比減小，呈曲線abab。當(dāng)壓力為。當(dāng)壓力為i i時，孔隙比減小為時，孔隙比減小為e ei i，卸荷卸荷至零至零, ,曲線為曲線為bcbc，孔隙比增大為，孔隙比增大為e ei i, ,孔隙比并未恢復(fù)到孔隙比并未恢復(fù)到e e0

12、 0。e e0 0-e-ei i為殘留變形為殘留變形塑性變形；塑性變形；e ei i-e-ei i為彈性變形為彈性變形，這是土體壓縮的一個重要性質(zhì)。，這是土體壓縮的一個重要性質(zhì)。第10頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.2直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn)此實(shí)驗(yàn)可以測量土樣的剪應(yīng)力、剪變形和抗剪強(qiáng)度。此實(shí)驗(yàn)可以測量土樣的剪應(yīng)力、剪變形和抗剪強(qiáng)度。三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)此實(shí)驗(yàn)可以測量土體的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系和土的抗剪強(qiáng)度。此實(shí)驗(yàn)可以測量土體的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系和土的抗剪強(qiáng)度。第11頁/共140頁3.1土的變形特性土的變形特性3.1.2精確法精確法根據(jù)土體根據(jù)土體應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變曲線，建立數(shù)學(xué)模型，用計(jì)算

13、機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析。土的應(yīng)力曲線，建立數(shù)學(xué)模型，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析。土的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)學(xué)模型包括：應(yīng)變數(shù)學(xué)模型包括： E E彈性模型彈性模型 K KG G模型模型 沈珠江模型沈珠江模型 彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)學(xué)模型彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)學(xué)模型簡化法簡化法當(dāng)應(yīng)力當(dāng)應(yīng)力較小時，可假設(shè)土體為較小時，可假設(shè)土體為線性彈性體。線性彈性體。當(dāng)應(yīng)力當(dāng)應(yīng)力很大時，可假設(shè)土體為很大時，可假設(shè)土體為剛性塑性體。剛性塑性體。上述簡化法，計(jì)算方便，誤差為工程所允許，因此在目前工程建設(shè)中廣泛采用。上述簡化法，計(jì)算方便，誤差為工程所允許，因此在目前工程建設(shè)中廣泛采用。第12頁/共140頁3.2有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理3.2.1準(zhǔn)備

14、甲、乙兩個直徑與高度完全相同準(zhǔn)備甲、乙兩個直徑與高度完全相同的量筒，在這兩個量筒底部放置一層松散砂的量筒，在這兩個量筒底部放置一層松散砂土，其質(zhì)量與密度完全一樣。如圖土，其質(zhì)量與密度完全一樣。如圖3.43.4所示所示。有效應(yīng)力原理是土力學(xué)中的一個重要的原理。這是近代土力學(xué)與古典土力學(xué)的一個重要區(qū)別：有效應(yīng)力原理是土力學(xué)中的一個重要的原理。這是近代土力學(xué)與古典土力學(xué)的一個重要區(qū)別：古古典土力學(xué)用典土力學(xué)用總應(yīng)力總應(yīng)力來研究土的壓縮性和土的強(qiáng)度；來研究土的壓縮性和土的強(qiáng)度；現(xiàn)現(xiàn)代土力學(xué)用代土力學(xué)用有效應(yīng)力有效應(yīng)力來研究土的力學(xué)性，它更符合科學(xué)性。來研究土的力學(xué)性，它更符合科學(xué)性。1、有效應(yīng)力有效應(yīng)

15、力用表示，有效應(yīng)力能使土層發(fā)生用表示，有效應(yīng)力能使土層發(fā)生壓縮變形壓縮變形，從而使土體的，從而使土體的強(qiáng)度發(fā)生變化強(qiáng)度發(fā)生變化。2、孔隙水壓力孔隙水壓力用用u u表示，孔隙水壓力不能使土層發(fā)生壓縮變形。表示，孔隙水壓力不能使土層發(fā)生壓縮變形。第13頁/共140頁3.2有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理3.2.2飽和土體所承受的總應(yīng)力飽和土體所承受的總應(yīng)力為有效應(yīng)力與孔隙水壓力為有效應(yīng)力與孔隙水壓力u u之和，即：之和，即：(3.4)u(3.4)u - 亦即第14頁/共140頁=wh1+sath2(3.5)u=whA=w(h1+h2)(3.6)=-u= wh1+sath2- w(h1+h2)=(sat-w

16、)h2=h23.2有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理據(jù)有效應(yīng)力原理：當(dāng)?shù)孛嬉陨纤畎l(fā)生升降變化時，可以引起土體中總應(yīng)力的變化。但有效應(yīng)力與水深無關(guān)，不會隨水深的升降而發(fā)生變化，同時土的骨架也不發(fā)生壓縮或膨脹。據(jù)有效應(yīng)力原理：當(dāng)?shù)孛嬉陨纤畎l(fā)生升降變化時，可以引起土體中總應(yīng)力的變化。但有效應(yīng)力與水深無關(guān)，不會隨水深的升降而發(fā)生變化，同時土的骨架也不發(fā)生壓縮或膨脹。3.2.3地面以上水位的升降，不會引起有效應(yīng)力的變化；地面以下水位的升降，將引起有效應(yīng)力的變化。地面以上水位的升降，不會引起有效應(yīng)力的變化；地面以下水位的升降，將引起有效應(yīng)力的變化。第15頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮

