土力学5土的压缩性与地基沉降计算.pptx

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1、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第1页/共49页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（复习）一、侧限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：轴向应力轴向变形试验结果：试验结果：第2页/共49页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1 1Es

2、1 1Ee非线性非线性弹塑性弹塑性侧限变形模量：侧限变形模量：第3页/共49页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）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试试样样压力室压力室压力水压力水排水管排水管阀门阀门轴向加压杆轴向加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽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类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔

3、隙水压力孔隙水压力第4页/共49页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结排水试验为例与围压有关与围压有关非线性非线性弹塑性弹塑性剪胀性剪胀性第5页/共49页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、一、e-e-曲线曲线二、二、e-lge-lg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第6页/共49页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、一、e-e-曲线曲线0100200 3004000.60.70

4、.80.91.0e e第7页/共49页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、一、e-e-曲线曲线0100200 3004000.60.70.80.91.0e e压缩系数，压缩系数，KPKPa a-1-1，MPMPa a-1-11e0侧限压缩模量侧限压缩模量,KPKPa a,MP,MPa a侧限变形模量侧限变形模量固体颗粒固体颗粒孔隙孔隙第8页/共49页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、一、e-e-曲线曲线0100200 3004000.60.70.80.91.0e e压缩系数，压缩系数，KPKPa a-1-1a1-2常用作比较土的压缩性大小土的类别土的类

5、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0.1第9页/共49页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、二、e-lge-lg曲线曲线10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce e压缩指数压缩指数Ce回弹指数（再压缩指数）回弹指数（再压缩指数）Ce s：超固结土p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR p p)：p p第16页/共49页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

6、最终沉降量分层总和法二、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：第17页/共49页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二、地基最终沉降量分层总和法情况1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2d地面地面基底已知：地基各土层的压缩曲线 原

7、状土压缩曲线第18页/共49页d地面地面基底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二、地基最终沉降量分层总和法(a)(a)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(b)(b)基底附加压力基底附加压力p p0 0pp0dp p0 0=p-=p-d d(c)(c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布自重应力附加应力(d)(d)确定计算深度确定计算深度z zn n 一般土层一般土层：z z=0.2=0.2 szsz；软粘土层软粘土层：z z=0.1=0.1 szsz；一般房屋基础一般房屋基础：Z Zn n=B(2.5-0

8、.4lnB)=B(2.5-0.4lnB)；基岩或不可压缩土层基岩或不可压缩土层。沉降计算深度沉降计算深度szsz从地面算起；从地面算起；z z从基底算起；从基底算起；z z是由基底附加应力是由基底附加应力 p-d p-d 引起的引起的第19页/共49页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二、地基最终沉降量分层总和法(a)(a)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(b)(b)基底附加压力基底附加压力p p0 0(c)(c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布(d)(d)确定计算深度确定计算深度z zn nd地面

9、地面基底pp0d自重应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度(e)(e)地基分层地基分层HiHi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SisziziHi第20页/共49页各种假定导致 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二、地基最终沉降量分层总和法3、结果修正n基底压力线性分布假设n弹性附加

10、应力计算n单向压缩的假设n只计主固结沉降n原状土现场取样的扰动n参数线性的假设n按中点下附加应力计算第21页/共49页基底附加应力基底附加应力2.54.07.015.020.0 p0 fk1.41.31.00.40.2 p0 0.75 fk1.11.00.70.40.2表表4-6 4-6 沉降计算经验系数沉降计算经验系数 s s4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二、地基最终沉降量分层总和法3、结果修正0zi0z(i-1)Ai附加应力p0s=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f fk k：地基承载力标准值

11、：地基承载力标准值第22页/共49页要点小结：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计算各层沉降量地基总沉降量自重应力基底压力基底附加应力附加应力 结果修正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二、地基最终沉降量分层总和法第23页/共49页三.地基沉降计算的若干问题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、单向分层总和法的评价2、砂性土地基的沉降计算1、粘土地基的沉降量计算第24页/共49页1、粘土地基

12、的沉降量计算研究表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量S由三种不同的原因引起：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。初始沉降(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(即剪切变形)引起的。主固结沉降(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。是地基变形的主要部分。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三.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

13、降Sc：主固结沉降第25页/共49页2、砂性土地基的沉降计算原位试验砂性土地基的沉降速率比较快，大部分沉降在施工期间便完成，运用期沉降量一般不会很大。难以取到有代表性的土样标准贯入试验 静力触探试验 载荷板试验三.地基沉降计算的若干问题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办法：特点：问题：原位冻结取样 单向分层总和法 S S S第26页/共49页3、单向分层总和法的评价可计算成层地基；可计算不同形状基础（条、矩、圆）不同分布的基底压力；参数的试验测定方法简单；已经积累了几十年应用的经验，适当修正。（1）基本假定：（2）优 点：三.地基沉降计算的若干问题4土的压缩性与地基沉降计

