《土力学 第4章 土的压缩性与地基沉降计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学 第4章 土的压缩性与地基沉降计算（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算第4章 土的压缩性与地基沉降计算4.1 概述 4.2 土的压缩试验与压缩性指标 4.3 地基沉降计算 4.4 饱和粘性土地基沉降与时间的关系土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 概 述如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本 身的自重应力，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的 荷载产生的附加应力作用，这都将导致地基土体的变形。在附加应力作用下，地基土土体变形，从而将引起建筑物沉降。为什么要研究沉降？基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建 筑物的正
2、常使用，甚至会危及建筑物的安全。土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算墨西哥某宫殿左部：1709年 右部：1622年 地基：20多米厚粘土工程实例问题： 沉降2.2米，且左右两部分存在明显的 沉降差。左侧建筑 物于1969年加固土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算基坑开挖，引起阳台裂缝土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算新建筑引起原有 建筑物开裂土力学土
3、力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算建筑物立面高差过大土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算47m39 15019419917587沉降曲线(mm)建筑物过长：长高比7.6:1长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝中部沉降大“八”字形裂缝土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。 l 土的压缩可以只看做是土中水和气体从孔隙中被挤出； l
4、 土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧，土孔隙体积减小 l 饱和土则主要是孔隙水的挤出。基本概念土的压缩变形的快慢与土的渗透性有关透水性大的饱和无粘性上，完成压缩变形的过程短； 而透水性小的饱和粘性土，压缩变形稳定所需的时间长。 土的固结：土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。 压缩性试验室内试验方法压缩试验现场测试荷载试验。土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.2 土的压缩试验及压缩性指标（一）固结试验及压缩曲线 （1）试验简介支架加压设备固结容器变形测量百分表加压上盖试样透水石护环环刀压缩 容器土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计
5、算土的压缩性与地基沉降计算（2）利用受压前后土粒体积不变和土样截面面积不变两 个条件，可求土样压缩稳定后孔隙比ei式中 e0 为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算根据固结试验各级荷载pi相应的稳定 压缩量Si，可求得相应孔隙比ei1e0固体颗粒孔隙建立压力p与相应的稳定孔隙比的关系曲线，称为土的压缩曲线。（3）压缩曲线（e-p曲线）的绘制土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算两种绘制方式:a、普通坐标绘制 b、半对数直角坐标绘 制e-p 曲线特征： 曲线初始段较陡，土
6、的压缩量较大;曲线后段逐渐平缓，土的压缩量随之减 小 不同的土类，压缩曲线的形态有别。密实砂土的e-p 曲线比较平稳；软粘土的e-p 曲线较陡，说明土的压缩性较高。土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算（二） 压缩性指标评价土体的压缩性通常有如下指标：u 压缩系数u 压缩模量u体积压缩系数u压缩指数u回弹指数u弹性模量土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算（1 1）土的压缩系数）土的压缩系数 e-p 曲线上任一点处的斜率，当 压力变化范围不大时，可将 M1M2 一小段曲线用割线来表示。（4-2） 图5-4 由e-p曲线
7、确定压缩系数思考：P1、P2的意义？土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算p1、p2 的确定与压缩性的评价 工程实践中，通常采用压力间隔p1=100kPa 至p2=200kPa时对 应的压缩系数1-2来评价土的压缩性。压缩系数：0100200 3000.60.70.80.91.0epep(kPa)土的类别a1-2 (MPa-1)高压缩性土0.5中压缩性土0.1-0.5低压缩性土1 超固结土 OCRp 当p20附加应力:z=p超静孔压: u =0有效应力:z=p土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算p不透水岩层z排水面H
8、u0=pu ：超静孔压 z ：有效应力 p ：总附加应力 u+ z =pu0：初始超静孔压z dz微单元t时刻dzdy dx微小单元（dxdydz）微小时段（dt） 土的压缩特性 有效应力原理 达西定律渗流固结 基本方程土骨架的体积变化 孔隙体积的变化 流入流出水量差连续性 条件zu二 一维渗流固结理论土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算dt时段内：孔隙体积的变化流出的水量dzdy dxz 水量变化为：q：单位时间内流过单位水平横截面积的水量孔隙体积变化为：e1：渗流固结前初始孔隙比土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降