17、性側(cè)限條件側(cè)限條件指側(cè)向限制不能變形，只有豎向單向壓縮的條件指側(cè)向限制不能變形，只有豎向單向壓縮的條件3.3.11、試驗(yàn)儀器試驗(yàn)儀器側(cè)限條件在建筑工程中的應(yīng)用：當(dāng)自然界廣闊土層上作用著大面積均布荷載的情況為側(cè)限條件。一般工程與側(cè)限條件近似，通常可以應(yīng)用此條件。側(cè)限條件在建筑工程中的應(yīng)用：當(dāng)自然界廣闊土層上作用著大面積均布荷載的情況為側(cè)限條件。一般工程與側(cè)限條件近似，通?？梢詰?yīng)用此條件。壓縮性指標(biāo)通常由側(cè)限壓縮試驗(yàn)測定。側(cè)限壓縮試驗(yàn)通常稱固結(jié)試驗(yàn)。壓縮性指標(biāo)通常由側(cè)限壓縮試驗(yàn)測定。側(cè)限壓縮試驗(yàn)通常稱固結(jié)試驗(yàn)。2、試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法用環(huán)刀切取原狀土樣，用天平稱質(zhì)量。用環(huán)刀切取原狀土樣，用天平稱質(zhì)量。

18、將土樣依次裝入側(cè)限壓縮儀的容器：將土樣依次裝入側(cè)限壓縮儀的容器：加上杠桿，分級施加豎向壓力加上杠桿，分級施加豎向壓力i i。一般工程壓力等級可為。一般工程壓力等級可為2525，5050，100100，200200，400400，800Kpa.800Kpa.用測微計(jì)（百分表）測記每級壓力后的穩(wěn)定讀數(shù)。用測微計(jì)（百分表）測記每級壓力后的穩(wěn)定讀數(shù)。計(jì)算每級壓力穩(wěn)定后試驗(yàn)的孔隙比計(jì)算每級壓力穩(wěn)定后試驗(yàn)的孔隙比e eI I。第16頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.13、試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果采用直角坐標(biāo)系，以孔隙比采用直角坐標(biāo)系，以孔隙比e e為縱坐標(biāo)，以有效應(yīng)力為橫坐標(biāo)，繪

19、制為縱坐標(biāo)，以有效應(yīng)力為橫坐標(biāo)，繪制e e 曲線，見圖曲線，見圖3.73.7。第17頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.21、土的壓縮系數(shù)土的壓縮系數(shù)采用直角坐標(biāo)系，以孔隙比采用直角坐標(biāo)系，以孔隙比e e為縱坐標(biāo)，以有效應(yīng)力為橫坐標(biāo)，繪制為縱坐標(biāo)，以有效應(yīng)力為橫坐標(biāo)，繪制e e 曲線，見圖曲線，見圖3.73.7。(3.8)(100012121MPaaeetg式中式中 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)，表示在單位壓力增量作用下土的孔隙比的減小。因此，壓縮系數(shù)，表示在單位壓力增量作用下土的孔隙比的減小。因此，壓縮系數(shù)值越大，土的壓縮性就越大。值越大，土的壓縮性就越大。對于同一種土，

20、對于同一種土，e- e- 曲線的斜率隨曲線的斜率隨 增大而逐漸變小，壓縮系數(shù)增大而逐漸變小，壓縮系數(shù)非定值而是一個變量。非定值而是一個變量。第18頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.21、土的壓縮系數(shù)土的壓縮系數(shù)為便于各地區(qū)各單位相互比較應(yīng)用，為便于各地區(qū)各單位相互比較應(yīng)用，規(guī)范規(guī)范規(guī)定：取規(guī)定：取1 1100kPa100kPa至至2 2200kPa200kPa這段壓縮曲線的斜率這段壓縮曲線的斜率12，作為判別土的壓縮性高低的標(biāo)準(zhǔn)。即：，作為判別土的壓縮性高低的標(biāo)準(zhǔn)。即：當(dāng)當(dāng) 1 12 20.1Mpa0.1Mpa-1 -1 時，時， 屬低壓縮性土；屬低壓縮性土；

21、 0.10.11 12 20.5Mpa0.5Mpa-1 -1 時，時， 屬中壓縮性土；屬中壓縮性土； 1 12 20.5Mpa0.5Mpa1 1時，時， 屬高壓縮性土。屬高壓縮性土。各類地基土壓縮性的高低，取決于土的類別、原始密度和天然結(jié)構(gòu)是否擾動等因素。各類地基土壓縮性的高低，取決于土的類別、原始密度和天然結(jié)構(gòu)是否擾動等因素。例如例如：密實(shí)的粗砂、卵石的壓縮性比粘性土為低。粘性土的壓縮性高低可能相差很大：當(dāng)土的含水量高、孔隙比大時，如淤泥為高壓縮性土；若含水量低的硬塑或堅(jiān)硬的土，則為低壓縮性土。此外，粘性土的天然結(jié)構(gòu)受擾動后，它的壓縮性將增高，特別對于高靈敏度的粘土，天然結(jié)構(gòu)遭到破壞時，影響

22、壓縮性更甚，同時其強(qiáng)度也劇烈下降。：密實(shí)的粗砂、卵石的壓縮性比粘性土為低。粘性土的壓縮性高低可能相差很大：當(dāng)土的含水量高、孔隙比大時，如淤泥為高壓縮性土；若含水量低的硬塑或堅(jiān)硬的土，則為低壓縮性土。此外，粘性土的天然結(jié)構(gòu)受擾動后，它的壓縮性將增高，特別對于高靈敏度的粘土，天然結(jié)構(gòu)遭到破壞時，影響壓縮性更甚，同時其強(qiáng)度也劇烈下降。見圖見圖3.93.9第19頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.22、壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)C Cc c隨著高層建筑的興建和重型設(shè)備的發(fā)展，常規(guī)側(cè)限壓縮儀的壓力范圍太小，可采用高壓固結(jié)儀，最高壓力可達(dá)隨著高層建筑的興建和重型設(shè)備的發(fā)展，常規(guī)側(cè)限壓

