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1、1第四章土的变形特性 与地基沉降计算24土的压缩性与地基沉降计算4.1概述 4.2 变形特性测试方法4.3 一维压缩性及其指标4.4 地基的最终沉降量计算4.5 饱和土体的渗流固结理论3本章特点有一些较严格的理论 有较多经验性假设和公式强调物理意义及实际应用 主线：一维压缩问题 工程中的假定 应力历史及先期固结压力不同条件下的总沉降量计算渗流固结理论及参数4土的压缩性与地基沉降计算主要难点学习要点4工程实例4土的压缩性与地基沉降计算问题： 沉降2.2米， 且左右两部分 存在明显的沉 降差。墨西哥某宫殿地基：20多米厚的粘土5Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触 6基坑开挖，引起阳
2、台裂缝 7修建新建筑物：引起原有建筑物开裂新建11层 楼房已有4 层楼房8高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除9建筑物立面高差过大主楼4层翼楼2层10建筑物过长：长高比7.6:147m39 15019419917587沉降曲线(mm)11土具有 变形特性荷载 作用地基发生沉降荷载大小土的变形特性地基厚度一致沉降 （沉降量）差异沉降 （沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用概述4土的压缩性与地基沉降计算土的特点 （碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率12变形特 性及测 试方法最终 沉降量一维压缩一维固结沉降 速率多维固结修正复杂条件下的计算公式简化条件主线、重点： 一维问题
3、！4土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法4.3 地基的最终沉降量计算4.4 饱和土体的渗流固结理论室内试验室外试验侧限压缩、三轴压缩等荷载试验、旁压试验等概述4.2 一维压缩性及其指标较复杂应 力状态？134土的压缩性与地基沉降计算4.1概述 4.2 变形特性测试方法4.3 一维压缩性及其指标4.4 地基的最终沉降量计算4.5 饱和土体的渗流固结理论14特殊应力状态一维问题侧限压缩试验轴对称问题常规三轴试验4.2 变形特性测试方法4土的压缩性与地基沉降计算一般应力状态理论拓展、经验积累室内试验旁压试验原位土荷载试验室外试验试验目的：变形、强度特性静力触探试验标准贯入试验154土的压
4、缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验二、侧限压缩试验三、普遍应力应变关系及本构模型四、现场原位试验16常规三轴试验一般三维应力状态:三轴应力状态：忽略中主应 力的影响试验目的：变形特性、强度特点、孔压发展等3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验1、常规三轴试验仪 2、固结排水试验 3、固结不排水试验 4、不固结不排水试验17p 主机系统p 稳压调压系统p 量测系统 1、常规三轴试验仪孔压传感器体变管轴向位移量测轴向力量测压力泵调压阀压力表压力室压力室底座主机马达主机框架离合器 Casagrande 1930年首先使用 ，可控制排
5、水条件；可完整 地描述试样受力、变形和破 坏的过程；可进行不同应力 路径的试验；应力状态明确 ；变形量测简单3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验18试样压力室压力水排水管 阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽测定： 轴向应变 轴向应力 体积应变或孔压横梁 量力环百分表量测体变或孔压试验方法3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验1、常规三轴试验仪19试样压力室压力水排水管 阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽l施加围压，排水阀门打开， 试样充分固结l施加(1-)时，排水阀门始终 打开，加载速度慢
6、足以使孔压 消散测定： 轴向应变 轴向应力 体积应变量测体变2、固结排水试验多用于砂性土一般先测定孔压系数B3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验20试样压力室压力水排水管 阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽类型施加3时施加13时量测固结排水固结排水体变固结不排水固结不排水孔隙水压力不固结不排水不固结不排水孔隙水压力量测体变或孔压3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验1、常规三轴试验仪21v应力应变关系松砂及正常固结粘土与围压有关 非线性 剪胀性围压小中大3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降
7、计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验2、固结排水试验22应力应变关系密砂及超固结粘土与围压有关 非线性 剪胀性 v围压小中大3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验 2、固结排水试验23应力应变关系松砂及正常固结粘土1Ei1Et变形模量：弹性模量泊松比：3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验 2、固结排水试验与围压有关 非线性 剪胀性 弹塑性24l 施加围压试样充分固结l 施加(1 -)时，阀门关 闭，可连接孔压传感器， 量测剪切过程中产生的超 静孔隙水压力 u量测孔隙水压力测定： 轴向应变 轴向应
8、力 孔隙水压力试样压力室压力水排水管 阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽3、固结不排水试验适用于各种土可用于测定孔压系数A一般先测定孔压系数B3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验25应力应变关系松砂及正常固结粘土u围压小中大3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验3、固结不排水试验26应力应变关系密砂及超固结粘土 u围压小中大3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验3、固结不排水试验27l 初始有效应力状态=0 开始l 施加围压阀门关闭试样不固结，量测超
