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1、第3章 土的压缩性与,土力学,教学课件,地基沉降计算,函他窗俊韭滁盔紫榴寡覆燃复迷钵挞扣牌唉宝挎帐优天秒震挪舀牌枉署占土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,本章研究土的压缩性与地基沉降计算，这部分内容为土力学的重点。因为不少建筑工程事故，包括建筑物倾斜、建筑物严重下沉、墙体开裂、基础断裂，等等，都是土的压缩性高或压缩性不均匀，引起地基严重沉降或不均匀沉降造成的。,客观地分析：地基土层承受上部建筑物的荷载，必然会产生变形，从而引起建筑物基础沉降。当建筑场地土质坚实时，地基的沉降较小，对工程正常使用没有影响。但若地基为软弱土层且厚薄不均，或上部结构荷载轻重变化悬殊时，基
2、础将发生严重的沉降和不均匀沉降，其结果将使建筑物发生上述各类事故，影响建筑物的正常使用与安全。,分析地基土层发生变形的主要因素：其内因是土具有压缩性；其外因主要是建筑物荷载的作用。因此，为计算地基土的沉降，必须研究土的压缩性；同时研究在上部荷载作用下，地基中的应力分布情况。,扫顷孔排胁次罕李拟不打贸吞屹极坑熊须绪厉赫甭才崖昨利限堕饶摈跳层土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,1、土的压缩性大,外因 建筑物荷载作用。这是普遍存在的因素。 地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载=(-)h 施工影响，基槽持力层土的结构扰动. 振动影响，产生震沉。 温度变化影响，如冬季冰
3、冻，春季融化 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。,2、地基土产生压缩的原因,蜀辐犊廊呕流潘疮棉憨乃各凄补憋蕊烧粪熟蛰芍姿度雀囤铅挎训驶疚函裤土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,内因 土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分: 固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来说无意义； 土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载（100600）Kpa作用下，很小，可忽略不计； 土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土的孔隙减小。,2、地基土产生压缩的原因,土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。,上述因素中，建筑物荷载作用是主要外因，通过土中孔隙的压缩这一
4、内因发生实际效果。,速稽菏绵唾柳落萎察橙乖留听芭潦课泛姓弟板傣诫祸网牡撂锄颅镀汉联够土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,应力的基本概念 土体中任一点中的应力状态，可根据所选定的直角坐标ox,oy,oz,用x,y,z和三对剪应力 xy=yx,yz=zy,zx=xz，一共六个应力分量来表示。,1、土体中的应力,被时补抒仓阿贯漆悟争铁相瞎宪佃明仲四骆掠峡贿追柴咒铭精京谬快拢凭土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,应力的基本概念,1、土体中的应力,法向应力的正负 剪应力的正负,勃草安涪榔杜爽艘幅巳河起棺游睫茶嘻囚啡谚奈汽贮烂或纫疆灿诺廊讳绥土力
5、学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,材料的性质,1、土体中的应力,材料力学研究理想的均匀连续材料 土力学研究非均匀连续材料，土由固体、液体、气体三相组成的粒状材料。,严格地说，土力学不能应用材料力学中的应力概念。但从工程角度看，土的颗粒很微小，通常比土样尺寸小很多。例如，粉粒的粒径范围d=(0.050.005)mm,压缩试验土样80mm,d(1/16001/16000) 。因此，工程上可以采用材料力学的应力概念。,计摄烹疥橱躁字庸兑诽痹蕾豫钧叭玛响稍姐研蓬寥购气疆洪诺涕祝型聊芜土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,cz=z(kPa）(3.1
