工程地質(zhì)與土力學(xué)---4土的壓縮性與地基沉降計(jì)算講述

1、第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算4.1 地基中的應(yīng)力地基中的應(yīng)力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3 地基沉降的計(jì)算方法（1 1）自重應(yīng)力）自重應(yīng)力*豎向自重應(yīng)力豎向自重應(yīng)力 *水平向自重應(yīng)力水平向自重應(yīng)力 ：czcycxK0（2 2）基底壓力）基底壓力 考慮建筑物上部結(jié)構(gòu)的重量、基礎(chǔ)的重量以及回填土的重量：考慮建筑物上部結(jié)構(gòu)的重量、基礎(chǔ)的重量以及回填土的重量：（3 3）基底附加壓力）基底附加壓力 基礎(chǔ)理置深度為基礎(chǔ)理置深度為d，基底標(biāo)高以上天然土層按分層厚度取加權(quán)重度：，基底標(biāo)高以上天然土層按分層厚度取加權(quán)重度：AFFFp321dpp00第第4章章 土的壓縮性與地

2、基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算4.1 地基中的應(yīng)力地基中的應(yīng)力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3 地基沉降的計(jì)算方法（4 4）地基中的附加應(yīng)力）地基中的附加應(yīng)力 第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算4.1 地基中的應(yīng)力地基中的應(yīng)力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3 地基沉降的計(jì)算方法222/5253)/(112323zPKzPzrRzPz討論討論：*r=0*z=const*r=const第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算4.1 地基中的應(yīng)力地基中的應(yīng)力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3 地基沉降的計(jì)算方法布辛涅斯克（布辛涅斯克（184

3、218421929)1929)是一位非同凡響的法國力學(xué)家、物理學(xué)家和是一位非同凡響的法國力學(xué)家、物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家，對水動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)理論做出過杰出貢獻(xiàn)。數(shù)學(xué)家，對水動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)理論做出過杰出貢獻(xiàn)。18721872年至年至18861886年任里爾大學(xué)科學(xué)系教授，講授微積分。年任里爾大學(xué)科學(xué)系教授，講授微積分。18861886年至年至19181918年退休前任巴黎科學(xué)院的力學(xué)教授。年退休前任巴黎科學(xué)院的力學(xué)教授。18341834年英國拉塞爾（年英國拉塞爾（J.S.RussellJ.S.Russell）實(shí)驗(yàn)觀察到了孤立波，）實(shí)驗(yàn)觀察到了孤立波，18441844年在英年在

4、英國科學(xué)進(jìn)展協(xié)會的會議上報(bào)告了他的結(jié)果；此后遭到權(quán)威學(xué)者艾里、斯國科學(xué)進(jìn)展協(xié)會的會議上報(bào)告了他的結(jié)果；此后遭到權(quán)威學(xué)者艾里、斯托克斯等的非議；托克斯等的非議；18711871年，年，BoussinesqBoussinesq第一個(gè)提出數(shù)學(xué)理論，支持第一個(gè)提出數(shù)學(xué)理論，支持RussellRussell實(shí)驗(yàn)觀察；實(shí)驗(yàn)觀察；18761876年，瑞利爵士（年，瑞利爵士（Lord RayleighLord Rayleigh）也建立了支持）也建立了支持RussellRussell實(shí)驗(yàn)觀察的數(shù)學(xué)理論，在他的論文末尾，實(shí)驗(yàn)觀察的數(shù)學(xué)理論，在他的論文末尾，RayleighRayleigh承認(rèn)了承認(rèn)了Boussin

5、esqBoussinesq理論提出在先。理論提出在先。18771877年，年，BoussinesqBoussinesq提出了淺水長波近似，建立了著名的提出了淺水長波近似，建立了著名的BoussinesqBoussinesq方方程，此后得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。程，此后得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。18771877年，年，BoussinesqBoussinesq在他的論文在他的論文“ThorieThorie de de lcoulementlcoulement TourbillantTourbillant” ” （MemMem. . PrsentsPrsents par Divers Savants A

6、cad. Sci. par Divers Savants Acad. Sci. Inst. Fr., Vol. 23, pp. 46-50Inst. Fr., Vol. 23, pp. 46-50）中首次提出湍流渦粘度假設(shè)，）中首次提出湍流渦粘度假設(shè)，18971897年，他出版了年，他出版了ThorieThorie de l de l coulementcoulement tourbillonnanttourbillonnant et et tumultueuxtumultueux des des liquidesliquides，這一著作對湍流和水動(dòng)力學(xué)做出了巨大貢，這一著作對湍流和水動(dòng)力學(xué)

7、做出了巨大貢獻(xiàn)。經(jīng)查，湍流（獻(xiàn)。經(jīng)查，湍流（turbulenceturbulence）這個(gè)名詞的提出多半應(yīng)歸功于）這個(gè)名詞的提出多半應(yīng)歸功于BoussinesqBoussinesq。此外，此外，BoussinesqBoussinesq還對小密度差分層流中的浮力驅(qū)動(dòng)流提出了著名的還對小密度差分層流中的浮力驅(qū)動(dòng)流提出了著名的BoussinesqBoussinesq近似，在計(jì)及浮力的情況下，提出了簡捷可靠的理論。他在近似，在計(jì)及浮力的情況下，提出了簡捷可靠的理論。他在彈性力學(xué)、巖土力學(xué)等方面也有卓越貢獻(xiàn)。彈性力學(xué)、巖土力學(xué)等方面也有卓越貢獻(xiàn)。由于由于BoussinesqBoussinesq在流體力學(xué)

