第四章 土的压缩与固结.ppt

第四章 土的压缩与固结4-1 概 述在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起建筑在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降沉降。（实例）（实例）只讨论由正应力引起的体积变形，即因外荷载导致地基内正应力增加，只讨论由正应力引起的体积变形，即因外荷载导致地基内正应力增加，使得土体体积缩小。使得土体体积缩小。在地基上修建建筑物，地基土内各点承受土体本身的自重应力及由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附加应力，都将导致地基土体的变形。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土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率4-1 概 述工程实例问题：沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。墨西哥某宫殿左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土4-1 概 述由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触接触4-1 概 述修建新建筑物：引起原有建筑物开裂4-1 概 述高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除设计时，必须预测建筑物基础可能产生的最大沉降量与沉降差设计时，必须预测建筑物基础可能产生的最大沉降量与沉降差4-2 土的压缩特性 压缩压缩：在外力作用下，：在外力作用下，土颗粒重新排列土颗粒重新排列，土体体积缩小的现象。，土体体积缩小的现象。一、一、土的压缩与固结土的压缩与固结在外力作用下，土体体积为什么会缩小呢？在外力作用下，土体体积为什么会缩小呢？VVVV11、土粒本身和孔隙中水的压缩变形土粒本身和孔隙中水的压缩变形；33、孔隙气体的压缩变形；、孔隙气体的压缩变形；22、孔隙中的水和气体有一部分向外排出。、孔隙中的水和气体有一部分向外排出。固结固结：土的压缩随时间增长的过程。：土的压缩随时间增长的过程。4-2 土的压缩特性 在三维应力边界条件下，饱和土体地基受荷载作用在三维应力边界条件下，饱和土体地基受荷载作用后产生的总沉降量后产生的总沉降量SStt可以看作由三部分组成：瞬时沉可以看作由三部分组成：瞬时沉降降SSii、主固结沉降、主固结沉降SScc、次固结沉降、次固结沉降SSss，即，即 SSt t=SSii+S+Sc c+S+Sss瞬时沉降瞬时沉降是指在加荷后立即发生的沉降。是指在加荷后立即发生的沉降。对于饱和粘土来说，由于在很短的时间内，孔隙中的水来不对于饱和粘土来说，由于在很短的时间内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的水和土粒是不可压缩的，因而瞬时沉及排出，加之土体中的水和土粒是不可压缩的，因而瞬时沉降是在没有体积变形的条件下发生的，它主要是由于土体的降是在没有体积变形的条件下发生的，它主要是由于土体的侧向变形侧向变形引起的，是形状变形。引起的，是形状变形。一、一、土的压缩与固结土的压缩与固结4-2 土的压缩特性 如果饱和土体处于无侧向变形条件下，则可认为如果饱和土体处于无侧向变形条件下，则可认为SSii=0=0。在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排出导致土体体积随在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排出导致土体体积随时间逐渐缩小，有效应力逐渐增加，这一过程称为主固时间逐渐缩小，有效应力逐渐增加，这一过程称为主固结，也就是通常所指的固结，是总沉降的主要部分。结，也就是通常所指的固结，是总沉降的主要部分。土体在主固结沉降完成之后在有效应力不变的情况下还土体在主固结沉降完成之后在有效应力不变的情况下还会随着时间的增长进一步产生沉降，即次固结沉降。会随着时间的增长进一步产生沉降，即次固结沉降。一、一、土的压缩与固结土的压缩与固结二二、单向固结模型单向固结模型单向固结单向固结饱和土体在饱和土体在某一压力某一压力作用下，压缩随着孔隙水的逐渐向外作用下，压缩随着孔隙水的逐渐向外排出而增长。排出而增长。如果孔隙水只沿一个方向排出，土的压缩也只在一个方向如果孔隙水只沿一个方向排出，土的压缩也只在一个方向发生（一般指竖直方向），此时的固结为单向固结。发生（一般指竖直方向），此时的固结为单向固结。