23、縮儀的壓力范圍太小，可采用高壓固結(jié)儀，最高壓力可達(dá)3200Kpa3200Kpa。高壓固結(jié)儀的試驗(yàn)原理與試驗(yàn)方法同常規(guī)固結(jié)儀，試樣面積由高壓固結(jié)儀的試驗(yàn)原理與試驗(yàn)方法同常規(guī)固結(jié)儀，試樣面積由50mm50mm2 2改為改為30mm30mm2 2, ,加壓杠桿比由加壓杠桿比由1:101:10提高為提高為1:121:12。試驗(yàn)結(jié)果以孔隙比試驗(yàn)結(jié)果以孔隙比e e 為縱坐標(biāo)，以對數(shù)坐標(biāo)為橫坐標(biāo)表示為縱坐標(biāo)，以對數(shù)坐標(biāo)為橫坐標(biāo)表示 ，繪制，繪制e e 曲線，如圖曲線，如圖3.103.10所示。此曲線開始一段呈曲線，其后很長一段為直線，即曲線的斜率相同，便于應(yīng)用。此直線段的斜率稱為所示。此曲線開始一段呈曲線，

24、其后很長一段為直線，即曲線的斜率相同，便于應(yīng)用。此直線段的斜率稱為壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)C Cc c，即，即(3.9)12211221logloglogppeeppeeCc第20頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.22、壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)C Cc cC CC C為一無量綱的小數(shù)，其值越大，說明土的壓縮性越高。為一無量綱的小數(shù)，其值越大，說明土的壓縮性越高。一般認(rèn)為：一般認(rèn)為： C Cc c 0.20.2 屬屬低低壓縮性的土壓縮性的土 C Cc c = 0.2 = 0.20.4 0.4 屬屬中中壓縮性的土壓縮性的土 C Cc c 0.40.4 屬屬高高壓縮性土壓縮性土第2

25、1頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.23、側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量E ES S彈性模量彈性模量E鋼材或混凝土試件，在受力方向的應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為彈性模量鋼材或混凝土試件，在受力方向的應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為彈性模量E E。試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件：側(cè)面不受約束，可以自由變形。：側(cè)面不受約束，可以自由變形。側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量ES土的試樣在完全側(cè)限條件下豎向受壓，應(yīng)力增量與應(yīng)變增量之比稱為壓縮模量土的試樣在完全側(cè)限條件下豎向受壓，應(yīng)力增量與應(yīng)變增量之比稱為壓縮模量E ES S。試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件：為側(cè)限條件，即只能豎直單向壓縮、側(cè)向不能變形的條件。：為側(cè)限條件，即只能豎直單

26、向壓縮、側(cè)向不能變形的條件。ES與與E的區(qū)別的區(qū)別土在壓縮試驗(yàn)時，不能側(cè)向膨脹，只能豎向變形；土在壓縮試驗(yàn)時，不能側(cè)向膨脹，只能豎向變形；土不是彈性體，當(dāng)壓力卸除后，不能恢復(fù)到原來的位置。除了部分彈性變形外，還有相當(dāng)部分是不可恢復(fù)的殘留變形。土不是彈性體，當(dāng)壓力卸除后，不能恢復(fù)到原來的位置。除了部分彈性變形外，還有相當(dāng)部分是不可恢復(fù)的殘留變形。由此可知，土的側(cè)限壓縮模量由此可知，土的側(cè)限壓縮模量E ES S與鋼材或混凝土的彈性模量與鋼材或混凝土的彈性模量E E有本質(zhì)的區(qū)別。有本質(zhì)的區(qū)別。第22頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.23、側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量E

27、ES S試驗(yàn)表明試驗(yàn)表明: :土樣在完全側(cè)限條件下，豎向應(yīng)力土樣在完全側(cè)限條件下，豎向應(yīng)力1 1和側(cè)向壓力和側(cè)向壓力3 3之比，恒保持常值之比，恒保持常值K K0 0，此，此K K0 0稱為稱為側(cè)壓力系側(cè)壓力系（也可用（也可用表示側(cè)壓力系）。因此，上述完全側(cè)限條件在土力學(xué)中也稱為表示側(cè)壓力系）。因此，上述完全側(cè)限條件在土力學(xué)中也稱為K K0 0條件條件。在上述側(cè)限壓縮試驗(yàn)中，當(dāng)豎向壓力由在上述側(cè)限壓縮試驗(yàn)中，當(dāng)豎向壓力由1 1增至增至2 2，同時土樣的由，同時土樣的由h h1 1減小至減小至h h2 2時：時：壓應(yīng)力增量為壓應(yīng)力增量為12豎向應(yīng)變?yōu)樨Q向應(yīng)變?yōu)?3.10)hhhz121則側(cè)限壓縮

28、模量為則側(cè)限壓縮模量為(3.11)hhhEzs12112第23頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.24、側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量E ES S與壓縮系數(shù)與壓縮系數(shù)a a的關(guān)系的關(guān)系土的側(cè)限壓縮模量土的側(cè)限壓縮模量E ES S與壓縮系數(shù)與壓縮系數(shù)a a，兩者都是建筑工程中常用的表示地基土壓縮性指標(biāo)，兩者都是由側(cè)限壓縮試驗(yàn)結(jié)果求得，因此，兩者都是建筑工程中常用的表示地基土壓縮性指標(biāo)，兩者都是由側(cè)限壓縮試驗(yàn)結(jié)果求得，因此，E ES S與與a a之間并非互相獨(dú)立，具有下列關(guān)系：之間并非互相獨(dú)立，具有下列關(guān)系：(3.12)aeEs11第24頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的

29、壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.24、側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量E ES S與壓縮系數(shù)與壓縮系數(shù)a a的關(guān)系的關(guān)系土的壓縮是由孔隙體積土的壓縮是由孔隙體積V VV V發(fā)生變化產(chǎn)生的，固體體積發(fā)生變化產(chǎn)生的，固體體積V VS S不變。不變。(3.12)aeEs11式式(3.12)(3.12)證明如下證明如下: :繪制土層壓縮示意圖，如圖繪制土層壓縮示意圖，如圖3.11所示；所示；壓縮前壓縮前: :豎向壓力為豎向壓力為1 1，設(shè)孔隙比為，設(shè)孔隙比為e e1 1，固體體積為，固體體積為V VS S，土樣厚度為，土樣厚度為h h1 1，并令并令V VS S1 1，則，則據(jù)據(jù) e=Ve=Vv v/V/V

