土质学与土力学-第五章公开课教案课件.ppt

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1、2023年2月4日 第第5 5章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 5.15.1 概述概述 .土在受压时体积减小的特性叫土的压缩性；土在受压时体积减小的特性叫土的压缩性；.土粒和土中水不能压缩，土的压缩性是指孔隙体积的压缩；土粒和土中水不能压缩，土的压缩性是指孔隙体积的压缩；.土的压缩性由压缩性指标反映，一般通过试验测定土的压缩性指标。土的压缩性由压缩性指标反映，一般通过试验测定土的压缩性指标。5.2 5.2 土的压缩性试验及指标土的压缩性试验及指标 一、室内压缩试验及压缩曲线一、室内压缩试验及压缩曲线 室内室内侧限压缩试验侧限压缩试验采用分级加荷采用分级加荷 ，测读各级荷载

2、作用，测读各级荷载作用下土样的稳定压缩变形量下土样的稳定压缩变形量 。根据根据 ：2023年2月4日 .土的压缩系数和压缩指数土的压缩系数和压缩指数 压缩系数压缩系数 工程中常用工程中常用 的压缩的压缩系数系数 评价土的压缩性：评价土的压缩性：压缩指数压缩指数 .土的压缩模量土的压缩模量 当现有压力当现有压力 增大至增大至 时，相应的压缩模量为：时，相应的压缩模量为：.土的回弹曲线和再压缩曲线土的回弹曲线和再压缩曲线 土样在某级压力土样在某级压力 下逐级卸荷，可测得回弹下逐级卸荷，可测得回弹曲线。并可继续加荷得到再压缩曲线。在回弹曲线曲线。并可继续加荷得到再压缩曲线。在回弹曲线上可定义出上可定

3、义出回弹系数回弹系数、回弹指数回弹指数、回弹模量回弹模量。2023年2月4日 二、现场载荷试验及变形模量二、现场载荷试验及变形模量 现场载荷试验也采用分级加荷现场载荷试验也采用分级加荷 ，测读各级荷载作用，测读各级荷载作用下地基土的稳定压缩变形量下地基土的稳定压缩变形量 。整理试验结果可得载荷试。整理试验结果可得载荷试验结果验结果 曲线。曲线。当压力较小时，当压力较小时，曲线近似成比例变化，可按弹性曲线近似成比例变化，可按弹性力学公式反求地基的变形模量：力学公式反求地基的变形模量：根据理论推导，压缩模量与变形模量有如下关系：根据理论推导，压缩模量与变形模量有如下关系：理论上理论上 值小于值小于

4、1 1，但实际上许多土的，但实际上许多土的 大于大于1 1，见表，见表5-25-2。三、应力历史对压缩性的影响、应力历史对压缩性的影响、沉积土层的应力历史、沉积土层的应力历史 先期固结压力先期固结压力 的定义：天然土层的定义：天然土层在历史上经受过的最大固结压力（最大在历史上经受过的最大固结压力（最大竖向有效应力）称为竖向有效应力）称为先期固结压力先期固结压力。根据应力历史土层可分为三种类型：根据应力历史土层可分为三种类型：正常固结土正常固结土在历史上所经受过的先期在历史上所经受过的先期固结压力等于现有覆盖土重；固结压力等于现有覆盖土重；超固结土超固结土历史上曾经受过大于现有覆历史上曾经受过大

5、于现有覆盖土重的先期固结压力盖土重的先期固结压力,超固结土压缩性小超固结土压缩性小;欠固结土欠固结土其先期固结压力小于现有覆其先期固结压力小于现有覆盖土重，盖土重，欠固结土压缩性大欠固结土压缩性大。通常将先期固结压力与现有覆盖土重之比定义为通常将先期固结压力与现有覆盖土重之比定义为超固结比超固结比：2023年2月4日、由原始压缩曲线确定土的压缩性指标、由原始压缩曲线确定土的压缩性指标 a a 前期固结压力的确定前期固结压力的确定 b b 原始压缩曲线与室内压缩曲线的关系原始压缩曲线与室内压缩曲线的关系正常固结土：超固结土：正常固结土：超固结土：2023年2月4日 5.3 地基沉降实用计算方法地