4-2 土的压缩特性 ppp附加应力:z=p超静孔压:u0=z=p附加有效应力:z=0附加应力:z=p 超静孔压:u p附加有效应力:0 z p附加应力:z=p超静孔压:u=0附加有效应力:z=p4-2 土的压缩特性 二二、单向固结模型单向固结模型饱和土体在某一压力作用下的固结过程饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中各点就是土体中各点超静孔隙水应力不断消散超静孔隙水应力不断消散、附加附加有效应力相应增加有效应力相应增加的过程的过程或者说或者说超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力的过的过程程而在转化过程中而在转化过程中任一时刻任一深度处的应力始终遵循任一时刻任一深度处的应力始终遵循有效应力原有效应力原理理。4-2 土的压缩特性 二二、单向固结模型单向固结模型（一）室内固结试验与压缩曲线研究土的压缩特性，研究土的压缩特性，通常可在试验室内进通常可在试验室内进行固结试验，从而测行固结试验，从而测定土的压缩性指标。定土的压缩性指标。室内固结试验的主要室内固结试验的主要装置为装置为固结仪固结仪，如图，如图4-14-1所示。所示。三三、土的压缩性指标土的压缩性指标4-2 土的压缩特性（一）室内固结试验与压缩曲线由于刚性护环所限，由于刚性护环所限，试样只能在竖向产生试样只能在竖向产生压缩，而不能产生侧压缩，而不能产生侧向变形，故称为向变形，故称为单向单向固结试验固结试验或或侧限固结侧限固结试验试验。三三、土的压缩性指标土的压缩性指标水槽护环环刀透水石试样传压板百分表4-2 土的压缩特性（一）室内固结试验与压缩曲线4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标土的压缩变形常用孔隙比土的压缩变形常用孔隙比ee的变化来表示。的变化来表示。根据固结试验的结果可建根据固结试验的结果可建立压力立压力pp与相应的稳定孔隙与相应的稳定孔隙比的关系曲线，称为土的比的关系曲线，称为土的压缩曲线。压缩曲线。0 100 200 300 4000.60.70.80.91.0e100 10000.70.80.91.0eep曲线elgp曲线4-2 土的压缩特性（一）室内固结试验与压缩曲线三三、土的压缩性指标土的压缩性指标（二）压缩系数4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标0.60.70.80.91.0eep曲线压缩曲线反映了土受压后的压缩压缩曲线反映了土受压后的压缩特性。特性。用单位压力增量所引起的孔隙比用单位压力增量所引起的孔隙比改变，即压缩曲线的割线的坡度改变，即压缩曲线的割线的坡度来表征土的压缩性高低。来表征土的压缩性高低。压缩系数以压缩系数以kPakPa-1-1或或MPaMPa-1-1计。计。ee11,e,e22为为pp11,p,p22相相对应的孔隙比。对应的孔隙比。4-2 土的压缩特性 0.60.70.80.91.0e（二）压缩系数三三、土的压缩性指标土的压缩性指标ep曲线压缩系数压缩系数aavv是表征土压缩性是表征土压缩性的重要指标之一。的重要指标之一。在工程中，习惯上采用在工程中，习惯上采用100kPa100kPa和和200kPa200kPa范围的压缩范围的压缩系数来衡量土的压缩性高低。系数来衡量土的压缩性高低。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0.14-2 土的压缩特性（二）压缩系数三三、土的压缩性指标土的压缩性指标0.60.70.80.91.0eep曲线同一种土的孔隙比并不是固定不变的，所谓的稳定同一种土的孔隙比并不是固定不变的，所谓的稳定也只是指附加应力完全转化为有效应力而言。也只是指附加应力完全转化为有效应力而言。我国的我国的建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范按按aavv的大小，划的大小，划分地基土的压缩性。分地基土的压缩性。（三）压缩指数与回弹再压缩指数Cc14-2 土的压缩特性 100 10000.70.80.91.0eelgp曲线三三、土的压缩性指标土的压缩性指标在较高的压力范围内，在较高的压力范围内，elgpelgp曲线近似地为一直线，可用直曲线近似地为一直线，可用直线的坡度线的坡度压缩指数压缩指数CCcc来表来表示土的压缩性高低，即示土的压缩性高低，即4-2 土的压缩特性（三）压缩指数与回弹再压缩指数三三、土的压缩性指标土的压缩性指标压缩系数和压缩指数都是反映土的压缩性的指标，但两者压缩系数和压缩指数都是反映土的压缩性的指标，但两者有所不同。有所不同。前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在较高的压力范围内是常数。