9、计算dt时段内：孔隙体积的变化流出的水量dzdy dxz水量变化为：孔隙体积变化：所以：土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算dt时段内：孔隙体积的变化流出的水量达西定律:土的压缩性：有效应力原理：孔隙体积的变化土骨架的体积变化u - 超静孔压土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算uCv 反映土的固结特性：孔压消散的快慢固结速度uCv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比；u单位：cm2/s；m2/year，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级F 固结系数:土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的
10、压缩性与地基沉降计算反映了超静孔压的消散速度与孔压沿竖向的分布有关 是一线性齐次抛物型微分方程式，与热传导扩散方程形式上完全相 同，一般可用分离变量方法求解 其一般解的形式为：只要给出定解条件，求解渗透固结方程，可得出u(z,t)F 渗透固结微分方程：土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算p不透水z排水面 Hzuu ：超静孔压 z ：有效应力 p ：总附加应力 u0：初始超静孔压ou+ z =p u0=pzuz=p0 z H:u=pz=0: u=0z=H: uz0 z H:u=0初始条件 边界条件方程求解 边界条件土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地
11、基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算p不透水z排水面 Hzuo 微分方程： 初始条件和边界条件为无量纲数，称为时间因数，反映超 静孔压消散的程度也即固结的程度 方程的解：土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算三、固结度地基在某一压力作用下，经历时间t所产生的固结沉降量与最 终沉降量之比。l土层的平均固结度指在时刻 t ，土层骨架已经承担起来 的有效应力与全部附加应力的比值。土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算0.00.20.40.0010.11
12、时间因数 Tv固结度 Ut0.60.81.0 0.01不透水边界透水边界渗 流123土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算（1） 压缩应力分布不同时F 常见计算条件工程背景H小， p面积大自重应力附加应力 底面接近零自重应力 附加应力和3类似 底面不接近零公式(6-65)， 图6-27 叠加原理，公式(6-66) - (6-71)计算公式应力分布基本情况 1 2 3 4 5不透水透水papb =1 = =0 1 1以上情况均为单面排水。若是双面排水，则按情况1计 算，但在时间因素的式子Tv=Cvt/H2中以H/2代替H。注 意土力学土力学第第4 4章章 土
13、的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算四、地基沉降与时间关系计算按固结度的定义，可以计算地基沉降与时间的关系（1）已知地基的最终沉降量，求某一时刻的固 结沉降量根据已知土层的 k、a、e、H 和给定的时间 t ，计 算 Cv和Tv根据值和Tv值，查图表求Ut根据已知的S和Ut值，计算St土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算（2）已知地基的最终沉降量，求土层达到一定沉降量所需要的时间根据已知的S和给定的 St，计算Ut根据值和Ut值，查图表求Tv根据已知的Cv、H和Tv，计算 t土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉
14、降计算某饱和粘土层厚度为10m，在大面积瞬时荷载p0=120kPa作 用下，设该土层的初始孔隙比e0=1，压缩系数a=0.3MPa-1，压缩 模量Es=6.0MPa，渗透系数k=5.7*10-8cm/s。对粘土层在单面排水或双面排水条件下分别求：课堂题1：1）加荷后一年时的变形量； 2) 变形量达156mm所需的时间。土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算【解】单面排水：土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算双面排水： 单面排水 Tv=0.61, H=10m t=5.06(年) 双面排水 H=5m t=0.96(年)
15、土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算【例题分析】 n厚度H=10m粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其压缩应 力如下图所示。粘土层的初始孔隙比e1=0.8，压缩系数 a=0.00025kPa-1，渗透系数k=0.02m/年。试求： 加荷一年后的沉降量St 地基固结度达Uz=0.75时所需要的历时t 若将此粘土层下部改为透水层，则Uz=0.75时所需历时t157kPa235kPaHp粘土层不透水层土力学土力学第第4 4章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算【解答】 n1.当t=1年的沉降量 地基最终沉降量固结系数时间因素查表得到:Ut=0.45加荷一年的沉降量n2.当Uz=0.
