土力学-土的压缩与固结

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1、土的压缩与固结,第五章,5.1 概述 5.2 土的压缩性与压缩性指标 5.3 应力历史对土的压缩性的影响 5.4 地基最终变形量计算 5.5 土的单向固结理论,5土的压缩与固结,工程实例,5土的压缩与固结,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。,墨西哥某宫殿,左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土,5.1 概述,Kiss,由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触,基坑开挖，引起阳台裂缝,修建新建筑物：引起原有建筑物开裂,高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除,建筑物立面高差过大,建筑物过长：长高比7.6:1,土具有压缩性,荷载作用,

2、地基发生沉降,荷载大小,土的压缩特性,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,土的特点 （碎散、三相）,沉降具有时间效应沉降速率,5土的压缩与固结,压缩性 测试,最终 沉降量,一维压缩,一维固结,沉降 速率,三维固结,修正,复杂条件下的计算公式,简化条件,主线、重点：一维问题！,5.2 土的压缩性与压缩性指标,5.4 地基最终变形量计算,5.5 土的单向固结理论,5.3 应力历史对土的压缩性的影响,较复杂应力状态？,5土的压缩与固结,5.1 概述,5.1 概述 5.2 土的压缩性与压缩性指标 5.3 应力历史对土的压缩

3、性的影响 5.4 地基最终变形量计算 5.5 土的单向固结理论,5土的压缩与固结,5.2 土的压缩性与压缩性指标,一、土的压缩试验,水槽,内环,环刀,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,试验结果：,5土的压缩与固结,5.2土的压缩性与压缩性指标,二、e - p曲线,e,5土的压缩与固结,P(kPa),压缩系数，kPa-1，MPa-1,侧限压缩模量,kPa ,MPa 侧限变形模量,固体颗粒,孔隙,体积压缩系数， kPa-1 ，MPa-1,5土的压缩与固结,5.2土的压缩性与压缩性指标,二、e - p曲线,P(kPa),p,p,压缩系数

4、，kPa-1,a1-2常用作比较土的压缩性大小,5土的压缩与固结,5.2土的压缩性与压缩性指标,二、e - p曲线,p,单向压缩试验的各种参数的关系,5土的压缩与固结,5.2土的压缩性与压缩性指标,二、e - p曲线,三、e - lgp曲线,e,压缩指数,Ce,回弹指数（再压缩指数）,Ce Cc，一般Ce0.1-0.2Cc,e-p曲线缺点： 不能反映土的应力历史,特点：有一段较长的直线段,指标：,5土的压缩与固结,5.2土的压缩性与压缩性指标,(lgp),p(kPa，lg),5.1 概述 5.2 土的压缩性与压缩性指标 5.3 应力历史对土的压缩性的影响 5.4 地基最终变形量计算 5.5 土

5、的单向固结理论,5土的压缩与固结,一、先期固结压力,5.3应力历史对土的压缩性的影响,先期固结压力：历史上所经受到的最大压力pc（指有效应力）,p0= z：自重压力 pc= p0：正常固结土 pc p0：超固结土 pc p0：欠固结土,OCR =1：正常固结 OCR 1：超固结 OCR 1：欠固结,相同p0 时，一般OCR 越大，土越密实，压缩性越小,超固结比：,5土的压缩与固结,A,B,C,D,m,rmin,1,2,3,二、先期固结压力pc的确定：Casagrande 法,(f) B点对应于先期固结压力pc,(b) 作水平线m1,(c) 作m点切线m2,(d) 作m1,m2 的角分线m3,(

6、e) m3与试验曲线的直线段交于点B,(a) 在e-lgp压缩试验曲线上，找曲率最大点 m,pc,5土的压缩与固结,lgp,5.3应力历史对土的压缩性的影响,三、原位压缩曲线及原位再压缩曲线,e,ab 沉积 bb 取样 bcd 室内试验,地下水位上升 土层剥蚀 冰川融化,引起卸载， 使土处于回弹状态,原状土的原位压缩曲线： 客观存在的，无法直接得到,正常固结土：,超固结土：,？,5土的压缩与固结,5.3应力历史对土的压缩性的影响,lgp, 确定先期固结压力pc 过e0 作水平线与pc作用线交于B。由假定知，B点必然位于原状土的初始压缩曲线上； 以0.42e0 在压缩曲线上确定C点，由假定知，C