较高的压力范围内是常数。为了研究土的卸载回弹和再压缩的特性，可以进行卸荷和为了研究土的卸载回弹和再压缩的特性，可以进行卸荷和再加荷的固结试验。再加荷的固结试验。eP(kP a)初始压缩曲线回弹曲线再压缩曲线弹性变形塑性变形A初始压缩曲线Cc11Cs4-2 土的压缩特性（三）压缩指数与回弹再压缩指数三三、土的压缩性指标土的压缩性指标e地基处理地基处理/应力历史对土的压缩性的影响应力历史对土的压缩性的影响体积压缩系数体积压缩系数mmVV：土体在单位应力作用下单位体积的体积变化：土体在单位应力作用下单位体积的体积变化（四）其它压缩性指标孔隙土粒e1体积11+e1e21+e24-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标ee11为初始孔隙比为初始孔隙比（四）其它压缩性指标压缩模量压缩模量EEss：无侧向变形无侧向变形条件下，竖向应力与竖向应变之比条件下，竖向应力与竖向应变之比孔隙土粒e1体积11+e1e21+e24-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标反映了土体在单向压缩条件下对压缩变形的抵抗能力反映了土体在单向压缩条件下对压缩变形的抵抗能力变形模量变形模量EE：土体在：土体在无侧限无侧限条件下应力与应变之比。条件下应力与应变之比。相当于理相当于理想弹性体的弹性模量，但由于土体不是理想弹性体，故称为变形模量，想弹性体的弹性模量，但由于土体不是理想弹性体，故称为变形模量，常用于瞬时沉降的估计。常用于瞬时沉降的估计。EE的大小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。的大小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。（四）其它压缩性指标4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标广义虎克定律，泊松比：广义虎克定律，泊松比：0.30.40.30.4，饱和土在不排水条件下接近，饱和土在不排水条件下接近0.50.5（四）其它压缩性指标4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标无侧向变形条件下二者的理论关系式，用于由无侧向变形条件下二者的理论关系式，用于由EsEs 求求EE，EsEs恒小于恒小于EE（四）其它压缩性指标4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标土的类型变形模量(kPa)土的类型变形模量(kPa)泥炭100500松砂1000020000塑性粘土5004000密实砂5000080000硬塑粘土40008000密实砂砾石100000200000较硬粘土800015000（四）其它压缩性指标单向压缩试验的各种参数的关系已知求解avmvEsav mv(1+e1)(1+e1)/Esmvav/(1+e1)1/EsEs(1+e1)/av1/mv4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标（五）应力历史对粘性土压缩性的影响CBAeCeBeAeDD4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标e应力历史应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态。：土体在历史上曾经受到过的应力状态。（五）应力历史对粘性土压缩性的影响固结应力固结应力：能够使土体产生固结或压缩的应力，以：能够使土体产生固结或压缩的应力，以pp00表示。表示。就地基土而言，能够使土体产生固结或压缩的应力主要有两种：其一是就地基土而言，能够使土体产生固结或压缩的应力主要有两种：其一是土的自重应力；其二是外荷在地基内部引起的附加应力。土的自重应力；其二是外荷在地基内部引起的附加应力。前期固结应力前期固结应力：土在历史上曾受到过的最大有效应力，：土在历史上曾受到过的最大有效应力，以以ppcc表示。表示。超固结比超固结比：前期固结应力与现有有效应力：前期固结应力与现有有效应力ppoo之比，之比，以以OCROCR表示，即表示，即OCR=pOCR=pcc/ppoo。4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标（五）应力历史对粘性土压缩性的影响4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标对于天然土，对欠固结土，其现有有效应力即是历史上曾经受到过的最大有效应力，对欠固结土，其现有有效应力即是历史上曾经受到过的最大有效应力，因此，其因此，其OCR=1OCR=1，故欠固结土实际上是属于正常固结土一类。