8、的多個(gè)領(lǐng)域里都有貢獻(xiàn)，至今很多流體力學(xué)在流體力學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域里都有貢獻(xiàn)，至今很多流體力學(xué)著作中不能不提及他。例如，僅著作中不能不提及他。例如，僅BoussinesqBoussinesq近似就有三種，分別涉及淺近似就有三種，分別涉及淺水波、渦粘度和浮力流（現(xiàn)在大多專指關(guān)于浮力流中的近似）。水波、渦粘度和浮力流（現(xiàn)在大多專指關(guān)于浮力流中的近似）。（5 5）地基中附加應(yīng)力分布的相關(guān)問題探討）地基中附加應(yīng)力分布的相關(guān)問題探討*z等值線（空間應(yīng)力泡）等值線（空間應(yīng)力泡） *x等值線等值線 *xz等值線等值線 地基土的側(cè)向變形地基土的側(cè)向變形 基礎(chǔ)邊緣下的地基土基礎(chǔ)邊緣下的地基土 主要發(fā)生于淺層主要發(fā)生于淺

9、層 易于發(fā)生剪切破壞易于發(fā)生剪切破壞 *應(yīng)力疊加應(yīng)力疊加 *雙層地基的附加應(yīng)力分布雙層地基的附加應(yīng)力分布: 上軟下硬：應(yīng)力集中上軟下硬：應(yīng)力集中 上硬下軟：應(yīng)力擴(kuò)散上硬下軟：應(yīng)力擴(kuò)散 第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算4.1 地基中的應(yīng)力地基中的應(yīng)力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3 地基沉降的計(jì)算方法（1）壓縮量的組成壓縮量的組成固體顆粒的壓縮固體顆粒的壓縮土中水的壓縮土中水的壓縮空氣的排出空氣的排出水的排出水的排出忽略不計(jì)忽略不計(jì)主要組成部分主要組成部分土的固結(jié)：土的固結(jié)：土土體在壓力作用下，體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增壓縮量隨時(shí)間增長的過程長的過程粘性土粘性

10、土-透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出-需要長時(shí)間壓縮需要長時(shí)間壓縮-穩(wěn)定穩(wěn)定第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算4.1 地基中的應(yīng)力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3 地基沉降的計(jì)算方法（2）土的側(cè)限壓縮試驗(yàn)）土的側(cè)限壓縮試驗(yàn)土樣橫斷面積-A土樣初始高度-H1土樣受壓變形穩(wěn)定后高度-H2土樣的壓縮量-S=H1- H2土樣受壓前的孔隙比-e1土樣受壓后的孔隙比-e2ssVVsVvVsVVAHHHe1221111HeHe+H1=H2+S )1(1112eHSee 因此，改變因此，改變荷載荷載p將對應(yīng)不同將對應(yīng)不同的壓縮量的壓縮量S，進(jìn)而，進(jìn)而

11、得到相應(yīng)不同的得到相應(yīng)不同的孔隙比孔隙比e。最終得。最終得到到e-p關(guān)系，即土關(guān)系，即土的壓縮曲線的壓縮曲線 ：第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算4.1 地基中的應(yīng)力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3 地基沉降的計(jì)算方法（1）分層總和法）分層總和法*繪制基礎(chǔ)中心點(diǎn)下（地基中）的繪制基礎(chǔ)中心點(diǎn)下（地基中）的 自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布曲線自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布曲線*確定地基沉降計(jì)算的深度確定地基沉降計(jì)算的深度Zn 一般為一般為z=0.2cz處；處； 軟土軟土z=0.1cz處；處； 有基巖時(shí)到基巖面。有基巖時(shí)到基巖面。* 不同土層的分界面；不同土層的分

12、界面； 地下水位面；地下水位面； 單一分層厚度單一分層厚度0.4B。*isniiSS1第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算4.1 地基中的應(yīng)力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3 地基沉降的計(jì)算方法地基沉降的計(jì)算方法（2）沉降分析中的若干問題）沉降分析中的若干問題粘性土沉降的三個(gè)組成部分粘性土沉降的三個(gè)組成部分 土的應(yīng)力歷史土的應(yīng)力歷史 土的回彈與再壓縮土的回彈與再壓縮瞬時(shí)沉降（初始沉降）Sd p0=pc，正常固結(jié) 卸荷再壓縮階段土的固結(jié)沉降（主沉降）Sc p0pc，欠固結(jié)（新近沉積或人工填土） 第第4章章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算4.1 地基中

13、的應(yīng)力4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3 地基沉降的計(jì)算方法地基沉降的計(jì)算方法Kaiser EffectKaiser Effect 二十世紀(jì)二十世紀(jì)五十年代初，德國科學(xué)家五十年代初，德國科學(xué)家Joseph Kaiser在所作的研究工作中觀察到，銅、在所作的研究工作中觀察到，銅、鋅、鋁、鉛、錫、鋅、鋁、鉛、錫、黃銅黃銅、鑄鐵鑄鐵和鋼等金屬和合金在形變過程中都有和鋼等金屬和合金在形變過程中都有聲發(fā)射聲發(fā)射現(xiàn)象。他提出現(xiàn)象。他提出了材料形變了材料形變聲發(fā)射聲發(fā)射的不可逆效應(yīng)，即：對材料進(jìn)行反復(fù)卸加載試驗(yàn)時(shí)，材料在超過先前的不可逆效應(yīng)，即：對材料進(jìn)行反復(fù)卸加載試驗(yàn)時(shí)，材料在超過先前所施加的應(yīng)力級之前不出現(xiàn)可探測到的所施加的應(yīng)力級之前不出現(xiàn)可探測到的聲發(fā)射聲發(fā)射?，F(xiàn)在人們稱材料的這種不可逆現(xiàn)象為?，F(xiàn)在人們稱材料的這種不可逆現(xiàn)象為 Ka