7、点也位于原状土的初始压缩曲线上；,土样取出以后e不变，等于原状土的初始孔隙比e0，因而，（ e0, p）点应位于原状土的初始压缩曲线上； 0.42e0时，土样不受到扰动影响。,a. 正常固结土,假定：,推定：,原位压缩曲线的近似推求, 通过B、C两点的直线即为所求的位压缩曲线。,5土的压缩与固结,5.3应力历史对土的压缩性的影响,lgp,b. 超固结土,假定：, 土取出地面后体积不变，即（e0，p0）在原位再压缩曲线上； 再压缩指数Ce 为常数； 0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动影响。,推定：, 确定p0 ，pc的作用线； 过e0作水平线与 p0作用线交于D点；, 过B和C点作直线即为

8、原位压缩压缩曲线。, 过D点作斜率为Ce的直线，与pc作用线交于B点，DB为原位再压缩曲线；, 过0.42e0 作水平线与e-lgp曲线交于点C；,5土的压缩与固结,lgp,p0,pc,原位压缩曲线的近似推求,5.3应力历史对土的压缩性的影响,5.1 概述 5.2 土的压缩性与压缩性指标 5.3 应力历史对土的压缩性的影响 5.4 地基最终变形量计算 5.5 土的单向固结理论,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,最终沉降量S：,t时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。,不可压缩层,可压缩层,z=p,p,5土的压缩与固结,一、单一土层一维压缩问题,二、地基最终沉降量分层总

9、和法,三、地基沉降计算的若干问题,5.4 地基最终变形量计算,5土的压缩与固结,1、计算简图,压缩前,压缩后,侧限条件,z=p,p,e1,一、单一土层一维压缩问题,（a）e-p曲线,（b）e-lgp曲线,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,2、计算公式,一、单一土层一维压缩问题,（a）e-p曲线,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,2、计算公式,一、单一土层一维压缩问题,（b）e-lgp曲线,优点:,可使用推定的原状土压缩曲线； 可以区分正常固结土和超固结土并分别进行计算。,正常固结土：,超固结土(并假定p2pc )：,pc,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,以

10、公式 为例,确定：,测定： e-p曲线或者e-lgp曲线,查定：,算定：,3、计算步骤,一、单一土层一维压缩问题,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,1、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径验性方法。,二、地基最终沉降量分层总和法,（a）假设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：,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,2、计算步骤,情况1,不考虑地基回弹的情形： 沉降量从

11、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2,已知：地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,2、计算步骤情况1,(a)计算原地基中自重应力分布,(b)基底附加压力p0,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；

12、,z从基底算起； z是由基底附加应力 p-d 引起的,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,2、计算步骤情况1,(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zn,(e)地基分层Hi,不同土层界面； 地下水位线； 每层厚度不宜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Si,szi,zi,Hi,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,d,2、计算步骤情况2,(a)计算原地基中自重应力分布,(b)计算开挖后地基

13、中自重应力分布,(c)确定地基中附加应力z分布,szi,zi,下同情况1,自重应力,附加应力,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,3、计算公式,（a）e-p曲线,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,3、计算公式,（a）e-p曲线,0zi,0z(i-1),Ai,规范法,zi-1,zi,平均附加应力系数,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,正常固结土,（b）用e-lgp曲线计算,3、计算公式,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,3、计算公式

14、,超固结土,（b）用e-lgp曲线计算,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,考虑地基回弹的沉降量计算,条件：,正常固结土，e-lgp曲线 基面面积大，埋深大，施工期长,i层地基的沉降量Si = 再压缩沉降量 S1i + 压缩沉降量S2i,3、计算公式,类似于超固结土的计算； 式中采用开挖前地基的天然孔隙比e1i，无论是回弹、再压缩或压缩，均是相对于开挖前的拟定基底高程而言。三者的基准点均是e1i 状态时的Hi。,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,3、计算公式,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基

15、最终沉降量分层总和法,各种假定导致 S 的误差，如： 取中点下附加应力值，使 S 偏大; 侧限压缩使计算值偏小； 地基不均匀性导致的误差等。,软粘土（应力集中）S偏小, s1 硬粘土（应力扩散）S偏大, s1,沉降经验修正系数,4、结果修正,基底压力线性分布假设 弹性附加应力计算 单向压缩的假设 只计主固结沉降 原状土现场取样的扰动 参数线性的假设 按中点下附加应力计算,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,沉降计算经验系数s,4、结果修正,0zi,0z(i-1),Ai,s=1.4-0.2, (1)与土质软硬有关, (2)与基底附加应力p0/fk的大小有关,fk：地基承载力标准值,5土的压缩与固结,5.4 地基最终变形量计算,二、地基最终沉降量分层总和法,要点小结：, 准备资料, 应力分布, 沉降计算,建筑基础（形状、大小、重量、埋深） 地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线 计算断面和计算点,确定计算深度 确定分层界面 计算各土层的szi，zi