，故欠固结土实际上是属于正常固结土一类。z地面岩层A土层正常固结土z现地面超固结土z地面岩层C土层欠固结土岩层B土层冲蚀前地面h（五）应力历史对粘性土压缩性的影响4-2 土的压缩特性 三三、土的压缩性指标土的压缩性指标eP(kP a)C eC(Pc)CeBBA eAzB hDeeDD4-2 土的压缩特性（五）应力历史对粘性土压缩性的影响三三、土的压缩性指标土的压缩性指标eP(kP a)eBBA eAp1BP2CP3eeCC4-2 土的压缩特性（五）应力历史对粘性土压缩性的影响三三、土的压缩性指标土的压缩性指标应力历史对粘性土压缩性影响的工程应用堆载预压4-3 单向压缩量公式（11）土的压缩完全是由于）土的压缩完全是由于孔隙体积减小孔隙体积减小导致骨架变形的导致骨架变形的 结果，土粒本身的压缩可忽略不计；结果，土粒本身的压缩可忽略不计；一、无侧向变形条件下单向压缩量计算假设一、无侧向变形条件下单向压缩量计算假设（22）土体仅产生）土体仅产生竖向压缩竖向压缩，而，而无侧向变形无侧向变形；（33）土层均质且在）土层均质且在土层厚度范围内，压力是均匀分布土层厚度范围内，压力是均匀分布的。的。二、单向压缩量公式二、单向压缩量公式体积高度 体积 高度4-3 单向压缩量公式 4-3 单向压缩量公式 二、单向压缩量公式二、单向压缩量公式体积高度 体积 高度4-4 地基沉降计算的ep曲线法 计算地基的沉降时，在地基计算地基的沉降时，在地基可能可能产生压缩的土层深度内产生压缩的土层深度内，按，按土的土的特性和应力状态的变化特性和应力状态的变化将地基分将地基分为若干（为若干（nn）层，假定每一分层）层，假定每一分层土质均匀且应力沿厚度均匀分布，土质均匀且应力沿厚度均匀分布，然后对每一分层分别计算其压缩然后对每一分层分别计算其压缩量量SSii，最后将各分层的压缩量总，最后将各分层的压缩量总和起来，即得地基表面的最终沉和起来，即得地基表面的最终沉降量降量SS，这种方法称为，这种方法称为分层总和分层总和法法。一、分层总和法简介一、分层总和法简介实际计算地基土的压缩量时，实际计算地基土的压缩量时，只须考虑某一深度范围内内土只须考虑某一深度范围内内土层的压缩量，这一深度范围内层的压缩量，这一深度范围内的土层就称为的土层就称为“压缩层压缩层”。对于一般粘性土，当地基某深对于一般粘性土，当地基某深度的附加应力度的附加应力zz 与自重应力与自重应力ss之之比等于比等于0.20.2时，该深度范围内的时，该深度范围内的土层即为压缩层；对于软粘土，土层即为压缩层；对于软粘土，则以则以zz/ss=0.1=0.1为标准确定压缩为标准确定压缩层的厚度。层的厚度。4-4 地基沉降计算的ep曲线法 一、分层总和法简介一、分层总和法简介二、用二、用epep曲线法计算地基的最终沉降曲线法计算地基的最终沉降（11）选择沉降）选择沉降计算点的位计算点的位置置；求出；求出基底净压力基底净压力的大的大小和分布小和分布;d地面基底（22）将地基）将地基分层分层。水工建。水工建筑物地基，层厚可控制在筑物地基，层厚可控制在HHii=24m=24m或或HHii=0.4b=0.4b。土土层交界面、地下水位层交界面、地下水位应为应为分层面；分层面；（33）计算地基中的）计算地基中的自重应自重应力（从地面算起）力（从地面算起）分布。分布。自重应力4-4 地基沉降计算的ep曲线法（55）按）按算术平均算术平均求各分层求各分层平均自重应力和平均附加平均自重应力和平均附加应力应力；(也可直接计算各土层中也可直接计算各土层中点处的自重应力及附加应力点处的自重应力及附加应力)（44）计算地基中的）计算地基中的附加附加应力应力分布，分布，确定压缩层厚确定压缩层厚度度。4-4 地基沉降计算的ep曲线法 二、用二、用epep曲线法计算地基的最终沉降曲线法计算地基的最终沉降d地面基底自重应力附加应力沉降计算深度4-4 地基沉降计算的ep曲线法 二、用二、用epep曲线法计算地基的最终沉降曲线法计算地基的最终沉降d地面基底自重应力附加应力沉降计算深度（66）求第）求第ii分层的压缩量。分层的压缩量。（不同土层要用不同曲线不同土层要用不同曲线）4-4 地基沉降计算的ep曲线法 二、用二、用epep曲线法计算地基的最终沉降曲线法计算地基的最终沉降d地面基底自重应力附加应力沉降计算深度（77）将每一分层的压缩量）将每一分层的压缩量累加，得地基的总沉降量。累加，得地基的总沉降量。【例题例题4411】有一矩形基础放置在均质粘土层上，如图（有一矩形基础放置在均质粘土层上，如图（aa）所）所示。基础长度示。基础长度L=10mL=10m，宽度，宽度B=5mB=5m，埋置深度，埋置深度d=1.5md=1.5m，建筑物荷，建筑物荷载和基础自重之和为载和基础自重之和为FFVV=10000kN=10000kN。