6、基沉降实用计算方法 一、弹性理论法计算地基沉降一、弹性理论法计算地基沉降一、弹性理论法计算地基沉降一、弹性理论法计算地基沉降由布辛奈斯克解，在集中力由布辛奈斯克解，在集中力由布辛奈斯克解，在集中力由布辛奈斯克解，在集中力Q Q 作用下，地表面作用下，地表面作用下，地表面作用下，地表面r r 处的沉降为：处的沉降为：处的沉降为：处的沉降为：均布矩形荷载角点下的沉降为：均布矩形荷载角点下的沉降为：均布矩形荷载角点下的沉降为：均布矩形荷载角点下的沉降为：均布矩形荷载中点下的沉降为：均布矩形荷载中点下的沉降为：均布矩形荷载中点下的沉降为：均布矩形荷载中点下的沉降为：均布矩形荷载下的平均沉降为：均布矩形

7、荷载下的平均沉降为：均布矩形荷载下的平均沉降为：均布矩形荷载下的平均沉降为：式中系数式中系数式中系数式中系数 查表查表查表查表5-35-35-35-3。二、分层总和法计算地基最终沉降二、分层总和法计算地基最终沉降二、分层总和法计算地基最终沉降二、分层总和法计算地基最终沉降(一一一一)基本公式基本公式基本公式基本公式 2023年2月4日 5.3 地基沉降实用计算方法地基沉降实用计算方法 一、弹性理论法计算地基沉降一、弹性理论法计算地基沉降一、弹性理论法计算地基沉降一、弹性理论法计算地基沉降由布辛奈斯克解，在集中力由布辛奈斯克解，在集中力由布辛奈斯克解，在集中力由布辛奈斯克解，在集中力Q Q 作用

8、下，地表面作用下，地表面作用下，地表面作用下，地表面r r 处的沉降为：处的沉降为：处的沉降为：处的沉降为：均布矩形荷载角点下的沉降为：均布矩形荷载角点下的沉降为：均布矩形荷载角点下的沉降为：均布矩形荷载角点下的沉降为：均布矩形荷载中点下的沉降为：均布矩形荷载中点下的沉降为：均布矩形荷载中点下的沉降为：均布矩形荷载中点下的沉降为：均布矩形荷载下的平均沉降为：均布矩形荷载下的平均沉降为：均布矩形荷载下的平均沉降为：均布矩形荷载下的平均沉降为：式中系数式中系数式中系数式中系数 查表查表查表查表5-35-35-35-3。二、分层总和法计算地基最终沉降二、分层总和法计算地基最终沉降二、分层总和法计算地

9、基最终沉降二、分层总和法计算地基最终沉降(一一一一)基本公式基本公式基本公式基本公式 2023年2月4日（二二二二）按分层总和法计算）按分层总和法计算）按分层总和法计算）按分层总和法计算 、基本假设、基本假设、基本假设、基本假设（1 1）地基土沉降时无侧向变形；）地基土沉降时无侧向变形；）地基土沉降时无侧向变形；）地基土沉降时无侧向变形；（2 2）以基底中心点下一定范围内的单位面积小土柱）以基底中心点下一定范围内的单位面积小土柱）以基底中心点下一定范围内的单位面积小土柱）以基底中心点下一定范围内的单位面积小土柱的压缩量作为基础的平均沉降量；的压缩量作为基础的平均沉降量；的压缩量作为基础的平均沉

10、降量；的压缩量作为基础的平均沉降量；、计算步骤与规定、计算步骤与规定、计算步骤与规定、计算步骤与规定（1 1）地基分层：一般取：）地基分层：一般取：）地基分层：一般取：）地基分层：一般取：，在土质分层处，在土质分层处，在土质分层处，在土质分层处和地下水位处也作为分层面；和地下水位处也作为分层面；和地下水位处也作为分层面；和地下水位处也作为分层面；（2 2）计算基底中心点下自重应力的分布；）计算基底中心点下自重应力的分布；）计算基底中心点下自重应力的分布；）计算基底中心点下自重应力的分布；（3 3）计算基底附加压力）计算基底附加压力）计算基底附加压力）计算基底附加压力p p0 0 和基底中心点下

11、附加应力的分布；和基底中心点下附加应力的分布；和基底中心点下附加应力的分布；和基底中心点下附加应力的分布；（4 4）确定压缩层厚度：一般取处（软土取）确定压缩层厚度：一般取处（软土取）确定压缩层厚度：一般取处（软土取）确定压缩层厚度：一般取处（软土取0.10.1）作为压缩层下限；）作为压缩层下限；）作为压缩层下限；）作为压缩层下限；（5 5）计算各层平均初始压力和平均总压力）计算各层平均初始压力和平均总压力）计算各层平均初始压力和平均总压力）计算各层平均初始压力和平均总压力并查并查并查并查 曲线得曲线得曲线得曲线得 和和和和 ;（6 6）累计各层压缩量）累计各层压缩量）累计各层压缩量）累计各层

