土力學(xué)地基的沉降計算剖析PPT課件

1、u 第一節(jié) 土的彈性變形性質(zhì)u 第二節(jié) 土的壓縮性u 第三節(jié) 土體變形模量的試驗(yàn)測定方法u 第四節(jié) 地基沉降計算u 第五節(jié) 沉降差和傾斜u 第六節(jié) 飽和粘土滲透固結(jié)和太沙基一維固結(jié)理論u 第七節(jié) 固結(jié)系數(shù)Cv的確定u 第八節(jié) 飽和粘土地基沉降的計算u 第九節(jié) 多維固結(jié)理論簡介（自學(xué)）u 第十節(jié) 粘土的流變性質(zhì)（自學(xué)）主 要 內(nèi) 容1第1頁/共40頁學(xué)習(xí)要點(diǎn)：u 1、土的壓縮性及其指標(biāo)u 2、地基沉降計算u 3、飽和粘土的滲透固結(jié)理論2第2頁/共40頁為什么要研究土的壓縮性？為什么要研究土的壓縮性？研究基礎(chǔ)研究基礎(chǔ)土的三相物理指標(biāo)土的三相物理指標(biāo)土的滲透性土的滲透性地基中的應(yīng)力計算地基中的應(yīng)力計

2、算地基沉降計算地基沉降計算工程應(yīng)用工程應(yīng)用土的三相性土的三相性多孔介質(zhì)多孔介質(zhì)外荷載的作用下外荷載的作用下土體變形土體變形側(cè)向位移側(cè)向位移豎直位移豎直位移地基沉降地基沉降地基沉降計算地基沉降計算產(chǎn)生附加應(yīng)力產(chǎn)生附加應(yīng)力土的壓縮性土的壓縮性平均總沉降平均總沉降不均勻沉降不均勻沉降相鄰基礎(chǔ)的相鄰基礎(chǔ)的沉降差沉降差 3第3頁/共40頁2m4m確定確定地基沉降地基沉降（豎向位移）是主要目的（豎向位移）是主要目的Palacio de las Bellas Artes,Mexico City墨西哥城藝術(shù)宮的下沉 墨西哥城下的土層為：表層為人工填土與砂夾卵石硬殼層，厚度5m，其下為火山灰形成的超高壓縮性淤泥

3、，天然孔隙比高達(dá)712，含水率150600%，層厚達(dá)數(shù)十米。該藝術(shù)宮沉降量高達(dá)4m，并造成鄰近的公路下沉2m。 實(shí)實(shí) 例例4第4頁/共40頁建筑物的不均勻沉降，墨西哥城5第5頁/共40頁由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸6第6頁/共40頁基坑開挖，引起陽臺裂縫7第7頁/共40頁p 一、土的壓縮性p 二、壓縮試驗(yàn)及壓縮曲線p 三、土的壓縮指標(biāo)p 四、應(yīng)力歷史對粘土壓縮性的影響p 五、先期固結(jié)壓力的確定及校正壓縮曲線土的壓縮性及其指標(biāo)土的壓縮性及其指標(biāo)8第8頁/共40頁一、土的壓縮性 compressibility 土發(fā)生壓縮的原因土發(fā)生壓縮的原因（1）土顆粒的壓縮土顆粒的壓縮（2）水的壓

4、縮水的壓縮（4）孔隙的減小孔隙的減小00對大多數(shù)土來說，氣體被排出對大多數(shù)土來說，氣體被排出 在壓力作用下，顆粒位置的發(fā)生改變，孔隙減小，土體變在壓力作用下，顆粒位置的發(fā)生改變，孔隙減小，土體變得密實(shí)，即發(fā)生得密實(shí)，即發(fā)生壓縮壓縮。00（3）孔隙中的氣體孔隙中的氣體 對飽和土，這一過程還伴隨著孔隙水的排出，稱為對飽和土，這一過程還伴隨著孔隙水的排出，稱為滲透固結(jié)滲透固結(jié)。 土在外力作用下體積減小的特性稱為土在外力作用下體積減小的特性稱為土的壓縮性土的壓縮性。9第9頁/共40頁 1、土中孔隙的存在是土體產(chǎn)生壓縮的主要原因。 認(rèn)為在外力作用下，土體壓縮變形只是孔隙體積減小的結(jié)果 通過試驗(yàn)測得豎向壓