地基土的天然湿重度为。地基土的天然湿重度为20kN/m20kN/m33，饱和重度，饱和重度21kN/m21kN/m33，土的压缩曲线如图（，土的压缩曲线如图（bb）所示。）所示。若地下水位距基底若地下水位距基底2.5m2.5m，试求基础中心点的沉降量。，试求基础中心点的沉降量。4-4 地基沉降计算的ep曲线法【解解】（11）由）由L/B=10/5=210L/B=10/5=210可知，属于空可知，属于空间问题，且为中心荷载，所以基底压力间问题，且为中心荷载，所以基底压力为为 p=Fp=FVV/(LB)=10000/(105)/(LB)=10000/(105)200kPa200kPa基底净压力为基底净压力为 ppnn=p-dp-d=200-20 1.5=200-20 1.5170kPa170kPa（22）因是均质土，且地下水位在基底）因是均质土，且地下水位在基底以下以下2.5m2.5m处，取分层厚度处，取分层厚度HHii=2.5m=2.5m。4-4 地基沉降计算的ep曲线法（33）求各分层面的自重应力（注意：从地面算）求各分层面的自重应力（注意：从地面算起）并绘分布曲线起）并绘分布曲线 s0s0=dd=20 1.5=30kPa=20 1.5=30kPas1s1=s0s0+H+H11=30+20 2.5=80kPa=30+20 2.5=80kPas2s2=s1s1+HH22=80+(21-9.8)2.5=108kPa=80+(21-9.8)2.5=108kPas3s3=s2s2+HH33=108+(21-9.8)2.5=136kPa=108+(21-9.8)2.5=136kPas4s4=s3s3+HH44=136+(21-9.8)2.5=164kPa=136+(21-9.8)2.5=164kPas5s5=s4s4+HH55=164+(21-9.8)2.5=192kPa=164+(21-9.8)2.5=192kPa4-4 地基沉降计算的ep曲线法（44）求各分层面的竖向附加应力并绘）求各分层面的竖向附加应力并绘分布曲线。分布曲线。矩形基础空间问题，用矩形基础空间问题，用“角点法角点法”求解。求解。为此，通过中心点将基底划分为四块相等为此，通过中心点将基底划分为四块相等的计算面积，每块的长度的计算面积，每块的长度LL11=10m/2=5m=10m/2=5m，宽度宽度BB11=5m/2=2.5m=5m/2=2.5m。中心点正好在四块。中心点正好在四块计算面积的公共角点上，该点下任意深度计算面积的公共角点上，该点下任意深度zzii处的附加应力为任一分块在该点引起的附处的附加应力为任一分块在该点引起的附加应力的加应力的44倍，计算结果如下表所示。倍，计算结果如下表所示。4-4 地基沉降计算的ep曲线法 在第在第44点处有点处有z4z4/s4s40.1950.20.1950.2，所以，取压缩层厚度为，所以，取压缩层厚度为10m10m。位置Zi（m）si（kPa）zi（kPa）zi/si0030 170 5.6671 2.5 80 136 1.7002 5.0 108 82 0.7593 7.5 136 50 0.3684 10.0 164 32 0.1955 12.5 192 22 0.115（55）确定压缩层厚度。）确定压缩层厚度。4-4 地基沉降计算的ep曲线法（66）计算各分层的平均自重应力和平均附加应力。）计算各分层的平均自重应力和平均附加应力。各分层的平均自重应力和平均附加应力计算结果见下表。各分层的平均自重应力和平均附加应力计算结果见下表。（77）由图）由图4412(b)12(b)根据根据pp1i1i=sisi和和pp2i2i=sisi+zizi分别查取初始孔隙比和压分别查取初始孔隙比和压缩稳定后的孔隙比，结果列于下表。缩稳定后的孔隙比，结果列于下表。4-4 地基沉降计算的ep曲线法（88）计算地基的沉降量。）计算地基的沉降量。4-4 地基沉降计算的ep曲线法 4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 粘土的应力历史不同，压缩性不同粘土的应力历史不同，压缩性不同.一、概述一、概述一般情况下，一般情况下，室内的压缩曲线室内的压缩曲线已经不能代表地基中现场压缩已经不能代表地基中现场压缩曲线，它的曲线，它的起始段实际上已是一条再压缩曲线起始段实际上已是一条再压缩曲线。因此，必须对室内单向固结试验得到的压缩曲线进行修正，因此，必须对室内单向固结试验得到的压缩曲线进行修正，以得到符合原位土体压缩性的现场压缩曲线，由此计算得到以得到符合原位土体压缩性的现场压缩曲线，由此计算得到的地基沉降才会更符合实际。的地基沉降才会更符合实际。利用室内利用室内eelgplgp曲线可以推出曲线可以推出现场压缩曲线，同时能考虑应力历史的影响，从而可进行更现场压缩曲线，同时能考虑应力历史的影响，从而可进行更为准确的沉降计算。