30、S S ; e; e1 1=V=VV1V1, , 總體積總體積 V VV VS SV VV V1 1e e1 1豎向壓力由豎向壓力由1 1增至增至2 2，壓應(yīng)力增量為，壓應(yīng)力增量為2 21 1，土體受荷產(chǎn)生壓縮，固體體積不變土體受荷產(chǎn)生壓縮，固體體積不變V VS S1 1，土樣厚度由，土樣厚度由h h1 1減為減為h h2 2，孔隙比由，孔隙比由e e1 1減至減至e e2 2，土樣的厚度變化為，土樣的厚度變化為hh=h=h1 1-h-h2 2，體積的變化為，體積的變化為VVV VV1V1V VV2V2e e1 1-e-e2 2第25頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性

31、3.3.24、側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量E ES S與壓縮系數(shù)與壓縮系數(shù)a a的關(guān)系的關(guān)系面積為面積為1 1單元的土柱，受壓過程中因側(cè)限條件面積不變，土體的高度與體積的數(shù)值相等，因而土體的豎向應(yīng)變?yōu)椋簡卧耐林?，受壓過程中因側(cè)限條件面積不變，土體的高度與體積的數(shù)值相等，因而土體的豎向應(yīng)變?yōu)椋簩ⅲ▽ⅲ?.133.13）代入（）代入（3.113.11）, ,得得(V=Vv1-Vv2=e1-e2V=Vs+Vv1=1+e1)(3.13)1211211eeevvhhhz(3.14)211211szeeeE將（將（3.83.8）式）式1221eea代入上式，即得：代入上式，即得：(3.12)11seaE第2

32、6頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.24、側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量E ES S與壓縮系數(shù)與壓縮系數(shù)a a的關(guān)系的關(guān)系土層側(cè)限壓縮模量土層側(cè)限壓縮模量E ES S是表示土壓縮性高低的又一個指標(biāo)，從上式可見，是表示土壓縮性高低的又一個指標(biāo)，從上式可見，E ES S與與a a成反比，即成反比，即a a愈大，愈大，E ES S愈小，土愈軟弱愈小，土愈軟弱，一般，一般(3.12)aeEs11E ES S4Mpa 4Mpa 高高壓縮性土壓縮性土E ES S4 415Mpa 15Mpa 中中壓縮性土壓縮性土E ES S15Mpa 15Mpa 低低壓縮性土壓縮性土第27頁/共

33、140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.31、由公式（由公式（3.113.11）可得：）可得：當(dāng)某個土層較薄，在荷載作用下受垂直壓應(yīng)力增量當(dāng)某個土層較薄，在荷載作用下受垂直壓應(yīng)力增量，使土層發(fā)生側(cè)限壓縮，其變形量，使土層發(fā)生側(cè)限壓縮，其變形量hh計(jì)算如下：計(jì)算如下：(3.11)hhhEzs12112(3.15)111221hEhEhhhSS由上式可知：土層側(cè)限壓縮變形量由上式可知：土層側(cè)限壓縮變形量hh，與壓力增量，與壓力增量成正比，與土層厚度成正比，與土層厚度h h1 1成正比，與土的側(cè)限壓縮模量成正比，與土的側(cè)限壓縮模量E ES S成反比。成反比。2、應(yīng)用公式（應(yīng)用公

34、式（3.123.12），則公式（），則公式（3.153.15）得：）得：(3.12)aeEs11(3.16)11.heah第28頁/共140頁3.3側(cè)限條件下土的壓縮性側(cè)限條件下土的壓縮性3.3.33、應(yīng)用公式（應(yīng)用公式（3.133.13），可得：），可得：(3.13)1211211eeevvhhhz(3.17)11211heeeh公式（公式（3.153.15）、（）、（3.163.16）、（）、（3.173.17）是等價的。利用上述）是等價的。利用上述3 3個公式即可求出土層的壓縮量，式中土層原有厚度個公式即可求出土層的壓縮量，式中土層原有厚度h h1 1可從勘探資料中得到，原有孔隙比可從勘

35、探資料中得到，原有孔隙比e e1 1, ,壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a a，壓縮模量，壓縮模量E ES S和壓縮指數(shù)和壓縮指數(shù)C CC C均可從上述實(shí)驗(yàn)曲線中得到。應(yīng)注意均可從上述實(shí)驗(yàn)曲線中得到。應(yīng)注意a a值的選取需與作用于土層上的前后壓應(yīng)力值的選取需與作用于土層上的前后壓應(yīng)力1 1和和2 2的變化范圍相對應(yīng)，即在的變化范圍相對應(yīng)，即在e-e-曲線上取曲線上取1 12 2范圍的平均斜率作為范圍的平均斜率作為a a值。值。hh的計(jì)算方法，見的計(jì)算方法，見3.53.5節(jié)。節(jié)。(3.16)11.heah(3.15)111221hEhEhhhSS第29頁/共140頁3.4土的壓縮性原位測試土的壓縮性原位測試土

36、的側(cè)限壓縮試驗(yàn)簡單方便，是目前建筑工程測定地基土的壓縮性的常用方法。但遇到下列情況時，側(cè)限壓縮試驗(yàn)就不適用了。土的側(cè)限壓縮試驗(yàn)簡單方便，是目前建筑工程測定地基土的壓縮性的常用方法。但遇到下列情況時，側(cè)限壓縮試驗(yàn)就不適用了。1 1、地基土為地基土為粉土粉土、細(xì)砂細(xì)砂，取原狀土樣很困難；地基為，取原狀土樣很困難；地基為軟土軟土，土樣取不上來。，土樣取不上來。2 2、土試樣尺寸小，土試樣尺寸小，土層不均勻土層不均勻代表性差。國家代表性差。國家一級工程一級工程、規(guī)模大規(guī)模大或建筑物對或建筑物對沉降有嚴(yán)格要求沉降有嚴(yán)格要求的工程。的工程。針對上述情況可采用原位測試方法加以解決。建筑工程中土的壓縮性的原位

