結(jié)構(gòu)工程課件1土力學(xué)第五章

第五章土的壓縮性和地基沉．第一．第二．第三．第四

第一節(jié)土的壓縮性是指土在壓力作 積縮小的特性

(～60P)透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長第二節(jié)研究土壓縮性的試驗(yàn)及指標(biāo)室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)亦稱固結(jié)試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置：壓縮剛性護(hù)

荷環(huán)環(huán)刀內(nèi)徑通常有面積為30cm2和

土透水 底常規(guī)荷級p為： 、 、 30400kP每一級荷載要求2在1的壓縮量不超0.005m時，認(rèn)變形已經(jīng)定，并測定穩(wěn)定時的總壓縮量H，慢速壓。*高壓固結(jié)加荷等級p為：、、kPa…壓縮試驗(yàn)過(一)e-pH～p關(guān)系，據(jù)此推導(dǎo)土樣的孔隙比與加荷等級之間的e～p

變形量為 土粒高度在受H H

e(1ws0000H0整 ee(1ws0000H0

1e0 1 得到各級荷載p所對應(yīng)的e，可繪出e～p曲線及e～lgp e-pe 曲線曲線

曲線A壓縮性＞曲線B e-p根據(jù)e-p曲線可以得到兩個壓縮性指1.壓縮系數(shù)2.壓縮模量壓縮系數(shù)斜率ae＝e1M p21add

ae＝

ee-p曲

p2壓縮系數(shù)與土所受的荷載大小有關(guān)?！兑?guī)范》用100kPa、p2＝200kPa對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評價土的壓縮a1-2＜0.1MPa-1低壓縮性0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中壓縮性a1-2≥0.5MPa-1高壓縮性壓縮模量土在完全側(cè)限條件下豎向應(yīng)力增量Δp與相應(yīng)的應(yīng)變增Δε的比值，稱為側(cè)限壓縮模量，簡稱壓縮模量，用Es p 1 H1無側(cè)向變形，即橫截面積不變，根據(jù)土粒所占高度不變的條件，H可用相應(yīng)的孔隙比的變化ee1e2

H H1

H

e2

e111 1 111

1

1E

1 H e1 說明：壓縮模量也不是常數(shù)，而是隨著壓力大小而變土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)a成反比，Es愈大，愈小，土的壓縮性(二)e-lgp線，這是這種表示方法區(qū)別于e～p曲線的獨(dú)特在e-lgp曲線壓縮指數(shù)回彈指數(shù) e1 e1 lg lg lg Cc值越大，土的壓縮性越高，低壓縮性土的Cc一般(2)回彈指數(shù)土的回彈-再壓

現(xiàn)場力架法及堆重平力法兩類?，F(xiàn)場載荷試驗(yàn)通常還進(jìn)行卸荷試驗(yàn)，并進(jìn)行沉降() α

642642351地基土現(xiàn)場載荷試驗(yàn)p-s曲地基變在p-s曲線中，當(dāng)荷載p小于某數(shù)值時，荷載p根的 ：E0

s式中:p為直線段的荷載強(qiáng)度，kPa；ω為沉降影響系數(shù)，對剛性載荷板取ω=0.88(形板)ω=0.79（圓形板）彈性破 1主應(yīng)1主應(yīng)力差σ1-軸向應(yīng)（4）關(guān)于用彈性理論估算建筑物的初始瞬時沉降。理論上可得到壓縮模量與變形模量間的換算關(guān)E0式

2 1

2K由于0≤μ≤0.5，所以0≤β≤1。l**三土的應(yīng)力歷史和固結(jié)狀態(tài)簡便明了的方法是卡薩格蘭德(Cassagrande)1936年分線A2，與e-lgp長線交于B3土層天然固結(jié)狀態(tài)的定量指標(biāo)――超固結(jié)比OCR 第三節(jié)地計算理論：采用布辛奈斯克課題的位移點(diǎn)荷載作用下地利用布辛奈斯克位移解，地表沉降為s Q(12 Q(12 x

y

QrMzs 性模量；μ為泊松QrMzs絕對分布荷載時，利用點(diǎn)荷載在荷載分布面積上積分均布荷載時，積分可得角點(diǎn)的沉降scsc

(12)bmln1

m2ln(m m21)m2cp0

(12)E

mlb矩形面積的長寬比；p0為基底c稱為角點(diǎn)沉降系數(shù)，即單位矩形均布荷載在角點(diǎn)引起的 稱為角點(diǎn)沉降影響系數(shù)，是長寬比的函數(shù)，可查1 1s04

c2p0

E式中 o稱為中點(diǎn)沉降影響系(是長寬比的函數(shù))，可表-比o。s(x,

1

由表得。對應(yīng)某一長寬比，cm0。絕對剛性基礎(chǔ)s10 0

r 稱為剛性基礎(chǔ)的沉降影響系數(shù)，可查表5-基底傾斜(傾角)可由彈性力

tg

12

tg

1E

d8K式中b為偏心方向的邊長；e為合力的偏心K為計算系數(shù)，可按基礎(chǔ)長寬比l／b由圖查P為傳至剛性基礎(chǔ)上的合力大小e e /

2 5 78910.0絕對剛性基礎(chǔ)傾斜計算系數(shù)K的沉降代基本假．地基是均質(zhì)、各向同性的半無限線性．在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變形，可采用側(cè)限條件下的壓縮性計算步

eiai

e2i

ai(p2ip1i)