5、力與孔隙比的關(guān)系曲線（壓縮曲線）， 來反映土的壓縮性。 2、土體孔隙中的水和氣體的排出才能使土體壓縮變形。 如果沒有孔隙中水和氣體的排出，土體很難有壓縮變形。 3、土體的壓縮過程具有時間效應(yīng)。 土的壓縮是隨著水和氣體的排出逐漸發(fā)生的，因而壓縮過程 是時間的函數(shù)。 4、土體壓縮量的大小和土體的初始密實(shí)度有關(guān)。土體壓縮的特性：土體壓縮的特性：10第10頁/共40頁土的固結(jié)：土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程砂性土砂性土粘性土粘性土壓縮穩(wěn)定很快完成壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間壓縮穩(wěn)定需要很長一

6、段時間透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出影響土體壓縮性的兩個要素影響土體壓縮性的兩個要素1 1、土的類別、土的類別2 2、土的應(yīng)力歷史、土的應(yīng)力歷史在地質(zhì)歷史中承受過高壓的土體在地質(zhì)歷史中承受過高壓的土體壓縮性小壓縮性小在地質(zhì)歷史中沒有承受過高壓的土體在地質(zhì)歷史中沒有承受過高壓的土體壓縮性大壓縮性大11第11頁/共40頁二、壓縮試驗(yàn)及壓縮曲線研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗(yàn)方法，亦稱固結(jié)試驗(yàn)三聯(lián)固結(jié)儀三聯(lián)固結(jié)儀支架支架加加壓壓設(shè)設(shè)備備固結(jié)容器固結(jié)容器變形測量變形測量12第12頁/共40頁（1） 壓縮容器的構(gòu)造注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只 產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)

7、生側(cè)向變形。13剛性護(hù)環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土 樣荷 載第13頁/共40頁孔隙比 e 與壓縮量 s 之間的關(guān)系sssssvhhhAhAhhVVe 000)(001ehhs sssssvhhhAhAhhVVe 111)(111ehhs 140e101 esh0h0p壓縮前1e111 esh1h1ps壓縮后第14頁/共40頁0e101 esh0h0p1e111 esh1h1ps壓縮前壓縮后壓縮前后顆粒的高度保持不變，有01001eeshe故有1000(1)seeeh某一土層或土樣的壓縮量計算公式：0s01hhe111he011hse15第15頁/共40頁（2）壓縮試驗(yàn) 逐級加載，測得不同荷

8、載水平下的壓縮量。p1s1p2s2pisipnsn荷 載壓縮量孔隙比e1e2eien問題： 以s-p曲線反映土的壓縮性是否合理？注意： e-p曲線反映的是土樣完全側(cè)限時的變形-荷載關(guān)系。16第16頁/共40頁 ep曲線P1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e30100200 3004000.60.70.80.91.0e e)(kPap測定：豎向應(yīng)力豎向變形時間1000(1)seeeh17第17頁/共40頁e- -p曲線陡緩反映了壓縮性的大小曲線陡緩反映了壓縮性的大小e0eppe曲線A曲線B曲線A壓縮性曲線B壓縮性e-p曲線的陡緩反映了土體壓縮性大小，曲線的陡緩反映了土體壓縮性大小，曲

9、線陡者，壓縮性大曲線陡者，壓縮性大曲線緩者，壓縮性小曲線緩者，壓縮性小18第18頁/共40頁（1）壓縮系數(shù)ep三. 壓縮指標(biāo)土樣完全側(cè)限（單向壓縮）時的變形指標(biāo)單向壓縮（完全側(cè)限）時，單位豎向壓力產(chǎn)生的孔隙比變化。根據(jù) e-p 壓縮曲線可以得到三個表征土體壓縮性的壓縮指標(biāo)：（2）體積壓縮系數(shù)單向壓縮（完全側(cè)限）時，產(chǎn)生單位豎向應(yīng)變所需的豎向應(yīng)力。（3）壓縮模量單向壓縮（完全側(cè)限）時，單位豎向壓力產(chǎn)生的體積應(yīng)變。19第19頁/共40頁（1）壓縮系數(shù) coefficient of compressibility 01v10eeappep 1010eepp ddep 規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)壓縮系數(shù)a1-2 0.