37、測試，傳統(tǒng)方法為針對上述情況可采用原位測試方法加以解決。建筑工程中土的壓縮性的原位測試，傳統(tǒng)方法為載荷試驗(yàn)載荷試驗(yàn)，近代推出，近代推出旁壓旁壓試驗(yàn)新技術(shù)，下面依次進(jìn)行介紹。試驗(yàn)新技術(shù)，下面依次進(jìn)行介紹。第30頁/共140頁3.4土的壓縮性原位測試土的壓縮性原位測試3.4.11 1、試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法、試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法選擇有代表性的部位選擇有代表性的部位開挖試坑，深度開挖試坑，深度d,d,寬度寬度B3bB3b；注意保持原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度。；注意保持原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度。加載裝置與方法加載裝置與方法( (圖圖3.123.12）加載標(biāo)準(zhǔn)加載標(biāo)準(zhǔn)p p1 1=D=D二級后，每級：松軟二級后，每級：松軟

38、p pi i=(10=(1025kPa,25kPa,堅(jiān)實(shí)土堅(jiān)實(shí)土p pi i=50kPa.=50kPa.加荷加荷8 8級，級，ppi i2p2p設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。第31頁/共140頁3.4土的壓縮性原位測試土的壓縮性原位測試3.4.11 1、試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法、試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法測記壓板沉降量，每級加載后，按間隔測記壓板沉降量，每級加載后，按間隔10,10,10,15,15,30,30,30,3010,10,10,15,15,30,30,30,30分鐘讀一次數(shù)。分鐘讀一次數(shù)。沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)連續(xù)兩次測記沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)連續(xù)兩次測記s si i0.1mm/h0.1mm/h。終止加載標(biāo)準(zhǔn)終止加載標(biāo)準(zhǔn)土明

39、顯側(cè)向擠出；土明顯側(cè)向擠出；s s急劇增大，（急劇增大，（p-s)p-s)曲線出現(xiàn)陡降段；曲線出現(xiàn)陡降段；某一某一p pi i下，下，2424小時不達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；小時不達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；總沉降量總沉降量s0.06bs0.06b。極限荷載極限荷載p pu u，滿足終止加荷標(biāo)準(zhǔn)，其對應(yīng)的前一級荷載定為，滿足終止加荷標(biāo)準(zhǔn)，其對應(yīng)的前一級荷載定為p pu u。2 2、載荷試驗(yàn)結(jié)果、載荷試驗(yàn)結(jié)果繪繪(p-s)(p-s)曲線曲線繪繪(s-t)(s-t)曲線曲線第32頁/共140頁3.4土的壓縮性原位測試土的壓縮性原位測試3.4.13 3、地基應(yīng)力與變形關(guān)系、地基應(yīng)力與變形關(guān)系p-sp-s典型曲線通?？煞譃槿齻€

40、變形階段：典型曲線通常可分為三個變形階段：直線變形階段（壓密階段）直線直線變形階段（壓密階段）直線oaoa；局部剪裂階段，曲線局部剪裂階段，曲線abab段；段；完全破壞階段，曲線完全破壞階段，曲線bcbc段。段。顯然，作用在基底上的實(shí)際荷載決不允許達(dá)到極限荷載顯然，作用在基底上的實(shí)際荷載決不允許達(dá)到極限荷載p pu u，而應(yīng)當(dāng)有一定的安全系數(shù)，而應(yīng)當(dāng)有一定的安全系數(shù)K K，通常，通常K K2 23 3。第33頁/共140頁3.4土的壓縮性原位測試土的壓縮性原位測試3.4.14 4、地基承載力的確定、地基承載力的確定地基承載力基本值地基承載力基本值f f0 0有明顯的比例界限有明顯的比例界限a

41、a時，取時，取a a點(diǎn)對應(yīng)的荷載點(diǎn)對應(yīng)的荷載p p0 0=f=f0 0；p pu u能確定，且能確定，且p pu u1.5p5Mpa5Mpa的粘性土與粉土，可用下式計(jì)算：的粘性土與粉土，可用下式計(jì)算： (MPa) (3.23)2 . 4125. 12200rSSpEts第45頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布為了對建筑物地基基礎(chǔ)進(jìn)行為了對建筑物地基基礎(chǔ)進(jìn)行沉降沉降（變形）、（變形）、強(qiáng)度強(qiáng)度與與穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析，必須掌握建筑，必須掌握建筑前后前后土中土中應(yīng)力的分布和變化應(yīng)力的分布和變化情況。目前土中應(yīng)力計(jì)算主要采用情況。目前土中應(yīng)力計(jì)算主要采用彈性理論求解彈性理論求解，其

42、假定地基是均勻、連續(xù)、各向同性的半無限彈性體。這種假定雖，其假定地基是均勻、連續(xù)、各向同性的半無限彈性體。這種假定雖與土體的實(shí)際情況不盡相同與土體的實(shí)際情況不盡相同，因地基往往具有明顯的層理構(gòu)造，是成層的非均勻的各向異性體，但其，因地基往往具有明顯的層理構(gòu)造，是成層的非均勻的各向異性體，但其計(jì)算簡單計(jì)算簡單，且實(shí)踐證明，且實(shí)踐證明，當(dāng)基底壓力在一定范圍內(nèi)，彈性理論的計(jì)算結(jié)果能滿足實(shí)際工程的要求當(dāng)基底壓力在一定范圍內(nèi)，彈性理論的計(jì)算結(jié)果能滿足實(shí)際工程的要求。土中應(yīng)力一般包括土中應(yīng)力一般包括自重應(yīng)力自重應(yīng)力和和附加應(yīng)力附加應(yīng)力。土的自重應(yīng)力是指建造建筑物之前，由于土體本身。土的自重應(yīng)力是指建造建筑