1

1

1 Hi為第i分層土的厚e1i為對應(yīng)于第i分層土上、下層面自重應(yīng)力值的平均值p1i從土的

p1i

c(i1)2平均值pi之和p2i從土的壓縮曲線上得到的孔隙pi

z(i1)2

ssi式中n為沉降計算深度范圍內(nèi)的分層

計算簡i i i

i

z

計討 s z nE E —

s

p0——i1

地基地基沉降計算深度1 第i 第n

i-i-15114343利用附加應(yīng)力面積A的等代值計算地基任意深度范圍內(nèi)沉降量，因此第i層沉降量sss

Ai

(zi

i1 i

inn0(z i)Eii層地基最終沉降量 nn

z簡化方法算深度也可按下列簡 計算znb(2.50.4ln式中：b——基礎(chǔ)寬度。在計算深度范圍內(nèi)存在基巖 3.沉降計算經(jīng)驗(yàn)Ess s 4.計算應(yīng)力面積法可以減少劃分的層5【】柱獨(dú)形，知礎(chǔ)面為深地基為粉質(zhì)粘， 水距天然地面。上部荷重至礎(chǔ)＝,土關(guān)計資下。分用總法規(guī)法基94Pa）

e

50

300 【A每層厚度hi＜0.4b=1.6m

0

p p A)σzzn00確定根據(jù)σz=0.2σc的確定原則，由計算結(jié)果，取根據(jù)e-p曲線，計算hσz+e1i-1+0按分層總和法求得基礎(chǔ)最終沉降量為s=ΣsiBσc、σz分布及p0確定各土層 1 ( 列表計算各層沉降量(修改 100根據(jù)計算表所示△z=0.6m,△sn=0.9mm＜0.025Σsi沉降修正系數(shù)

??滿足規(guī)范根據(jù)Es=6.0MPafk=p0，查表得到ss=ss**特殊條件下地基的沉降計算--薄壓縮層根據(jù)側(cè)限壓縮條件，地基沉降se1e2ha

hz1 1 第四節(jié)飽一、1015。 有效超靜孔隙水壓力u是外荷p在土孔隙水中所引起的超靜壓力,通常簡稱孔隙水壓有效應(yīng)力σ是由土骨架傳遞的壓力，即的過程，在任一時刻，有效應(yīng)力σ和孔隙水壓力u之和始等于飽和土體的總應(yīng)力

飽和土體效應(yīng)力pAA水圓 彈土體滲流固 飽和土地基的一維固結(jié)理論(Terzaghi

有效應(yīng)力原

荷載p，土中附加HH巖

u0起始孔單面排水地基固 雙面排水地基固12345.在滲透固結(jié)過程中，土的滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a6.外 瞬間施微分方程及解根據(jù)水流連續(xù)性原理、達(dá)西定律和有效應(yīng)力原理，建結(jié)微分

2 c z cv——土的固結(jié)系數(shù)，m2

滲透固結(jié)土的孔隙 初始條件與邊界t=0，0≤z≤H時0＜t≤∞，z＝H時，u0＜t≤∞，z＝0時t=∞，0≤z≤H采用分離變量法，求 級數(shù) 4

1

m

/

z vcH2t vcH2tVm——正奇整數(shù)H——待固結(jié)土層最長排水距離(m)，單面排土層厚度，雙面排水土層取土層 z應(yīng)力)圖面積之比，稱為t時刻土層的平均固Ut t 起始超孔隙水壓力圖面 起始超孔隙水壓力圖面Ut也可表示為：地基固結(jié)過程中任一時刻t的固結(jié)量st與其最終固結(jié)沉降量sc之比UUtsct素曲線，確定相應(yīng)1212345情況1

透水面上的附加應(yīng)力情況2情況3的底面引起的附加應(yīng)力已接近于零情況4情況5 1 1 4vt當(dāng)起始超孔隙水壓力u沿深度為矩形分布，此時=1，即型，固結(jié)度Ut可由下式 184Tv0當(dāng)起始超孔隙水壓力u沿深度為三角形分布，此時=0，即型，固結(jié)度Ut可由下式 14Tv1對不同值時的固結(jié)度，可先求得U0和U1UU2U0(11雙面排水情況下，土層任一時刻t的固結(jié)度Ut的近似值UUt1284TCvvHTCvvH同的固結(jié)度，所需歷時應(yīng)減少為原來的 二是推算達(dá)到某一固結(jié)度Ut（或某一沉降st）所需的時間t 例題=荷一年后的沉降量②地基固結(jié)度達(dá)Uz=0.75時所需要的歷時③若將此粘土層下部改為透水層，則Uz=0.75時所需歷時pH

【固結(jié)系k(1e1

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