10、1 0.5低壓縮性中壓縮性高壓縮性11 2/MPaap0=100kPa，p1=200kPa時的壓縮系數(shù)。 壓縮性與壓縮系數(shù)之間的關(guān)系壓縮系數(shù)av越大，壓縮曲線越陡，土的壓縮性越高。（MPa-1）單向壓縮（完全側(cè)限）時，單位豎向壓力產(chǎn)生的孔隙比變化。p1p0e1M1M2e0eppepeppeeav 0110 斜斜率率20第20頁/共40頁（2）體積壓縮系數(shù) coefficient of volume compressibility vv01+ame單向壓縮（完全側(cè)限）時，單位豎向壓力產(chǎn)生的體積應(yīng)變。01001eeshe已知：已知：01v10eeappvvapppaee )(0110令 p則土樣壓

11、縮量公式可改寫為則土樣壓縮量公式可改寫為0000011hmheahpeavvv vvvpeeeam 11100kNm /2單位：21第21頁/共40頁單向壓縮（完全側(cè)限）時，產(chǎn)生單位豎向應(yīng)變所需的豎向應(yīng)力。0sv1eEa材料名稱材料名稱C20砼砼較硬粘土較硬粘土密實(shí)砂密實(shí)砂密實(shí)礫、石密實(shí)礫、石壓縮模量壓縮模量( (MPa) )260008155080100200（3）壓縮模量 modulus of compressibilityvzzsaepeeeepE000111 22第22頁/共40頁01001esehe0101eeevvzm0v1 ea(4)壓縮指標(biāo) mv 和 Es 之間關(guān)系式的證明壓縮

12、量計算公式為由此得到：豎向應(yīng)變0zsh因此，對應(yīng)于p0p1段的壓縮模量為szzzpEv01ee即：單向壓縮時，豎向應(yīng)變與體積應(yīng)變相等。體積應(yīng)變zzs1E此外23第23頁/共40頁單向壓縮試驗(yàn)的各種參數(shù)的關(guān)系指標(biāo)指標(biāo)指標(biāo)指標(biāo)avmvEsav1mv(1+e0)(1+e0)/Esmvav/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/av1/mv124第24頁/共40頁算例分析書上書上132頁題頁題4125第25頁/共40頁答案：kN/m102,7 . 0240 vae8.5MPakPa105 . 81027 . 0111340s vvaemEcm035. 03)100200(7 . 01102140 h

13、peaSv已知所以：26第26頁/共40頁(5) 關(guān)于壓縮指標(biāo)的討論 壓縮系數(shù)、體積壓縮系數(shù)、壓縮模量是否為常數(shù)？不是。隨所受豎向壓力（應(yīng)力）的大小而變。epp 通過e-p曲線，我們看到土的壓縮系數(shù)av不 是常數(shù)，隨著壓力p的增大，曲線趨于平 緩，av值在減小。因而與壓縮系數(shù)av相關(guān)的 體積壓縮系數(shù)mv和壓縮模量Es都不是常數(shù)。p 這說明土是非線性介質(zhì)。27第27頁/共40頁 壓縮模量Es和變形模量E0的關(guān)系 壓縮模量Es是指在土在完全側(cè)限這種特殊狀態(tài)下力與變形之間的關(guān)系。從理論上講，可建立壓縮指標(biāo)與變形指標(biāo)之間的關(guān)系。變形模量E0 ：在單向受力狀態(tài)（無側(cè)限）時，可定義為產(chǎn)生單位豎向應(yīng)變所需的

14、豎向應(yīng)力。28pp壓縮模量Es變形模量E1s2s側(cè)向約束側(cè)向自由第28頁/共40頁xzy假設(shè)土的應(yīng)力、應(yīng)變滿足廣義Hooke定律0 xy在壓縮的過程中土無側(cè)向變形，故再由定義Es=z /z，最終可得到壓縮變形后 壓縮模量Es和變形模量E0的關(guān)系;10zzyxK 則則ssEEE 12120 1212 zyxxE 1 zxyyE 1 yxzzE 129第29頁/共40頁（5）壓縮、回彈、再壓縮可以看出，再壓縮產(chǎn)生的變形遠(yuǎn)小于第一次壓縮產(chǎn)生的變形。e-p曲線的缺點(diǎn)：不能反映土的應(yīng)力歷史30回彈曲線壓縮曲線殘余變形（塑性變形）彈性變形再壓縮曲線ep新的壓縮曲線第30頁/共40頁壓縮指數(shù)compress

