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1、任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 地基土压缩的原因 a）外因： i）建筑物荷载作用（外因主要因素）； ii）地下水位大幅下降； iii）施工影响； iv）震动影响； v）温度变化影响； vi）浸水下沉。 b）内因： i）土中孔隙的压缩（发生实际效果） 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 土的压缩性是土在压力作用下体积缩小的过程； 土的固结是土在压力作用下其压缩量随时间的增长而增长的过 程； 土体的压缩指标：a）压缩系数a；b）压缩指数Cc；c）压缩模 量Es；d）变形模量Eo 压缩指标测定方法：室内试验、原位测试 任务3 地基变形的计算 任
2、务3-1 土的压缩性 一、理论知识 1. 固结试验及压缩性指标 （1）测限压缩试验（固结试验） 测限：限制土样侧向变形 目的：测定试样在测限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压 力的关系，变形和时间的关系，计算土的各项压缩指标。 仪器：压缩仪 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 1. 固结试验及压缩性指标 （1）测限压缩试验（固结试验） 试验方法：逐级压缩固结，测定各级压力Pi下土样压缩稳定后的孔隙比e。 步骤：一般按P=50kPa，100kPa，200kPa，300kPa，400kPa五级加荷，测定各 级压力下的稳定变形量hi，然后计算响应的孔隙比ei Gs,
3、 wo, po, ho分别为土粒比重、土样的初始含水率、初始密度和土样原始高 度。 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 1. 固结试验及压缩性指标 （1）测限压缩试验（固结试验） 压缩曲线： a）越陡压缩性越高； b）越缓压缩性越低。 根据eP曲线可确定土的压缩系数a、压缩模量Es。 根据elgP曲线可确定土的压缩指数Cc。 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 1. 固结试验及压缩性指标 （2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Es a）压缩系数：土体在测限条件下，孔隙比减小量与竖向有效压应力增量 的比值。 当压力变化范围不大，土的压缩曲
4、线可近似用图中的M1M2割线代替。 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 1. 固结试验及压缩性指标 （2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Es a）压缩系数： 为了方便应用和比较，各种规范中提出P10.1MPa, P20.2MPa时用相对应的压缩系数a0.1-0.2来评价土的 压缩性。 a）a0.1-0.2=0.5MPa-1，为高压缩性土。 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 1. 固结试验及压缩性指标 （2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Es b）压缩指数：土体在测限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力常用对数值 增量的比值。
5、Cc值越大，土的压缩性越高 a）Cc0.2，为低压缩性土； b）0.2=Cc0.4，为高压缩性土。 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 1. 固结试验及压缩性指标 （2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Es c）压缩模量Es（测限压缩模量）：土体在完全测限条件下的竖向 应力增量与相应的应变增量的比值。 Es与a成反比，a越大，Es 越小， 土的压缩性越高； 压缩模量Es不是常数。 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 1. 固结试验及压缩性指标 （2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Es c）压缩模量Es（测限压缩模量）： 在工程上
6、，常采用Es(0.1-0.2)作为判别土压缩性高低的标准。 当， 15MPa时，属低压缩性土。 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 1. 固结试验及压缩性指标 （3）土的回弹曲线和再压缩曲线 c）压缩模量Es（测限压缩模量）： 土的压缩变形是由弹性变形和残余变形两部分组成的。 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 2. 现场载荷试验及变形模量 （1）现场载荷实验 任务3 地基变形的计算 任务3-1 土的压缩性 一、理论知识 3. 土的应力历史 概念：指土层在地质历史发展过程中所形成的先期应力状态以及这个状态 对土层强度与变形的影响。 （1）先期
