土质学与土力学第5章课件.ppt
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1、土质学与土力学土质学与土力学人防教研室人防教研室 赵佩胜赵佩胜中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件第五章第五章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算第一节第一节 概概 述述 土土体体在在压压力力作作用用下下体体积积缩缩小小的的特特性性叫叫土土的的压压缩缩性性。地地基基土土在在上上部部荷荷载载作作用用下下产产生生应应力力和和变变形形，地地基基土土竖竖直直方方向向的的变变形称为沉降。土体产生压缩变形的原因主要有三方面：形称为沉降。土体产生压缩变形的原因主要有三方面：1、土颗粒
2、骨架的压缩变形；、土颗粒骨架的压缩变形；2、土中孔隙水的压缩变形；、土中孔隙水的压缩变形；3、土土中中孔孔隙隙水水和和气气体体的的挤挤出出、排排出出，土土体体变变密密实实引引起起土的压缩变形。土的压缩变形。由由 于于 一一 般般 建建 筑筑 物物 产产 生生 的的 附附 加加 应应 力力 都都 较较 小小（100300kPa），此此时时土土颗颗粒粒及及水水的的压压缩缩量量很很小小，可可以以忽忽略不计，而孔隙水和气体排出是土体变形的主要原因。略不计，而孔隙水和气体排出是土体变形的主要原因。土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中
3、国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件第二节第二节 研究土压缩性的试验及指标研究土压缩性的试验及指标 一、室内侧限压缩试验与压缩模量一、室内侧限压缩试验与压缩模量 1、压缩试验与压缩曲线、压缩试验与压缩曲线 为为研研究究土土的的压压缩缩性性规规律律，通通常常进进行行室室内内压压缩缩试试验验。试试验验是是在在无无侧侧胀胀条条件件下下，对对土土体体分分级级施施加加竖竖向向压压力力，测测记记每每级级压压力力下下不不同同时时间间土土的的竖竖向向变变形形量量和和压压缩缩稳稳定定后后的的变变形形量量（图
4、图5-1）。根根据据试试验验结结果果和和计计算算可可以以绘绘制制：ep曲曲线线。根根据据前前面面分分析析，土土的的压压缩缩变变形形主主要要由由土土中中孔孔隙隙水水及及气气体体的的排排出出，孔孔隙隙减减少，这样可用孔隙比的变化来反映土体的少，这样可用孔隙比的变化来反映土体的变形变形。土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 2、压缩性指标、压缩性指标 在在压压缩缩（ep）曲曲线线上上任任取
5、取两两点点作作割割线线，则则割割线线的的方方程程为为：这这就就是是压压密密定定律律的的表表达达式式，其其中中比例常数为割线的斜率，称为土的压缩系数。比例常数为割线的斜率，称为土的压缩系数。压缩系数的定义：压缩系数的定义：压压缩缩系系数数不不是是常常数数，为为了了评评价价土土的的压压缩缩性性，工工程程实实用用上上常常以以p1=100kPa，p2=200kPa时时的的压压缩缩系系数数a12作作为为评评价价指指标。标。土土 的的 压压 缩缩 性性低压缩性土低压缩性土中压缩性土中压缩性土高压缩性土高压缩性土压缩系数压缩系数MPa-1土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工
6、程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 土压缩模量：土压缩模量：3、前期固结压力和土的天然固结状态、前期固结压力和土的天然固结状态 从从elgp曲曲线线上上反反映映的的压压缩缩规规律律，可可发发现现有有一一拐拐点点，这这是是土土层层历历史史上上承承受受过过的的最最大大固固结结应应力力，称称为为先先（前前）期期固固结结压力。其确定方法为卡萨格兰地提出的（压力。其确定方法为卡萨格兰地提出的（图图5-6）。）。确确定定了了先先期期固固结结压压力力，可可以以作作
7、出出土土层层原原始始压压缩缩曲曲线线和和判判断断天天然然土土的的固固结结状状态态。根根据据土土层层的的前前期期固固结结压压力力和和目目前前的的上上覆覆压压力力情情况况，将将土土分分为为超超固固结结土土、正正常常固固结结土土和和欠欠固固结结土土。一般用固结比一般用固结比OCR的大小来的大小来判断判断。土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 二、现场载荷试验及变形模量二、现场载荷试验及变形
8、模量 室室内内试试验验是是在在无无侧侧限限条条件件下下进进行行的的，与与实实际际受受力力情情况况不不同同，有有一一定定的的局局限限性性。为为研研究究和和计计算算的的需需要要，应应进进行行现现场场载载荷试验。荷试验。载载荷荷试试验验方方法法：将将一一定定尺尺寸寸的的载载荷荷板板置置于于试试坑坑中中的的土土层层表表面面，然然后后在在载载荷荷板板上上分分级级加加载载，测测记记每每级级荷荷载载下下载载荷荷板板的的下沉稳定时的读数（下沉稳定时的读数（图图5-8）。）。根根据据试试验验成成果果绘绘制制成成ps曲曲线线，由由曲曲线线直直线线段段，根根据据弹弹性力学解答：性力学解答：可求得变形模量：可求得变形