43、物之前，由于土體本身受重力作用而引起的應(yīng)力受重力作用而引起的應(yīng)力；附加應(yīng)力則是指建造建筑物后，由于；附加應(yīng)力則是指建造建筑物后，由于建筑物荷載作用在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力建筑物荷載作用在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力，它是引起地基沉降的主要原因。在計(jì)算由建筑物引起的附加應(yīng)力時，基礎(chǔ)底面的，它是引起地基沉降的主要原因。在計(jì)算由建筑物引起的附加應(yīng)力時，基礎(chǔ)底面的壓力分布壓力分布是不可缺少的條件。是不可缺少的條件。第46頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.11 1、定義、定義在未修建筑物之前，由土體本身自重引起的應(yīng)力稱為土的自重應(yīng)力，記為在未修建筑物之前，由土體本身自重引起的應(yīng)力稱為土的自重應(yīng)力

44、，記為C C。 cz=Z(3.26)均質(zhì)土的自重應(yīng)力均質(zhì)土的自重應(yīng)力豎向自重應(yīng)力豎向自重應(yīng)力地面下任意地面下任意Z Z（m m）處的豎向自重應(yīng)力，可取作用于該水平面上任一單位面積的土柱自重）處的豎向自重應(yīng)力，可取作用于該水平面上任一單位面積的土柱自重ZZ1 1計(jì)算。即計(jì)算。即2 2、計(jì)算、計(jì)算在計(jì)算土的自重應(yīng)力時，地基可看作為半無限體，也就是說土體在水平方向和地面以下都是半無限的。因此，當(dāng)?shù)鼗猎谧灾貞?yīng)力作用下只能產(chǎn)生豎向變形，而無側(cè)向位移及剪切變形存在。在計(jì)算土的自重應(yīng)力時，地基可看作為半無限體，也就是說土體在水平方向和地面以下都是半無限的。因此，當(dāng)?shù)鼗猎谧灾貞?yīng)力作用下只能產(chǎn)生豎向變形，而

45、無側(cè)向位移及剪切變形存在。cz沿水平面均勻分布，且與沿水平面均勻分布，且與Z Z成正比，即隨深度呈線性增加。成正比，即隨深度呈線性增加。第47頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.1 cx= cy = k0cz (3.26)均質(zhì)土的自重應(yīng)力均質(zhì)土的自重應(yīng)力豎向自重應(yīng)力豎向自重應(yīng)力2 2、計(jì)算、計(jì)算成層土的自重應(yīng)力成層土的自重應(yīng)力一般情況下，天然地基往往由成層所組成，各土層重度不同，深度一般情況下，天然地基往往由成層所組成，各土層重度不同，深度Z Z處的豎向自重應(yīng)力處的豎向自重應(yīng)力czcz如圖如圖3.163.16所示，按下式計(jì)算：所示，按下式計(jì)算：水平向自重應(yīng)力及剪應(yīng)力水平

46、向自重應(yīng)力及剪應(yīng)力 xy= yz = zx=0 (3.26)(3.26)niiinnhhhhh1332211cz式中式中 i i-第第i i層土的天然重度，層土的天然重度，KN/mKN/m3 3；地下水位以下一般用浮重度；地下水位以下一般用浮重度; ;第48頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.13 3、應(yīng)注意的幾點(diǎn)、應(yīng)注意的幾點(diǎn)在此所討論的自重應(yīng)力是指土顆粒之間在此所討論的自重應(yīng)力是指土顆粒之間接觸點(diǎn)接觸點(diǎn)傳遞的粒間應(yīng)力，故又稱為傳遞的粒間應(yīng)力，故又稱為有效有效自重應(yīng)力；自重應(yīng)力；一般土層形成地質(zhì)年代較長，在自重作用下一般土層形成地質(zhì)年代較長，在自重作用下變形早已穩(wěn)定變

47、形早已穩(wěn)定，故自重應(yīng)力不再引起建筑物基礎(chǔ)沉降，但對，故自重應(yīng)力不再引起建筑物基礎(chǔ)沉降，但對近期沉積近期沉積或或堆積堆積的土層以及的土層以及地下水位升降地下水位升降等情況，等情況，尚應(yīng)考慮自重應(yīng)力作用下的變形尚應(yīng)考慮自重應(yīng)力作用下的變形；當(dāng)?shù)叵滤灰韵侣癫赜挟?dāng)?shù)叵滤灰韵侣癫赜胁煌杆畬硬煌杆畬? (如巖石、堅(jiān)硬粘土層等如巖石、堅(jiān)硬粘土層等) )時，層面及層面以下土的自重應(yīng)力時，層面及層面以下土的自重應(yīng)力應(yīng)計(jì)入層面以上水的重力應(yīng)計(jì)入層面以上水的重力。第49頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.2建筑物的荷載通過基礎(chǔ)傳遞給地基，在基礎(chǔ)底面與地基之間產(chǎn)生接觸壓力，通常稱為建筑物的

48、荷載通過基礎(chǔ)傳遞給地基，在基礎(chǔ)底面與地基之間產(chǎn)生接觸壓力，通常稱為基底壓力基底壓力，它也是地基作用于基礎(chǔ)底面的，它也是地基作用于基礎(chǔ)底面的反力反力。計(jì)算地基附加應(yīng)力以及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都必須研究基底壓力的分布規(guī)律。計(jì)算地基附加應(yīng)力以及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都必須研究基底壓力的分布規(guī)律。實(shí)驗(yàn)表明，基礎(chǔ)底面接觸壓力的分布圖形取決于下列因素：實(shí)驗(yàn)表明，基礎(chǔ)底面接觸壓力的分布圖形取決于下列因素：地基與基礎(chǔ)的相對剛度；地基與基礎(chǔ)的相對剛度；荷載大小與分布情況；荷載大小與分布情況；基礎(chǔ)埋深大??；基礎(chǔ)埋深大小；地基土的性質(zhì)等。地基土的性質(zhì)等。基底壓力的分布和計(jì)算是個復(fù)雜的課題?；讐毫Φ姆植己陀?jì)算是個復(fù)雜的課題。