12、压缩量 、算例某基础底面尺寸，埋深、算例某基础底面尺寸，埋深、算例某基础底面尺寸，埋深、算例某基础底面尺寸，埋深mm，上部结构荷载，地基为均质粉质黏土，上部结构荷载，地基为均质粉质黏土，上部结构荷载，地基为均质粉质黏土，上部结构荷载，地基为均质粉质黏土，压缩试验曲线如图所示，试计，压缩试验曲线如图所示，试计，压缩试验曲线如图所示，试计，压缩试验曲线如图所示，试计算基础最终沉降量。算基础最终沉降量。算基础最终沉降量。算基础最终沉降量。2023年2月4日 三、按规范方法计算三、按规范方法计算三、按规范方法计算三、按规范方法计算 1 1 1 1、规范法的概念：、规范法的概念：、规范法的概念：、规范法

13、的概念：（1 1）、按土质分层）、按土质分层）、按土质分层）、按土质分层（2 2）、经验修正：）、经验修正：）、经验修正：）、经验修正：2 2、计算步骤：、计算步骤：、计算步骤：、计算步骤：（1 1）、初步计算沉降）、初步计算沉降）、初步计算沉降）、初步计算沉降对均质地基：对均质地基：对均质地基：对均质地基：对分层地基：对分层地基：对分层地基：对分层地基：（2 2）、按经验修正沉降）、按经验修正沉降）、按经验修正沉降）、按经验修正沉降（3 3）、确定沉降计算深度）、确定沉降计算深度）、确定沉降计算深度）、确定沉降计算深度2023年2月4日 四、按应力历史法计算基础最终沉降量四、按应力历史法计算

14、基础最终沉降量四、按应力历史法计算基础最终沉降量四、按应力历史法计算基础最终沉降量 、正常固结土的沉降计算、正常固结土的沉降计算、正常固结土的沉降计算、正常固结土的沉降计算由及由及由及由及得得得得 、超固结土的沉降计算、超固结土的沉降计算、超固结土的沉降计算、超固结土的沉降计算当当当当 当当当当2023年2月4日、欠固结土的沉降计算、欠固结土的沉降计算、欠固结土的沉降计算、欠固结土的沉降计算五、地基沉降量分析五、地基沉降量分析五、地基沉降量分析五、地基沉降量分析根据饱和黏性土地基的试验分析，地基沉降根据饱和黏性土地基的试验分析，地基沉降根据饱和黏性土地基的试验分析，地基沉降根据饱和黏性土地基的

15、试验分析，地基沉降变形量可分为三部分：变形量可分为三部分：变形量可分为三部分：变形量可分为三部分：2023年2月4日6.4 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系一、饱和土中的有效应力一、饱和土中的有效应力一、饱和土中的有效应力一、饱和土中的有效应力、有效应力原理、有效应力原理、有效应力原理、有效应力原理有效应力是通过土骨架传递的应力。或称为土粒间有效应力是通过土骨架传递的应力。或称为土粒间有效应力是通过土骨架传递的应力。或称为土粒间有效应力是通过土骨架传递的应力。或称为土粒间平均接触应力。土的强度和变形由有效应力决定。平均接触应力。土的强度和变形由有效应力决定。平均接触应力。土的强度和变形

16、由有效应力决定。平均接触应力。土的强度和变形由有效应力决定。、土中水渗流时的土中有效应力、土中水渗流时的土中有效应力、土中水渗流时的土中有效应力、土中水渗流时的土中有效应力自上向下渗流自上向下渗流自上向下渗流自上向下渗流自下向上渗流自下向上渗流自下向上渗流自下向上渗流、饱和土固结时的土中有效应力、饱和土固结时的土中有效应力、饱和土固结时的土中有效应力、饱和土固结时的土中有效应力当当当当当当当当当当当当2023年2月4日6.4 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系一、饱和土中的有效应力一、饱和土中的有效应力一、饱和土中的有效应力一、饱和土中的有效应力、有效应力原理、有效应力原理、有效应力原理