7、固结压力 概念：土层在历史上曾经承受过的最大固结压力，用Pc表示。 方法：elgP曲线来确定或经验做图法。 （2）土的固结状态 i）Po=Pc，正常固结； ii）PoPc，欠固结土。 任务3 地基变形的计算 任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识 1. 与沉降有关的基本知识 （1）地基沉降的基本概念 概念：地基沉降量是指地基土压缩变形达固结稳定的最大沉降 量，或是指地基土在外荷载作用下，变形完全稳定时基底处的 最大竖向位移。 形成原因：a）附加应力引起；b）欠固结土的自重应力；c）地 下水下降；d）水的渗流 研究目的：确定建筑物最大沉降量、沉降差、倾斜以及局部倾 斜，判断是否超过允许值，以便
8、为建筑物设计时采取相应的措 施提供依据，保证建筑物的安全。 任务3 地基变形的计算 任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识 1. 与沉降有关的基本知识 （2）地基沉降的组成 总沉降可以分为初始沉降Sd、固结沉降Sc和次固结沉降Ss。 S=Sd+Sc+Ss 任务3 地基变形的计算 任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识 1. 与沉降有关的基本知识 （3）土的性质对沉降的影响 a）砂土地基：初始沉降是最主要的； b）饱和软粘土地基：固结沉降是最主要的； c）计算方法：初始沉降弹性力学； 固结沉降分层总和法； 次固结沉降分层总和法。 任务3 地基变形的计算 任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知
9、识 2. 分层总和法 分别计算基础中心店下地基各分层土的压缩变形量Si， 基础的总沉降量S等于Si的总和。 任务3 地基变形的计算 任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识 2. 分层总和法 分层总和法计算过程： （1）将土分层 分层原则：ad （2）计算自重应力 arh （3）计算附加应力 详见任务2-4 任务3 地基变形的计算 任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识 2. 分层总和法 分层总和法计算过程： （4）压缩（受压）层下限的确定 在实际工程计算中，采用基底以下某一深度作为基础沉降计算的下限深 度。以下式作为确定条件： dzn深度zn处的附加应力；dczn深度zn处的自重应力 当z
10、n深度以下存在较软的高压缩土层时，实际计算深度还应加大，对软黏 土应该加深至 任务3 地基变形的计算 任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识 2. 分层总和法 分层总和法计算过程： （5）计算各分层的自重应力，附加应力平均值 将薄层底面与顶面的计算值相加处以2即可。 （6）确定各分层压缩前后的孔隙比 由各分层平均自重应力、平均自重应力与平均附加应力之和， 在相应的压缩曲线上，可查得初始孔隙比e1i、压缩稳定后的孔 隙比e2i。 （7）计算地基最终变形量 任务3 地基变形的计算 任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识 1. 饱和土的渗透固结理论 （1）渗透固结 概念：指饱和土随着土
11、中孔隙消散而逐渐压缩的过程。 工程上都哦那个渗透固结理论来研究饱和土的压缩变形。 （2）两种压力 a）有效压力：由骨架承受的压力，使土骨架的形状和体积发生 变形，使土体具有一定的抗剪强度； b）孔隙水压力：由孔隙水承受的压力，不改变土体形状，也不 能产生抗剪强度。 任务3 地基变形的计算 任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识 2. 太沙基单向渗透固结理论 （1）基本假设 a） f）p65 （2）固结微分方程的建立 饱和土体单向渗透固结微分方程 固结微分方程的解 任务3 地基变形的计算 任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识 3. 固结度及其应用 （1）固结度Ut 指地
12、基在承受荷载后的任一时刻t的沉降量 St与最终沉降量S的比值 Ut=St/S 则某一时刻的竖向平均固结度为 采用第一项为解 任务3 地基变形的计算 任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识 3. 固结度及其应用 （2）各种不同承载情况下固结度的计算 饱和粘性土层实际附加应力的分布情况可归纳成四种类型： a）情况A。附加应力图形为矩形，根据Tv值查表3-4得到固结度Ua； b）情况B。应力图形为三角形，通过三角形的顶点排水，相当于大面积新 沉积土层在自重作用下产生固结的情况，根据Tv值由表3-4查得固结度UB; c）情况C。应力图形为三角形，通过三角形的底面排水，土层底面附加应 力已接近于零，根据Tv值由表3-4查得固结度UB； d）情况D。应力图形为梯形，向上面排水，当应力图形为上大下小时，与 情况A相似，但底面的附加应力远大于零；当应力图形上小下大时，相当 于在自重应力作用下，尚未固结，就在上面建造建筑物。 任务3 地基变形的计算 任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识 4. 沉降与时间关系曲线的修正 假设：施工期间荷载随时间增加是线性的，完工后，荷载不在 增加，成为常数； 修正原则：渐增荷载由零增加到P1，经过时间t1所产生的沉降 量，等于突加荷载P1经过t1/2时间所产生的沉降量。