6、),水平土层中的自重应力设地面为无限广阔的水平面，土层均匀，土的天然重度为。在深度为Z处取一微元体dxdydz，则作用在此微元体上的竖向自重应力cz(如图3.2所示)为：,1、土体中的应力,水平方向法向应力为:,cx=cy=k0cz(kPa) (3.2),式中 k0比例系数，称静止侧压力系数. k00.330.72,此微元体在重力作用下没有侧向变形和剪切变形；作用在此微元体上的剪应力为:,xy=yz=zx=0 (3.3),颅妆至蕴酸盏叠拒萌沈夺关丑凭悦帛茶蜘荒铸轨仇晃绳拾祝王拈优畅馅瓶土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,主应力凡剪应力0的平面上的法向应力，称为主应
7、力，此平面称为主应面。cz为大主应力，cx=cy为小主应力。,1、土体中的应力,摩尔圆,在的直角坐标系中，在横坐标上点出最大主应力1与最小主应力3，再以13为直径作圆，此圆称为摩尔应力圆。微元体中任意斜截面上的法向应力与剪应力，可用此摩尔圆来表示。见“4.2 土的极限平衡条件”。,申睹被浆罗擅绕稼怪舒浚腊撼铬惑岗硅赶胶帜疡迁寒段惩掖诸召峻达采炎土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,单轴压缩试验 圆钢试件轴向受拉 应力与应变关系呈直线关系。=0时,=0;=1时,=1。卸荷后由原来应力路径回到原点O，即为可逆，如图（3.3a）所示。钢材应力与应变之比值称为弹性模量E（E
8、/）。,2、土的应力与应变关系及测定方法,圆柱土体轴向受压 应力与应变关系为非线性,呈曲线,如图3.3(b)所示。通过曲线上两点A，B的割线的斜率d/d的比值称为变形模量E0。(E0d/d),拢达奉畸群砸吕垣变蓄剥嗜雄道冬计薄确翱脊孵轻匀担场辛娶铺锯罢塌形土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,侧限压缩试验 土样圆面积为50cm2，厚度为20mm的侧限土体竖直单向受压，土的孔隙比e减小，土体受压缩。此时，z/z的比值称为土的侧限压缩模量ES。试验结果如图3.3(c)所示。,2、土的应力与应变关系及测定方法,试验前0，孔隙比为e0，当加大时，孔隙比减小，呈曲线ab。当压
9、力为i时，孔隙比减小为ei，卸荷至零,曲线为bc，孔隙比增大为ei,孔隙比并未恢复到e0。e0-ei为残留变形塑性变形；ei-ei为弹性变形，这是土体压缩的一个重要性质。,中盟踢炽勒色奎钠锚汞见息涟铱兼贫传糖葬忌元榨渴才汾迟剔丁涛霸翔泪土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,直剪试验 此实验可以测量土样的剪应力、剪变形和抗剪强度。,2、土的应力与应变关系及测定方法,三轴压缩试验 此实验可以测量土体的应力与应变关系和土的抗剪强度。,啄盎憨秒享沟辨伞澄碘庶潘浙淌髓莎烁颤陵氮导恤历作选戮摄雹诱秸郡矗土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,精确法根据
10、土体应力应变曲线，建立数学模型，用计算机进行计算分析。土的应力应变数学模型包括： E弹性模型 KG模型 沈珠江模型 弹塑性应力应变关系数学模型,3、工程应用,简化法 当应力较小时，可假设土体为线性弹性体。 当应力很大时，可假设土体为刚性塑性体。,上述简化法，计算方便，误差为工程所允许，因此在目前工程建设中广泛采用。,法年诉凭兢坡盾饼湾揉季毗袱瞅林酞逢汤脸槐廉重哆曳怕堰潦腆朴栖沏雨土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,准备甲、乙两个直径与高度完全相同的量筒，在这两个量筒底部放置一层松散砂土，其质量与密度完全一样。如图3.4所示。,有效应力原理是土力学中的一个重要的原理
11、。这是近代土力学与古典土力学的一个重要区别：古典土力学用总应力来研究土的压缩性和土的强度；现代土力学用有效应力来研究土的力学性，它更符合科学性。,1、有效应力用表示，有效应力能使土层发生压缩变形，从而使土体的强度发生变化。,2、孔隙水压力用u表示，孔隙水压力不能使土层发生压缩变形。,教纺这埔辽拱靳颜否建亭淑诧萧蛇儒翰衡梦碱辖埂刚内恕裸眷苯仙缉赃娱土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,饱和土体所承受的总应力为有效应力与孔隙水压力u之和，即：,(3.4),(3.4),行园水测叛皇线判急份铬舅碟驭返原劳封事赵甄娥刨默屿湘赂器凳板埂趴土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-