9、模量：土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件第三节第三节 地基沉降实用计算方法地基沉降实用计算方法 地地基基沉沉降降计计算算包包括括两两个个方方面面的的内内容容，一一是是基基础础最最终终沉沉降降量量的的计计算算，也也就就是是基基础础的的最最大大沉沉降降量量，这这是是在在工工程程中中首首要要关关注注的的问问题题，也也是是本本介介绍绍的的主主要要内内容容；另另一一个个是是沉沉降降的的时时间
10、间过过程程（固固结结理理论论），是是研研究计算沉降发生变化的趋势，将的下一节中介绍。究计算沉降发生变化的趋势，将的下一节中介绍。土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 一、弹性理论法计算沉降一、弹性理论法计算沉降 1、基本假设、基本假设 弹弹性性理理论论方方法法是是假假定定地地基基土土为为半半无无限限弹弹性性体体，用用布布西西奈奈斯克竖向位移解答计算在荷载作用下地表的沉降量。斯克竖向位
11、移解答计算在荷载作用下地表的沉降量。2、计算公式（绝对刚性基础）、计算公式（绝对刚性基础）设在地表上作用分布荷载，则地面沉降为：设在地表上作用分布荷载，则地面沉降为：上上式式根根据据基基础础刚刚度度、形形状状、尺尺寸寸及及计计算算点点的的位位置置，求求解解后得：后得：土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 二、分层总和法计算最终沉降二、分层总和法计算最终沉降 1、计算的基本原理、计算的
12、基本原理 假假定定地地基基土土为为直直线线变变形形体体，在在外外荷荷载载作作用用下下变变形形只只发发生生在在有有限限厚厚度度内内（压压缩缩层层厚厚度度），将将压压缩缩层层厚厚度度内内的的土土层层分分成成若若干干层层，计计算算出出每每一一薄薄层层的的压压缩缩量量，再再把把各各层层土土的的压压缩缩量量总总和起来即为地基的沉降量。和起来即为地基的沉降量。2、计算所需的基本资料、计算所需的基本资料 （1）基础情况：基础的形状、尺寸及埋深；）基础情况：基础的形状、尺寸及埋深；（2）荷荷载载情情况况：上上部部结结构构的的总总静静荷荷载载（包包括括基基础础及及基基础台阶土重）和相邻基础的影响荷载；础台阶土重
13、）和相邻基础的影响荷载；（3）地地基基条条件件：地地基基土土层层的的剖剖面面，各各层层土土的的物物理理力力学学性质指标及压缩曲线，地下水位等。性质指标及压缩曲线，地下水位等。土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 3、基本公式、基本公式 根据前面压缩试验结果推导的公式：根据前面压缩试验结果推导的公式：得到计算第得到计算第i分层土分层土压缩量压缩量的基本公式：的基本公式：按分层总和原则，
14、基础的最终沉降量为：按分层总和原则，基础的最终沉降量为：土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 4、计算步骤和方法、计算步骤和方法 （1）根根据据已已知知条条件件，绘绘制制土土层层剖剖面面和和基基础础布布置示意图，并标明地下水位；置示意图，并标明地下水位；（2）划划分分土土层层，划划分分原原则则为为：土土层层（地地下下水）分界面，水）分界面，取取h=0.4b左右；左右；（3）计计算算基
15、基底底附附加加应应p0，并并按按分分层层情情况况计计算算各各分分层层点点的的自自重重应应力力cici和和附附加加应应力力zizi，同同时时确确定定出土的压缩层厚度出土的压缩层厚度zn；（4）计算各分层的压缩量）计算各分层的压缩量S Si i；（5）总和各层压缩量，计算最终沉降量）总和各层压缩量，计算最终沉降量S。土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 三、应力面积法计算最终沉降三、应力
16、面积法计算最终沉降 1、计算公式：、计算公式：2、沉降计算深度的确定：、沉降计算深度的确定：3、沉降计算经验系数：、沉降计算经验系数：土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件第四节第四节 饱和粘性土地基沉降与时间的关系饱和粘性土地基沉降与时间的关系 上上一一节节中中我我们们介介绍绍了了最最终终沉沉降降量量的的计计算算，但但沉沉降降的的完完成成时时间间，即即沉沉降降与与时时间间的的关关系系
17、如如何何？在在外外荷荷载载作作用用下下土土中中孔孔隙隙水水排排出出，土土体体发发生生体体积积变变化化而而压压密密的的时时间间过过程程称称为为土土的的固固结结。固固结结问问题题包包括括土土中中孔孔隙隙压压力力分分布布、变变形形随随时时间间的的变变化化、固固结结度度的的计计算算等等内内容容。根根据据压压缩缩变变形形的的特特性性，土土的的渗渗透透固固结结快快慢慢，决定了沉降完成时间的长短。决定了沉降完成时间的长短。土质学与土力学土质学与土力学多媒体课件多媒体课件 人防工程教研室人防工程教研室 赵佩胜赵佩胜 制作制作中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工
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