49、1 1、實(shí)測資料、實(shí)測資料柔性基礎(chǔ)柔性基礎(chǔ)（如土壩、路基及油罐薄板）（如土壩、路基及油罐薄板）的剛度很小，在垂直荷載作用下沒有抵抗彎曲變形的能力，基礎(chǔ)隨著地基一起變形，因此柔性基礎(chǔ)基底接觸壓力分布與其上部荷載分布情況相同，在中心受壓時，為均勻分布，圖的剛度很小，在垂直荷載作用下沒有抵抗彎曲變形的能力，基礎(chǔ)隨著地基一起變形，因此柔性基礎(chǔ)基底接觸壓力分布與其上部荷載分布情況相同，在中心受壓時，為均勻分布，圖3.183.18所示。所示。第50頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.21 1、實(shí)測資料、實(shí)測資料剛性基礎(chǔ)剛性基礎(chǔ)（如塊式整體基礎(chǔ)如塊式整體基礎(chǔ))本身剛度大大超過土的剛度

50、，這類基礎(chǔ)底面的接觸壓力分布圖形很復(fù)雜，要求地基與基礎(chǔ)的變形必須協(xié)調(diào)一致。本身剛度大大超過土的剛度，這類基礎(chǔ)底面的接觸壓力分布圖形很復(fù)雜，要求地基與基礎(chǔ)的變形必須協(xié)調(diào)一致。馬鞍形馬鞍形分布分布 當(dāng)荷載較小、中心受壓時，剛性基礎(chǔ)下接觸壓力呈馬鞍形分布。當(dāng)荷載較小、中心受壓時，剛性基礎(chǔ)下接觸壓力呈馬鞍形分布。拋物線拋物線分布分布 當(dāng)上部荷載加大，基礎(chǔ)邊緣地基土中產(chǎn)生塑性變形區(qū)，即局部剪裂后，邊緣應(yīng)力不再增大，應(yīng)力向基礎(chǔ)中心轉(zhuǎn)移，接觸壓力為拋物線形。當(dāng)上部荷載加大，基礎(chǔ)邊緣地基土中產(chǎn)生塑性變形區(qū)，即局部剪裂后，邊緣應(yīng)力不再增大，應(yīng)力向基礎(chǔ)中心轉(zhuǎn)移，接觸壓力為拋物線形。鐘形鐘形分布分布當(dāng)上部荷載很大、

51、接近地基的極限荷載時，應(yīng)力圖形又變成當(dāng)上部荷載很大、接近地基的極限荷載時，應(yīng)力圖形又變成鐘形鐘形。第51頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.22 2、工程簡化計(jì)算、工程簡化計(jì)算上述基底接觸壓力呈各種，應(yīng)用不便。鑒于目前尚無既精確又簡便的有關(guān)基底接觸壓力的計(jì)算方法，在實(shí)用上通常采用下列簡化計(jì)算法。上述基底接觸壓力呈各種，應(yīng)用不便。鑒于目前尚無既精確又簡便的有關(guān)基底接觸壓力的計(jì)算方法，在實(shí)用上通常采用下列簡化計(jì)算法。式式中中 p-p-基礎(chǔ)底面的平均壓力，基礎(chǔ)底面的平均壓力，kPa;kPa; N- N-上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力設(shè)計(jì)值，上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力設(shè)計(jì)值，K

52、NKN； G-G-基礎(chǔ)自重設(shè)計(jì)值和基礎(chǔ)上的土重標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)自重設(shè)計(jì)值和基礎(chǔ)上的土重標(biāo)準(zhǔn)值的總和總和，KNKN；( (G GG GA Ad d G G為基礎(chǔ)及其上填土的平均重度，常取為基礎(chǔ)及其上填土的平均重度，常取20KN/m20KN/m3 3 , ,地下水位以下部分應(yīng)扣除地下水位以下部分應(yīng)扣除10kN/m10kN/m3 3 的浮力；的浮力；d d為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)平均埋深平均埋深，須從設(shè)計(jì)地面或室內(nèi)外平均設(shè)計(jì)地面算起。，須從設(shè)計(jì)地面或室內(nèi)外平均設(shè)計(jì)地面算起。A A同下）同下） A-A-基礎(chǔ)底面面積，基礎(chǔ)底面面積，m m2 2。（。（A Ab bL L b b、L L為基礎(chǔ)的長邊、短邊）為基礎(chǔ)的長邊、

53、短邊）中心荷載中心荷載當(dāng)上部豎向荷載的合力通過基礎(chǔ)底面的形心當(dāng)上部豎向荷載的合力通過基礎(chǔ)底面的形心O O點(diǎn)時，基礎(chǔ)底面接觸壓力均勻分布，并按下式計(jì)算：點(diǎn)時，基礎(chǔ)底面接觸壓力均勻分布，并按下式計(jì)算：(3.27)AGNp如為如為條形條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)長度大于寬度的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)長度大于寬度的1010倍倍，通常沿基礎(chǔ)長度方通常沿基礎(chǔ)長度方向取向取1m1m來計(jì)算。此時公式（來計(jì)算。此時公式（3.273.27）中的）中的N N、G G值為每延米內(nèi)的相值為每延米內(nèi)的相應(yīng)值，應(yīng)值，A A即為基礎(chǔ)寬度即為基礎(chǔ)寬度b b。第52頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.22 2、工程簡化計(jì)算、工程簡化

54、計(jì)算偏心荷載偏心荷載在單向偏心荷載作用下，可將基底長邊方向取與偏心方向一致，此時兩短邊邊緣最大壓在單向偏心荷載作用下，可將基底長邊方向取與偏心方向一致，此時兩短邊邊緣最大壓. .力力P Pmaxmax與最小壓力與最小壓力P Pminmin設(shè)計(jì)值，可按材料力學(xué)短柱偏心受壓公式計(jì)算：設(shè)計(jì)值，可按材料力學(xué)短柱偏心受壓公式計(jì)算：(3.28)beARp61maxmin 式中式中 P Pmaxmax、P Pminmin.-.-基礎(chǔ)底面邊緣最大、最小壓力設(shè)計(jì)值，基礎(chǔ)底面邊緣最大、最小壓力設(shè)計(jì)值，KNKN；R-R-作用在作用在. .基礎(chǔ)底面的豎向合力設(shè)計(jì)值，基礎(chǔ)底面的豎向合力設(shè)計(jì)值，KNKN；e-e-豎向合力