12、土的压缩性与地基沉降计算,=wh1+sath2(3.5) u=whA=w(h1+h2)(3.6) =-u= wh1+sath2- w(h1+h2)=(sat-w)h2=h2,据有效应力原理：当地面以上水深发生升降变化时，可以引起土体中总应力的变化。但有效应力与水深无关，不会随水深的升降而发生变化，同时土的骨架也不发生压缩或膨胀。,地面以上水位的升降，不会引起有效应力的变化；地面以下水位的升降，将引起有效应力的变化。,钳翱灭寅罐趟脱赵麻赌敛时院拼匠圾桂耗潜嗓诊庙弄汾耐和询忧灭来惠去土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,侧限条件指侧向限制不能变形，只有竖向单向压缩的条件
13、,1、试验仪器,侧限条件在建筑工程中的应用：当自然界广阔土层上作用着大面积均布荷载的情况为侧限条件。一般工程与侧限条件近似，通常可以应用此条件。,压缩性指标通常由侧限压缩试验测定。侧限压缩试验通常称固结试验。,2、试验方法 用环刀切取原状土样，用天平称质量。 将土样依次装入侧限压缩仪的容器： 加上杠杆，分级施加竖向压力i。一般工程压力等级可为25，50，100，200，400，800Kpa. 用测微计（百分表）测记每级压力后的稳定读数。 计算每级压力稳定后试验的孔隙比eI。,鹃刽赫只淡临损伸锄蓑疹敞逐渔紊谓故妈壹钧摸姐碳剔岗悼真匆睡涨史拟土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基
14、沉降计算,3、试验结果,采用直角坐标系，以孔隙比e为纵坐标，以有效应力为横坐标，绘制e 曲线，见图3.7。,经竟框针孺绝门距刀寞忌鞠靳充均还棉截运毫死偷静苯瞎皇堂岿象帐洗吝土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,1、土的压缩系数,采用直角坐标系，以孔隙比e为纵坐标，以有效应力为横坐标，绘制e 曲线，见图3.7。,(3.8),式中 ,压缩系数，表示在单位压力增量作用下土的孔隙比的减小。因此，压缩系数值越大，土的压缩性就越大。,对于同一种土，e- 曲线的斜率随 增大而逐渐变小，压缩系数非定值而是一个变量。,芦骂查歪植命汰诞娱垣署片号啸棚铺鸳胃偷海呢靡忧馆完泞痪摆评七帚董土
15、力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,1、土的压缩系数,为便于各地区各单位相互比较应用，规范规定：取1100kPa至2200kPa这段压缩曲线的斜率12，作为判别土的压缩性高低的标准。即： 当 120.1Mpa-1 时， 属低压缩性土； 0.1120.5Mpa-1 时， 属中压缩性土； 120.5Mpa1时， 属高压缩性土。,各类地基土压缩性的高低，取决于土的类别、原始密度和天然结构是否扰动等因素。,例如：密实的粗砂、卵石的压缩性比粘性土为低。粘性土的压缩性高低可能相差很大：当土的含水量高、孔隙比大时，如淤泥为高压缩性土；若含水量低的硬塑或坚硬的土，则为低压缩性土。此
16、外，粘性土的天然结构受扰动后，它的压缩性将增高，特别对于高灵敏度的粘土，天然结构遭到破坏时，影响压缩性更甚，同时其强度也剧烈下降。见图3.9,散曹倔肋孽颧荆跪蛋兼挥坟帛伺守察亮泽节候倔门贴挂瘁碾壳雪淹频筏左土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,2、压缩指数Cc,随着高层建筑的兴建和重型设备的发展，常规侧限压缩仪的压力范围太小，可采用高压固结仪，最高压力可达3200Kpa。 高压固结仪的试验原理与试验方法同常规固结仪，试样面积由50mm2改为30mm2,加压杠杆比由1:10提高为1:12。,试验结果以孔隙比e 为纵坐标，以对数坐标为横坐标表示 ，绘制e 曲线，如图3.10所示。此曲线开始一段呈曲线，其后很长一段为直线，即曲线的斜率相同，便于应用。此直线段的斜率称为压缩指数Cc，即,(3.9),庭南更嗅斡蝎渴抓淆回袜球挞你酞列陇羹杂掩哨旱锋尔忍睦亏揣罗洗陋综土力学-土的压缩性与地基沉降计算土力学-土的压缩性与地基沉降计算,2、压缩指数Cc,CC为一无量纲的小数，其值越大，说明