为准确的沉降计算。要考虑三种不同应力历史对土层压缩性的影响，必须先解要考虑三种不同应力历史对土层压缩性的影响，必须先解决下列两个问题：决下列两个问题：二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求11、要确定该土层的前期固结应力和现有有效应力，以判别该、要确定该土层的前期固结应力和现有有效应力，以判别该土层是属于正常固结、欠固结还是超固结；土层是属于正常固结、欠固结还是超固结；22、推求得到能够反映土体的真实压缩特性的现场压缩曲线。、推求得到能够反映土体的真实压缩特性的现场压缩曲线。4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 这两个问题都可以借助室内压缩elgp曲线来解决。（一）室内压缩曲线的特征（一）室内压缩曲线的特征（11）室内压缩曲线开始时比较平）室内压缩曲线开始时比较平缓，随着压力的增大明显地向下弯缓，随着压力的增大明显地向下弯曲，当压力接近前期固结时，出现曲，当压力接近前期固结时，出现曲率最大点，曲线急剧变陡，继而曲率最大点，曲线急剧变陡，继而近乎直线向下延伸；近乎直线向下延伸；4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求（22）不管试样的扰动程度如何，）不管试样的扰动程度如何，当压力较大时，它们的压缩曲线当压力较大时，它们的压缩曲线都近乎直线，且大致交于都近乎直线，且大致交于CC点，而点，而CC点的纵坐标约为点的纵坐标约为0.42e0.42eoo，eeoo为试为试样的初始孔隙比；样的初始孔隙比；0.42e0C4-5 地基沉降计算的elgp曲线法（一）室内压缩曲线的特征（一）室内压缩曲线的特征二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求0.42e0（33）扰动愈剧烈，压缩曲线愈）扰动愈剧烈，压缩曲线愈低，曲率愈小；低，曲率愈小；4-5 地基沉降计算的elgp曲线法（一）室内压缩曲线的特征（一）室内压缩曲线的特征二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求（44）卸荷点在再压缩曲线曲率最大的点右下侧。）卸荷点在再压缩曲线曲率最大的点右下侧。BECFA4-5 地基沉降计算的elgp曲线法（一）室内压缩曲线的特征（一）室内压缩曲线的特征二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求eBCDArmin1232、过A点作水平线A1、切线A2及A1和A2夹角的平分线A3；3、将压缩试验曲线下部的直线段向上延长交A3与交于点B，则B点的横坐标即为所求的前期固结应力pc。1、在室内压缩e-lgp曲线上，找曲率最大点 A；pc（二）前期固结应力的确定（二）前期固结应力的确定二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 确定试样前期固结应力后，就可将它与试样原位现有固结应力比较，判确定试样前期固结应力后，就可将它与试样原位现有固结应力比较，判定该土固结情况。再由室内压缩曲线特征，即可推求出现场压缩曲线。定该土固结情况。再由室内压缩曲线特征，即可推求出现场压缩曲线。（注意：在（注意：在ee坐标轴上，室内曲线与其交点不等于坐标轴上，室内曲线与其交点不等于ee00）a.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Cs 为常数；0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动影响。现场压缩曲线的推求：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点作直线即为原位压缩曲线。过D点作斜率为Cs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；（三）现场压缩曲线的推求（三）现场压缩曲线的推求4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求 确定前期固结应力pc；过e0 作水平线与pc作用线交于B点。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；土取出地面后体积不变，点（e0,p0）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。b.正常固结土假定：推求现场压缩曲线：通过B、C两点的直线即为所求的原位压缩曲线。