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1、土的压缩性与土的压缩性与地基沉降计算地基沉降计算第四章第四章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概述概述4 4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特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率4 4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 4.1 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的
2、压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 4.1 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法一、侧限压缩试验及其应力应变关系（复习）一、侧限压缩试验及其应力应变关系（复习）水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形试验结果：试验结果：4 4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 4.1 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4
3、 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4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 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e - pe - p曲线曲线二、二、e - lgpe - lgp曲线曲线三、先期固结压力三、先期固结压力四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线施加荷载，静置至施加荷载，静置至变形稳定变形稳定逐级加大荷载：一逐级加大荷载：一般般p=50p=50、100100、200200、300300、400 kPa400 kPa稳定标准：每小时稳定标准：每小时小于小于0.1mm 0.1mm 百分表百分表加压上盖加压上盖
4、试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器n 侧限压缩试验侧限压缩试验P1s1e1e0pte stn 测定：测定： 轴向压缩应力轴向压缩应力 轴向压缩变形轴向压缩变形P2s2e2P3s3e3e -logp曲线曲线压缩曲线和压缩性指标：压缩曲线和压缩性指标：假定：受压前后土粒体积不变、假定：受压前后土粒体积不变、土样土样横截面面积（书上用的是固横截面面积（书上用的是固体体积不变）体体积不变）不变。不变。压缩前压缩前压缩后压缩后绘制压缩曲线：绘制压缩曲线：e-p曲线曲线压缩系数压缩系数 和压缩指数和压缩指数Cc: e-p曲线愈陡曲线愈陡,说明土的压缩性愈高。所以，曲线上说明土的压缩性愈高
5、。所以，曲线上任意一点的切线斜率任意一点的切线斜率 就表示了相应于压力作用下土就表示了相应于压力作用下土的压缩性：的压缩性：设压力由设压力由P1增至增至P2，相应的，相应的孔隙比由孔隙比由e1减小到减小到e2，此时，此时，土的压缩性可用割线土的压缩性可用割线M1M2的斜率表示：的斜率表示：e-pe-p曲线曲线ep0100200 3000.60.70.80.91.0e ep(kPa)斜率斜率压缩系数：压缩系数：式中：式中：a:土的压缩系数，土的压缩系数，p1：一般指土中自重应力；：一般指土中自重应力；p2：自重应力加附加应力；自重应力加附加应力；e1：相应于：相应于p1下压缩稳定后的下压缩稳定后
6、的孔隙比；孔隙比；e2：相应于：相应于p2下压缩稳定后的下压缩稳定后的孔隙比孔隙比。e-pe-p曲线曲线土的类别土的类别a1-2 (MPa-1)高压缩性土高压缩性土 0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土1OCR1：超固结：超固结OCR1OCR1：欠固结：欠固结先期固结应力先期固结应力现有有效应力现有有效应力压缩曲线的特点压缩曲线的特点4 4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 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标二、二、e - lgPe - lgP曲线曲线10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce e压缩指数压
7、缩指数Ce回弹指数（再压缩指数）回弹指数（再压缩指数）Ce Cc，一般，一般Ce0.1-0.2Cce-e-曲线缺点：曲线缺点：不能反映土的应力历史不能反映土的应力历史 特点特点：有一段较长的直线段有一段较长的直线段指标：指标：lgP三、先期固结压力三、先期固结压力4 4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 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标e eABCDmrmin1 12 23 3先期固结压力先期固结压力p p的确定：的确定：Casagrande Casagrande 法法(f) B(f) B点对应于先期固结压力点对应于先期固结压力 p p(b) (b) 作水平线作
8、水平线m1m1(c) (c) 作作m m点切线点切线m2m2(d) (d) 作作m1,m2 m1,m2 的角分线的角分线m3m3(e) m3(e) m3与试验曲线的直线段与试验曲线的直线段交于点交于点B B(a) (a) 在在e-lge-lg压缩试验曲压缩试验曲线上，找曲率最大点线上，找曲率最大点 m m p pn现场压缩曲线的推求正常固结土正常固结土超固结土超固结土 确定先期固结压力确定先期固结压力p p 过过e e0 0 作水平线与作水平线与p p作用线交于作用线交于B B。由假定由假定知，知，B B点必然位于原状土的初始压缩曲线上；点必然位于原状土的初始压缩曲线上； 以以0.420.42
9、e e0 0 在压缩曲线上确定在压缩曲线上确定C C点，由假定点，由假定知，知，C C点也位于原状土的初始压缩曲线上；点也位于原状土的初始压缩曲线上；土样取出以后土样取出以后e e不变，等于原状土的初始孔隙比不变，等于原状土的初始孔隙比e e0 0，因而，因而，（ e e0 0, , p p）点应位于原状土的初始压缩曲线上；点应位于原状土的初始压缩曲线上； 0.42 0.42e e0 0时，土样不受到扰动影响。时，土样不受到扰动影响。a. a. 正常固结土正常固结土假定假定：推定推定：原位压缩曲线的近似推求原位压缩曲线的近似推求 通过通过B B、C C两点的直线即为所求的位压缩曲线。两点的直线
10、即为所求的位压缩曲线。4 4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 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标 四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线b. 超固结土超固结土假定假定： 土取出地面后体积不变，即（土取出地面后体积不变，即（e e0 0, ,s s）在原位再压在原位再压缩曲线上；缩曲线上； 再压缩指数再压缩指数C Ce e 为常数；为常数； 0.42 0.42e e0 0处的土与原状土一致，不受扰动影响。处的土与原状土一致，不受扰动影响。推定推定： 确定确定s s ，p p的作用线；的作用线； 过过e e0 0作水平线与作水平线与 s s