17、、有效应力原理有效应力是通过土骨架传递的应力。或称为土粒间有效应力是通过土骨架传递的应力。或称为土粒间有效应力是通过土骨架传递的应力。或称为土粒间有效应力是通过土骨架传递的应力。或称为土粒间平均接触应力。土的强度和变形由有效应力决定。平均接触应力。土的强度和变形由有效应力决定。平均接触应力。土的强度和变形由有效应力决定。平均接触应力。土的强度和变形由有效应力决定。、土中水渗流时的土中有效应力、土中水渗流时的土中有效应力、土中水渗流时的土中有效应力、土中水渗流时的土中有效应力自上向下渗流自上向下渗流自上向下渗流自上向下渗流自下向上渗流自下向上渗流自下向上渗流自下向上渗流、饱和土固结时的土中有效应

18、力、饱和土固结时的土中有效应力、饱和土固结时的土中有效应力、饱和土固结时的土中有效应力当当当当当当当当当当当当2023年2月4日二、一维固结理论二、一维固结理论二、一维固结理论二、一维固结理论、基本假设、基本假设、基本假设、基本假设（）、土是均质、各向同性和完全饱和的；（）、土是均质、各向同性和完全饱和的；（）、土是均质、各向同性和完全饱和的；（）、土是均质、各向同性和完全饱和的；（）、土粒和土中水都是不可压缩的；（）、土粒和土中水都是不可压缩的；（）、土粒和土中水都是不可压缩的；（）、土粒和土中水都是不可压缩的；（）、土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和渗流（）、土中附加应

19、力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和渗流（）、土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和渗流（）、土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和渗流都是竖向的；都是竖向的；都是竖向的；都是竖向的；（）、土中水的渗流服从达西定律；（）、土中水的渗流服从达西定律；（）、土中水的渗流服从达西定律；（）、土中水的渗流服从达西定律；（）、在渗透固结过程中，土的渗透系数和压缩系数不变；（）、在渗透固结过程中，土的渗透系数和压缩系数不变；（）、在渗透固结过程中，土的渗透系数和压缩系数不变；（）、在渗透固结过程中，土的渗透系数和压缩系数不变；（）、外荷是一次骤然施加的，在固结过程中

20、保持不变；（）、外荷是一次骤然施加的，在固结过程中保持不变；（）、外荷是一次骤然施加的，在固结过程中保持不变；（）、外荷是一次骤然施加的，在固结过程中保持不变；（）、土体变形完全是超静孔隙水压力消散引起的。（）、土体变形完全是超静孔隙水压力消散引起的。（）、土体变形完全是超静孔隙水压力消散引起的。（）、土体变形完全是超静孔隙水压力消散引起的。2023年2月4日、微分方程的建立、微分方程的建立、微分方程的建立、微分方程的建立单位时间流入单元水量：单位时间流入单元水量：单位时间流入单元水量：单位时间流入单元水量：单位时间流出单元水量：单位时间流出单元水量：单位时间流出单元水量：单位时间流出单元水量

21、：由渗流连续条件：由渗流连续条件：由渗流连续条件：由渗流连续条件：代入连续条件代入连续条件代入连续条件代入连续条件得得得得由侧限压缩试验：和由侧限压缩试验：和由侧限压缩试验：和由侧限压缩试验：和得或得或得或得或、微分方程的解析解、微分方程的解析解、微分方程的解析解、微分方程的解析解2023年2月4日三、地基固结度三、地基固结度三、地基固结度三、地基固结度、地基固结度的概念地基固结度的概念地基固结度的概念地基固结度的概念其中和其中和其中和其中和 代入上式得地基平均固结度：代入上式得地基平均固结度：代入上式得地基平均固结度：代入上式得地基平均固结度：、地基平均固结度、地基平均固结度、地基平均固结度

22、、地基平均固结度由太沙基一维固结理论：由太沙基一维固结理论：由太沙基一维固结理论：由太沙基一维固结理论：得：得：得：得：当可取第一项其中当可取第一项其中当可取第一项其中当可取第一项其中四、任意时刻的地基沉降量四、任意时刻的地基沉降量四、任意时刻的地基沉降量四、任意时刻的地基沉降量(1)(1)(1)(1)已知地基及荷载条件，求某时刻的地基沉降：已知地基及荷载条件，求某时刻的地基沉降：已知地基及荷载条件，求某时刻的地基沉降：已知地基及荷载条件，求某时刻的地基沉降：(2)(2)(2)(2)已知地基及荷载条件，求达到某一固结度所需的时间：已知地基及荷载条件，求达到某一固结度所需的时间：已知地基及荷载条件，求达到某一固结度所需的时间：已知地基及荷载条件，求达到某一固结度所需的时间：第章作业：第章作业：第章作业：第章作业：6-116-11、6-126-12