（三）现场压缩曲线的推求（三）现场压缩曲线的推求4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求c.欠固结土假定：土取出地面后体积不变，即（e0,pc）在原位 压缩曲线上；0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动影响。现场压缩曲线的推求：确定pc的作用线；过e0作水平线与 pc作用线交于B点；过B和C点作直线即为原位压缩曲线。过0.42e0 作水平线与e-lgp曲线交于点C；（三）现场压缩曲线的推求（三）现场压缩曲线的推求4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求（11）选择沉降计算断面和计算点，确定基底压力；）选择沉降计算断面和计算点，确定基底压力；（22）将地基分层；）将地基分层；（33）计算地基中各分层面的自重应力及土层平均自重应力；）计算地基中各分层面的自重应力及土层平均自重应力；（44）计算地基中各分层面的竖向附加应力及土层平均附加应力；）计算地基中各分层面的竖向附加应力及土层平均附加应力；（55）用卡萨格兰德方法根据室内压缩曲线确定前期固结应力；判）用卡萨格兰德方法根据室内压缩曲线确定前期固结应力；判定土层是属于正常固结土、超固结土或欠固结土；推求现场压缩曲定土层是属于正常固结土、超固结土或欠固结土；推求现场压缩曲线；线；（66）对正常固结土、超固结土和欠固结土分别用不同的方法求各）对正常固结土、超固结土和欠固结土分别用不同的方法求各分层的压缩量，然后将各分层的压缩量累加得总沉降量，即分层的压缩量，然后将各分层的压缩量累加得总沉降量，即S=S=SSii。三、三、eelgplgp曲线法计算地基最终沉降曲线法计算地基最终沉降4-5 地基沉降计算的elgp曲线法（一）正常固结土的沉降计算（一）正常固结土的沉降计算三、三、eelgplgp曲线法计算地基最终沉降曲线法计算地基最终沉降4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 图为某地基第图为某地基第ii分层由室内压缩试验曲线分层由室内压缩试验曲线推得的现场压缩曲线。当第推得的现场压缩曲线。当第ii分层在平均分层在平均应力增量（即平均附加应力）应力增量（即平均附加应力）ppii作用下作用下达到完全固结时，其孔隙比的改变量应为达到完全固结时，其孔隙比的改变量应为（二）超固结土的沉降计算（二）超固结土的沉降计算三、三、eelgplgp曲线法计算地基最终沉降曲线法计算地基最终沉降4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 超固结土地基沉降的计算应针对不同大小分超固结土地基沉降的计算应针对不同大小分层的应力增量层的应力增量ppii区分为两种情况：第一种情区分为两种情况：第一种情况是各分层应力增量况是各分层应力增量ppii大于（大于（ppcici-p-p00），第），第二种情况是二种情况是ppii小于（小于（ppcici-p-p00）。）。对于第一种情况，即对于第一种情况，即ppii（ppcici-p-p00），第），第ii分层的土层在分层的土层在ppii作用下，孔隙比将先沿着作用下，孔隙比将先沿着现场再压缩曲线现场再压缩曲线DDDD减小了减小了eeii，再沿着现，再沿着现场压缩曲线场压缩曲线DCDC减小减小eeii，如图所示，如图所示（二）超固结土的沉降计算（二）超固结土的沉降计算三、三、eelgplgp曲线法计算地基最终沉降曲线法计算地基最终沉降4-5 地基沉降计算的elgp曲线法（二）超固结土的沉降计算（二）超固结土的沉降计算三、三、eelgplgp曲线法计算地基最终沉降曲线法计算地基最终沉降4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 对第二种情况则相对简单，第对第二种情况则相对简单，第ii分层土层在分层土层在ppii作用下，孔隙比的改变将只沿着现场再作用下，孔隙比的改变将只沿着现场再压缩曲线压缩曲线DDDD减小，其改变量减小，其改变量（三）欠固结土的沉降计算（三）欠固结土的沉降计算三、三、eelgplgp曲线法曲线法4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 欠固结土的沉降不仅仅包括地基受附加应欠固结土的沉降不仅仅包括地基受附加应力所引起沉降，而且还包括地基土在自重力所引起沉降，而且还包括地基土在自重作用下尚未固结的那部分沉降。作用下尚未固结的那部分沉降。