15、ion index膨脹指數(shù)swelling index（6）壓縮指數(shù)和膨脹指數(shù)12c21lglgeeCpp1221lgeepp（壓縮曲線斜率）（回彈曲線斜率）為了能夠反映土的應(yīng)力歷史，引入了 e-lgp 曲線)/lg(1221ppeeCs Cs 1，超固結(jié)土，超固結(jié)土OCR1，欠固結(jié)土，欠固結(jié)土33當(dāng)前地表（正常固結(jié)）0ph過去地表（欠固結(jié)）過去地表（超固結(jié)）正常固結(jié)土 : pc=p0。normally consolidated clay欠固結(jié)土： pcp0。over consolidated clay超固結(jié)比c0pOCRpp0: 土樣在取出時所受的豎向自重應(yīng)力。pc: 由壓縮試驗(yàn)確定的原狀土

16、樣的先期固結(jié)壓力。土層壓縮尚未完成。以前承受過更大的固結(jié)壓力。h0ph第33頁/共40頁五. 先期固結(jié)壓力的確定及校正壓縮曲線的推求cp/ 2/ 2室內(nèi)壓縮曲線elg p曲率最大點(diǎn)e0角平分線(f) A點(diǎn)對應(yīng)于先期固結(jié)點(diǎn)對應(yīng)于先期固結(jié) 壓力壓力pc(b) 過m點(diǎn)作水平線，(c) 作m點(diǎn)切線，(d) 作角 的角分線(e) 試驗(yàn)曲線的直線段交 分角線于點(diǎn)A(a) 在在e-lgp壓縮試驗(yàn)曲線上壓縮試驗(yàn)曲線上 找曲率最大點(diǎn)找曲率最大點(diǎn) m,（1）正常固結(jié)土（Casagrande經(jīng)驗(yàn)法，1936） 先期固結(jié)壓力的確定Am34第34頁/共40頁原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線e e

17、原狀土的原位壓縮曲線： 直線原狀土的原位再壓縮曲線：直線客觀存在的，無法直接得到！無擾動、無卸載無擾動、有卸載問題：如何求取為什么要校正壓縮曲線？為什么要校正壓縮曲線？plg壓縮曲線校正壓縮曲線校正35第35頁/共40頁 確定先期固結(jié)壓力pc 過e0 作水平線與pc作用線交于B,由假定知，B點(diǎn)必然位于原狀土的初始壓縮曲線上； 以0.42e0 在壓縮曲線上確定C點(diǎn)，由假定知，C點(diǎn)也位于原狀土的初始壓縮曲線上；土樣取出以后e不變，等于原狀土的初始孔隙比e0，因而， （e0,Pc）點(diǎn)應(yīng)位于原狀土的初始壓縮曲線上； 0.42e0時，土樣不受到擾動影響。假定：推定：原位壓縮曲線的近似推求 通過B、C兩點(diǎn)

18、的直線即為所求的位壓縮曲線。（1）正常固結(jié)土 壓縮曲線校正：降低因取土樣擾動而對壓縮曲線產(chǎn)生的影響。薛邁特曼法薛邁特曼法cp室內(nèi)壓縮曲線elg pelg p/ 2/ 2cC校正后的壓縮曲線曲率最大點(diǎn)0.42e0e0角平分線BCA36第36頁/共40頁假定土取出地面后體積不變，即（e0,P0）在原位再壓縮曲線上；再壓縮指數(shù)Cs為常數(shù)；0.42e0處的土與原狀土一致，不受擾動影響。推定 確定p0, pc的作用線； 過e0作水平線與 p0作用線交于D點(diǎn)； 過B和C點(diǎn)作直線即為原位壓縮曲線。 過D點(diǎn)作斜率為Cs的直線，與pc作用線交于B點(diǎn)，DB為原位再壓縮曲線； 過0.42e0 作水平線與e-lgp曲線交于點(diǎn)C；原位壓縮曲線的