14、算4.3 地基的最终沉降量计算（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）整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和第27页/共49页重点：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固结沉降的速度？固结沉降的程度？问题：4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p第28页/共49页4土的压缩性与地基沉降计算4.4 饱和土体的渗流固结理论一、一维渗流固结理论（Terzaghi渗流固结理论）二、固结度的计算二、固结度的

15、计算第29页/共49页 1、物理模型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ppp附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=z=p有效应力有效应力:z=0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、一维渗流固结理论第30页/共49页2、数学模型一、一维渗流固结理论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土层均匀且完全饱和；土颗粒与水不可压缩；变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；荷载均布且一次施加；假定z=const渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；压缩系数

16、a是常数。基本假定：求解思路：总应力已知总应力已知有效应力原理有效应力原理超静孔隙水压力的时空分布第31页/共49页C Cv v 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度；反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度；C Cv v 与渗透系数与渗透系数k k成正比，与压缩系数成正比，与压缩系数a a成反比；成反比；（cmcm2 2/s/s；m m2 2/year/year）固结系数2、数学模型一、一维渗流固结理论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依据孔隙体积的变化土骨架的体积变依据孔隙体积的变化土骨架的体积变化建立固结基本方程化建立固结基本方程第32页/共49页不透水岩层

17、不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z=pp0 z H:u=pz=0:u=0z=H:uz 0 z H:u=0边界、初始条件：边界、初始条件：方程求解：2、数学模型一、一维渗流固结理论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z z第33页/共49页(3)(3)微分方程的解微分方程的解时间因数m1，3，5，7方程求解：2、数学模型一、一维渗流固结理论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0 z H:u=pz=0:u=0z=H:uz 0 z H:u=0基本微分方程：基本微分方程：初始边界条件：初始边界条件：微分方程的解：微分方程的解：反映孔隙水压力的消散程度固结程度第34

18、页/共49页H单面排水时孔隙水压力分布单面排水时孔隙水压力分布双面排水时孔隙水压力分布z zz z排水面排水面不透水层不透水层排水面排水面排水面排水面HH渗流渗流渗流渗流渗流渗流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u u0 0=p=pu u0 0=p=p(3)(3)微分方程的解微分方程的解方程求解：2、数学模型一、一维渗流固结理论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时间因数m1，3，5，7第35页/共49页二、固结度的计算 一点M：地 层：一层土的平均固结度Uz,t=01：表征总应力中有效应力所占比例4.4

19、 饱和土体的渗流固结理论4土的压缩性与地基沉降计算1 1、基本概念、基本概念M第36页/共49页2、平均固结度Ut与沉降量St之间的关系t时刻：时刻：确定St的关键是确定Ut 确定Ut的核心问题是确定uz.t4.4 饱和土体的渗流固结理论4土的压缩性与地基沉降计算在时间在时间t t的沉降与最终沉降量之比的沉降与最终沉降量之比二、固结度的计算第37页/共49页3.地基沉降过程计算1)基本计算方法均布荷载，单向排水情况确定地基的平均固结度Ut已知解得近似简化图表 P147，图4-29，曲线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二、固结度的计算Tv反映固结程度第38页/共49页4.

20、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二、固结度的计算不透水边界不透水边界透水边界渗渗流流123第39页/共49页（1）压缩应力分布不同时2)常见计算条件实践背景：H小，p大自重应力附加应力自重应力附加应力压缩土层底面的附加应力还不接近零情况2、3：解析公式（4-59）和（4-60）图表：图4-29情况4、5：叠加原理，公式（4-61）（4-63）计算公式：应力分布：12534基本情况：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3.地基沉降过程计算二、固结度的计算不透水边界不透水边界透水边界第40页/共49页2.地基沉降过程计算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二、固结度的计算不透水边界不透水边界透水边界渗渗流流123第41页/共49页2)常见计算条件（2）双面排水时无论哪种情况，均按情况1计算；压缩土层深度H取1/2值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二、固结度的计算3.地基沉降过程计算透水边界应力分布：12534基本情况：透水边界H第42页/共49页第43页/共49页第44页/共49页第45页/共49页第46页/共49页第47页/共49页第48页/共49页感谢您的观看。第49页/共49页