11、作用线交于作用线交于D D点；点； 过过B B和和C C点作直线即为原位压缩压缩曲点作直线即为原位压缩压缩曲线。线。 过过D D点作斜率为点作斜率为C Ce e的直线，与的直线，与p p作用作用线交于线交于B B点，点，DBDB为原位再压缩曲线；为原位再压缩曲线； 过过0.420.42e e0 0 作水平线与作水平线与e-lge-lg曲线曲线交于点交于点C C；原位压缩曲线的近似推求原位压缩曲线的近似推求4 4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 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标 四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线1 1、地基的沉降量
12、计算讨论、地基的沉降量计算讨论研究表明：粘性土地基在基研究表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量底压力作用下的沉降量S由由三种不同的原因引起：三种不同的原因引起：次固结沉降次固结沉降 Ss主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起的变形。这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，既的变形。这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，既包括剪应变，又包括体应变。包括剪应变，又包括体应变。初始沉降初始沉降(瞬时沉降瞬时沉降) Sd 有限范围的外荷载作用下地基由于发生侧向位移有限范围
13、的外荷载作用下地基由于发生侧向位移( (即剪切变形即剪切变形) )引起的。引起的。主固结沉降主固结沉降(渗流固结沉降渗流固结沉降) Sc 由于超孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的。由于超孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的。 是地基变形的主要部分。是地基变形的主要部分。4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算三三. . 地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题tSS Si i ：初始瞬时沉降：初始瞬时沉降Ss: 次固结沉降次固结沉降S Sc c：主固结沉降：主固结沉降重点：重点：
14、 一维渗流固结一维渗流固结沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结固结沉降的速度固结沉降的速度 ？固结沉降的程度固结沉降的程度 ？问题：问题：4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层p4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论一、一维渗流固结理论（一、一维渗流固结理论（TerzaghiTerzaghi渗流固结理论）渗流固结理论）二、固结度的计算二、固结度的计算四、固结系数的测
15、定四、固结系数的测定三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题 实践背景：大面积均布荷载实践背景：大面积均布荷载p不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z=pp侧限应力状态侧限应力状态一、一维渗流固结理论（一、一维渗流固结理论（TerzaghiTerzaghi渗流固结理论）渗流固结理论）4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4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、物理模型物理模型4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算ppp附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:
16、u = z=p有效应力有效应力: :z=0渗流固结过程渗流固结过程附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压: u 0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压: u =0有效应力有效应力: :z=p一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论2 2、平均固结度、平均固结度U Ut t与沉降量与沉降量S St t之间的关系之间的关系t时刻：时刻： 确定确定St的关键是确定的关键是确定Ut 确定确定Ut的核心问题是确定的核心问题是确定uz.t4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算在时间在时间t t的沉降与最终沉降量之比的沉降与最
17、终沉降量之比二、二、固结度的计算固结度的计算三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题1 1、求某一时刻、求某一时刻t t的固结度与沉降量的固结度与沉降量2 2、求达到某一固结度所需要的时间、求达到某一固结度所需要的时间3 3、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉降时间关系沉降时间关系4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4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、求某一时刻、求某一时刻t t的固结度与沉降量的固结度与沉降量tTv=Cvt/H2St=Ut S 4.4 4.4 饱和土体的渗流固结
18、理论饱和土体的渗流固结理论4 4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、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题2 2、求达到某一沉降量、求达到某一沉降量( (固结度固结度) )所需要的时间所需要的时间Ut= St /S 从从 Ut 查表（计算）确定查表（计算）确定 Tv 4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4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、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题四、固结系数确定方法四、固结系数确定方法固结系数固结系数 Cv反映固结速度的指标反映固结速度的指标, Cv 越大，固结越快。越大，固结越快。确定方法有四种：确定方法有四种：方法一：直接计算法方法一：直接计算法压缩试验压缩试验 a渗透试验渗透试验 kk与与a均是变化的均是变化的但但Cv变化不很大变化不很大精度较低精度较低4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算