9、静孔隙 水压力 l 施加(1 -)时，阀门关闭，可连接孔压传感器 ，量测剪切过程中产生的 超静孔隙水压力 u量测孔隙水压力测定： 轴向应变 轴向应力 孔隙水压力试样压力室压力水排水管 阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽4、不固结不排水试验适用于各种土 多用于粘性土3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验28二、侧限压缩试验4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法F 固结容器：环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等 F 加压设备：杠杆比例1:10 F 变形测量设备1、侧限压缩仪（固结仪）支架加压设备固结容器变形测量29水槽内环环刀
10、透水石 试样传压板百分表施加荷载，静置至变形稳定 逐级加大荷载测定： 轴向应力 轴向变形 时间试验结果：4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法 二、侧限压缩试验 2、试验方法P1s1e1e0Pt e stP2s2e2P3s3e330应力应变关系以正常固结粘土为例1Es1 Ee非线性 弹塑性 记忆性侧限变形模量：4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法 二、侧限压缩试验 31侧限压缩试验常规三轴试验常规三轴试验与侧限压缩试验应力应变关系曲线的比较 （趋势图）4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法32由虎克定律:侧限条件下:则:E 0.5中压缩性土0.1-0.5低压缩性
11、土 s：超固结土p1：超固结 OCR s：超固结土p1：超固结 OCR p)：p714土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法4.2 一维压缩性及其指标4.3 地基的最终沉降量计算4.4 饱和土体的渗流固结理论一、单一土层一维压缩问题二、地基最终沉降量分层总和法三、地基沉降计算的若干问题721、基本假定和基本原理理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。4土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法（a）基底压力为线性分布 （b）附加应力用弹性理论计算 （c）只发生单向沉降：侧限应力状态 （d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和
12、次固结沉降 （e）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为 各层沉降量之和：（f）根据荷载和地基条件进行修正d地面基底P732、计算步骤4土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法情况1不考虑地基回弹的情形：沉降量从原基底算起；适用于基础底面积小，埋深浅，施工快。考虑地基回弹的情形：沉降量从回弹后的基底算起；基础底面大，埋深大，施工期长。情况2d地面基底已知：地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线74d地面基底2、计算步骤情况14土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法(a)计算原地基中自重应力分布(b)基底附加压
13、力p0pp0d p0 = p - d(c)确定地基中附加应力z分布自重应力附加应力(d)确定计算深度zn 一般土层：z=0.2 sz； 软粘土层：z=0.1 sz； 一般房屋基础：zn=B(2.5-0.4lnB)； 基岩或不可压缩土层。沉降计算深度sz从地面算起；z从基底算起； z是由基底附加应力 p-d 引起的752、计算步骤情况14土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法(a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0(c)确定地基中附加应力z分布(d)确定计算深度znd地面基底pp0d自重应力附加应力沉降计算深度(e)地基分层Hi不同土层界面
14、； 地下水位线； 每层厚度不宜大于0.4B或4m； z 变化明显的土层，适当取小。(g)各层沉降量叠加Si(f)计算每层沉降量SisziziHi76d地面基底2、计算步骤情况24土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法(a)计算原地基中自重应力分布(b)计算开挖后地基中自重应力分布(c)确定地基中附加应力z分布pszizi下同情况1自重应力附加应力77对正常固结土地基两种情况的比较d地面基底计算 起点d地面基底计算 起点S0计算应力p1基底附加应力计算应力p2状态变化sz从地面算起； p情况1情况24土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算二
15、、地基最终沉降量分层总和法对应于S078ee1ie2iszi p2izi4土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算3、计算公式（a）用e-曲线计算二、地基最终沉降量分层总和法d地面基底pp0d自重应力附加应力沉降计算深度sziziHi794土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算3、计算公式（a）用e- 曲线计算二、地基最终沉降量分层总和法Ai规范法0zi0z(i-1)附加应力p0zi-1zi平均附加应力系数 (教材表44，讲义附表41)80正常固结土（b）用e-lg 曲线计算4土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法3、计算公式d地面基底pp0d自重应力附加应力沉降计算深度sziziHi814土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法3、计算公式d地面基底pp0d自重应力附加应力沉降计算深度sziziHipi超固结土（b）用e-lg 曲线计算82考虑地基回弹的沉降量计算条件：原地基为正常固结土，已知e-lg 曲线基底面积大，埋深大，施工期长 回弹后正常固结土变为超固结土 沉降量从回弹后的基底算起第i层地基：沉降量Si = 再压
