《土力学课件清华大学第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学课件清华大学第四章（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、土的压缩性与 地基沉降计算,第四章,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。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,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,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
2、,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,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！,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的压缩性测试方法,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,概述,4.2 一维压缩性及其指标,较复杂应力状态？,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的压缩性测试方法 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,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的压缩性测试方法,一、侧限
3、压缩试验及其应力应变关系（复习）,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：,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的压缩性测试方法,一、侧限压缩试验及其应力应变关系,应力应变关系以某种粘土为例,非线性 弹塑性,侧限变形模量：,4土的压缩性与地基沉降计算,二、三轴压缩试验及其应力应变关系（复习）,4.1 土的压缩性测试方法,量测体变或 孔隙水压力,测定： 轴向应变 轴向应力 体变或孔隙水压力,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的压缩性测试方法,二、三轴压缩试验及其应力应变关系,v,应力应变关系 以某种粘土固
4、结排水试验为例,与围压有关 非线性 弹塑性 剪胀性,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的压缩性测试方法,三、普遍应力应变关系及本构模型,1. 土变形的物理机制（原因）,土受力以后为什么会表现出上述变形特性？ 土的特殊性,弹性变形,体应变主要是由于孔隙体积变化引起的； 剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。,接触点处弹性变形 弹性挠曲变形 颗粒滚爬的可逆性 封闭气泡受压,塑性变形,大孔隙消失 接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂,2.土的本构模型,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的压缩性测试方法,三、普遍应力应变关系及本构模型,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的
5、压缩性测试方法及应力应变关系,四、荷载试验与旁压试验,自学,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的压缩性测试方法 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,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,一、e -曲线,二、e - lg曲线,三、先期固结压力,四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,一、e - 曲线,e,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,一、e - 曲线,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,
6、体积压缩系数， KPa-1 ，MPa-1,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,一、e - 曲线,压缩系数，KPa-1,a1-2常用作比较土的压缩性大小,单向压缩试验的各种参数的关系,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,一、e - 曲线,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,二、e - lg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-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：,三、先期固结压力,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,先期固结压力：历
7、史上所经受到的最大压力p（指有效应力）,s= z：自重压力 p= s：正常固结土 p s：超固结土 p s：欠固结土,OCR=1：正常固结 OCR1：超固结 OCR1：欠固结,相同s 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小,超固结比：,三、先期固结压力,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,A,B,C,D,m,rmin,1,2,3,先期固结压力p的确定： Casagrande 法,(f) B点对应于先期固结压力p,(b) 作水平线m1,(c) 作m点切线m2,(d) 作m1,m2 的角分线m3,(e) m3与试验曲线的直线段交于点B,(a) 在e-lg压缩试验曲线上，找曲率
8、最大点 m,p,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,四、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：,？, 确定先期固结压力p 过e0 作水平线与p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
9、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。,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线,b. 超固结土,假定：, 土取出地面后体积不变，即（e0,s）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s ，p的作用线； 过e0作水平线与 s作用线交于D点；, 过B和C点作直线即为原位压缩压缩曲线。, 过D点作斜率为Ce的直线，与p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-lg
10、曲线交于点C；,原位压缩曲线的近似推求,4土的压缩性与地基沉降计算,4.2 一维压缩性及其指标,四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线,4土的压缩性与地基沉降计算,4.1 土的压缩性测试方法 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,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,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,4土的压缩性与地基沉降计算,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,4.3 地基的最终沉降量计算,4土的压缩性与地基
11、沉降计算,4.3 地基的最终沉降量计算,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-曲线,（b）e-lg曲线,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,2、计算公式,一、单一土层一维压缩问题,（a）e-曲线,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,2、计算公式,一、单一土层一维压缩问题,（b）e-lg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p2p)：,p,以公式 为例,确定：,测定： e-p曲线或者e-lgp曲线,查定：,算定：,4
12、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、计算步骤,一、单一土层一维压缩问题,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。,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）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：,2、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
13、,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2,已知：地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线,2、计算步骤情况1,4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)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
14、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,2、计算步骤情况1,4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)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,d,2、计算步骤情况2,4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
15、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,szi,zi,下同情况1,自重应力,附加应力,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,3、计算公式,（a）e-曲线,二、地基最终沉降量分层总和法,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,3、计算公式,（a）e-曲线,二、地基最终沉降量分层总和法,0zi,0z(i-1),Ai,规范法,zi-1,zi,平均附加应力系数,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,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,超固结土,（b）用e-lg曲线计算,考虑地基回弹的沉降量计算,条件：,正常固结土，e-lg曲线