55、的偏心距，豎向合力的偏心距，m;m;b-b-有偏心方向基礎(chǔ)底面邊長，有偏心方向基礎(chǔ)底面邊長，m m；第53頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.22 2、工程簡化計(jì)算、工程簡化計(jì)算當(dāng)偏心距當(dāng)偏心距eb/6eb/6eb/6時，時，P Pminmin0,0,由于基底與地基之間不能由于基底與地基之間不能. .承受拉力，此時基底與地基局部脫開，致使承受拉力，此時基底與地基局部脫開，致使基底壓力重新分布基底壓力重新分布。偏心荷載偏心荷載(3.28)beARp61maxmin為了減小地基應(yīng)力不均勻而引起過大的不均勻沉降，通常要求為了減小地基應(yīng)力不均勻而引起過大的不均勻沉降，通常要求1

56、.51.53.0 ,3.0 ,粘性土粘性土1.51.5，無粘性土，無粘性土3.03.0；minmaxpp作用于建筑物上的水平荷載，通常按均勻分布于整個基礎(chǔ)底面計(jì)算作用于建筑物上的水平荷載，通常按均勻分布于整個基礎(chǔ)底面計(jì)算。第54頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.3上面所計(jì)算的上面所計(jì)算的P P、P Pmaxmax、P Pminmin，一般不直接用來計(jì)算由建筑物荷載所產(chǎn)生的地基中附加應(yīng)力，還需要先算出基底的附加壓力。，一般不直接用來計(jì)算由建筑物荷載所產(chǎn)生的地基中附加應(yīng)力，還需要先算出基底的附加壓力。P P0 0P P(3.29)由于修造建筑物產(chǎn)生的荷載，在地基中增加的壓

57、力稱為由于修造建筑物產(chǎn)生的荷載，在地基中增加的壓力稱為附加壓力附加壓力，記為，記為P P0 0。1 1、基礎(chǔ)位于地面上、基礎(chǔ)位于地面上當(dāng)基礎(chǔ)建在地面上，基底的附加壓力，即基礎(chǔ)底面接觸壓力：當(dāng)基礎(chǔ)建在地面上，基底的附加壓力，即基礎(chǔ)底面接觸壓力：式中式中 P P0 0-基底的附加壓力，基底的附加壓力，KpaKpa； p-p-基底的接觸壓力，基底的接觸壓力，KpaKpa；第55頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.32 2、基礎(chǔ)位于地面下、基礎(chǔ)位于地面下由于建筑物基礎(chǔ)總是埋置在地面以下一定深度由于建筑物基礎(chǔ)總是埋置在地面以下一定深度(d)(d)處，在施工時要把基底標(biāo)高以上的土挖

58、除，使該處的自重應(yīng)力處，在施工時要把基底標(biāo)高以上的土挖除，使該處的自重應(yīng)力cdcd解除，可看做在基礎(chǔ)埋深處作用一與該處自重應(yīng)力相反的壓力解除，可看做在基礎(chǔ)埋深處作用一與該處自重應(yīng)力相反的壓力( (-cdcd) )，這樣，在基底處作用的附加壓力，這樣，在基底處作用的附加壓力P P0 0即為：即為：P P0 0P Pcdcd=P-=P-0 0d (3.29)d (3.29)式中式中 P P0 0-基底的附加壓力，基底的附加壓力，KpaKpa； p-p-基底的接觸壓力，基底的接觸壓力，KpaKpa；0 0-基礎(chǔ)底面標(biāo)高以上天然土層的基礎(chǔ)底面標(biāo)高以上天然土層的加權(quán)加權(quán)平均重度，如果在基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)有二

59、層土，則平均重度，如果在基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)有二層土，則)/(322112122110mkNdhhhhhh地下水位以上土的重度應(yīng)取有效重度地下水位以上土的重度應(yīng)取有效重度，d=hd=h1 1+h+h2 2。第56頁/共140頁3.5地基中的應(yīng)力分布地基中的應(yīng)力分布3.5.4地基中的附加應(yīng)力計(jì)算比較復(fù)雜。目前采用的地基中的附加應(yīng)力計(jì)算方法，是根據(jù)地基中的附加應(yīng)力計(jì)算比較復(fù)雜。目前采用的地基中的附加應(yīng)力計(jì)算方法，是根據(jù)彈性理論彈性理論推導(dǎo)出來的。因此，對地基作下列幾點(diǎn)假定推導(dǎo)出來的。因此，對地基作下列幾點(diǎn)假定：地基是半無限空間彈性體；地基是半無限空間彈性體；地基土是均勻連續(xù)的，即變形模量地基土是均勻連續(xù)

60、的，即變形模量E E和側(cè)膨脹系數(shù)和側(cè)膨脹系數(shù)各處相等；各處相等；地基土是等向的，即各向同性的，同一點(diǎn)的地基土是等向的，即各向同性的，同一點(diǎn)的E E和和各個方向相等各個方向相等。嚴(yán)格地說，地基并不是均勻連續(xù)、各向同性的半無限直線變形體。實(shí)際嚴(yán)格地說，地基并不是均勻連續(xù)、各向同性的半無限直線變形體。實(shí)際上，地基通常是分層的。例如，一層粘土、一層砂土、一層卵石，并不均勻，上，地基通常是分層的。例如，一層粘土、一層砂土、一層卵石，并不均勻，而且各層之間性質(zhì)如粘土與卵石之間差別很大。地基的應(yīng)力而且各層之間性質(zhì)如粘土與卵石之間差別很大。地基的應(yīng)力應(yīng)變特征，有時應(yīng)變特征，有時也不符合直線變化關(guān)系，尤其在應(yīng)力