欠固结土第欠固结土第ii分层的现场压缩曲线图分层的现场压缩曲线图由土的自重应力继续固结引起的孔隙比改由土的自重应力继续固结引起的孔隙比改变变eeii 和新增固结应力和新增固结应力ppii（即附加应力）（即附加应力）所引起的孔比改变所引起的孔比改变eeii 之和为之和为（三）欠固结土的沉降计算（三）欠固结土的沉降计算三、三、eelgplgp曲线法计算地基最终沉降曲线法计算地基最终沉降4-5 地基沉降计算的elgp曲线法【例题例题4433】有一仓库面积为有一仓库面积为12.512.5m12.512.5m，堆荷为，堆荷为100kPa100kPa，地基剖面，地基剖面见图见图442222（aa）。从粘土层中心部位取样做室内压缩试验得到压缩曲线）。从粘土层中心部位取样做室内压缩试验得到压缩曲线如图如图442222（bb）所示。土样的初始孔隙比）所示。土样的初始孔隙比ee00=0.67=0.67。试求仓库中心处的沉。试求仓库中心处的沉降量（砂土压缩量不计）。降量（砂土压缩量不计）。4-5 地基沉降计算的elgp曲线法【解解】（11）确定沉降计算点及基底压力：沉降计算点为基础中心点，）确定沉降计算点及基底压力：沉降计算点为基础中心点，基底压力为基底压力为p=100kPap=100kPa。（22）地基分层：砂土层及粘土层下的基岩的沉降量不计，故只需将粘）地基分层：砂土层及粘土层下的基岩的沉降量不计，故只需将粘土分层。取土分层。取HHii=0.4b=0.412.5=5m=0.4b=0.412.5=5m。（33）计算自重应力并绘分布曲线。粘土层顶面的自重应力为）计算自重应力并绘分布曲线。粘土层顶面的自重应力为 s1s1=219+39=65kPa=219+39=65kPa粘土层中心处的自重应力为粘土层中心处的自重应力为 s2s2=s1 s1+105=115kPa+105=115kPa粘土层底面的自重应力为粘土层底面的自重应力为 s3s3=s2 s2+105=165kPa+105=165kPa4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 则两粘土层的平均自重应力分别为则两粘土层的平均自重应力分别为9090，140kPa140kPa。自重应力分布如图自重应力分布如图442222（aa）所示。）所示。（44）求地基中的附加应力并绘分布曲线。该基础属空间问题，据第）求地基中的附加应力并绘分布曲线。该基础属空间问题，据第二章表二章表2222及式（及式（222525），可求得粘土层中各分层的附加应力），可求得粘土层中各分层的附加应力zizi，并标在图并标在图442222（aa）上。由此得）上。由此得pp11=67kPa=67kPa，pp22=44kPa=44kPa（55）确定前期固结应力，推求现场压缩曲线。）确定前期固结应力，推求现场压缩曲线。画出室内压缩曲线如图画出室内压缩曲线如图442222（bb）所示，用卡萨格兰德方法得到粘土）所示，用卡萨格兰德方法得到粘土层的前期固结压力层的前期固结压力ppcc=115kPa=115kPa。步骤（。步骤（33）中已求得粘土层中心处的）中已求得粘土层中心处的自重应力自重应力pp00=115kPa=115kPa。可见。可见ppcc=p=p00，所以该粘土层为正常固结土。，所以该粘土层为正常固结土。4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 由由ee00与前期固结应力得交点与前期固结应力得交点DD，DD点即为现场压缩曲线的起点；再由点即为现场压缩曲线的起点；再由0.42e0.42e00（=0.28=0.28）在室内压缩曲线上得交点）在室内压缩曲线上得交点CC，作，作DD点和点和CC点的连线，点的连线，即为要求的现场压缩曲线，如图即为要求的现场压缩曲线，如图4422(b)22(b)所示。从压缩曲线上可读得所示。从压缩曲线上可读得CC点的横坐标为点的横坐标为630 630 kPakPa，所以现场压缩指数为，所以现场压缩指数为 CCcc=(0.67-0.28)/lg(630/115)=0.53=(0.67-0.28)/lg(630/115)=0.53（66）计算沉降量。）计算沉降量。粘土层各分层的沉降量可用式（粘土层各分层的沉降量可用式（442121）求得。一般说来，对不同分）求得。一般说来，对不同分层，如果土质相同，则取层，如果土质相同，则取CCcici相等；如果土质不同，则应对各分层分别相等；如果土质不同，则应对各分层分别求出其压缩指数。至于求出其压缩指数。至于eeoioi，不同土质，各分层的，不同土质，各分层的eeoo当然不同。但对于当然不同。但对于相同土质的各分层，如果土质较厚，也应考虑初始孔隙比相同土质的各分层，如果土质较厚，也应考虑初始孔隙比eeoo随深度的随深度的变化。如本例题中，变化。如本例题中，4-5 地基沉降计算的elgp曲线法 试样是从粘土层中心取出并测得其试样是从粘土层中心取出并测得其eeoo=0.67=0.67，因而第，因而第11分层的分层的eeoo应大于应大于0.6