土的壓縮性和地基沉降ppt課件

1、第四章第四章 土的壓縮性和地基沉降計(jì)算土的壓縮性和地基沉降計(jì)算 4.1 土的壓縮性 4.2 地基最終沉降量 4.3 飽和土滲流固結(jié)理論 4.4 建筑物沉降觀測與地基容許變形4.1 土的壓縮性土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性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占總壓縮量的占總壓縮量的1/4001/400不到，不到，忽略不計(jì)忽略不計(jì)壓縮量主要組成部分壓縮量主要組成部分說明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果說明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果無粘性土無粘性

2、土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出壓縮穩(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(shí)間壓縮穩(wěn)定需要很長一段時(shí)間土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長的過土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長的過程程 一、壓縮試驗(yàn)一、壓縮試驗(yàn)研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗(yàn)方法，亦稱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)固結(jié)試驗(yàn)三聯(lián)固結(jié)儀三聯(lián)固結(jié)儀剛性護(hù)環(huán)剛性護(hù)環(huán)加壓活塞加壓活塞透水石透水石環(huán)刀環(huán)刀底座底座透水石透水石土樣土樣荷載荷載注意：土樣在豎直注意：土樣在豎直壓力作用下，由于壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的環(huán)刀

3、和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形變形 1.壓縮儀示意圖壓縮儀示意圖 2.e-p曲線曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土樣在壓縮前后變土樣在壓縮前后變形量為形量為s s，整個過，整個過程中土粒體積和底程中土粒體積和底面積不變面積不變eHeH11100土粒高度在受土粒高度在受壓前后不變壓前后不變)1(000eHsee整理整理1)1(000wswGe其中其中根據(jù)不同壓力根據(jù)不同壓力p p作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比e

4、 e，繪制，繪制e-pe-p曲線，曲線，為壓縮曲線為壓縮曲線pe0eppee-p曲線 二、壓縮性指標(biāo)二、壓縮性指標(biāo)壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高根據(jù)壓縮曲線可以得到三個壓縮性指標(biāo)根據(jù)壓縮曲線可以得到三個壓縮性指標(biāo)n1.1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a an2.2.壓縮模量壓縮模量Es Es n3.3.變形模量變形模量E0E0曲線曲線A A曲線曲線B B曲線曲線A A壓縮性曲線壓縮性曲線B B壓縮性壓縮性 1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a土

5、體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)力增量的比值土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線pe利用單位壓力增量所引起利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓得孔隙比改變表征土的壓縮性高低縮性高低pea d d在壓縮曲線中，實(shí)際采在壓縮曲線中，實(shí)際采用割線斜率表示土的壓用割線斜率表示土的壓縮性縮性1221 ppeepea規(guī)范規(guī)范 用用p1p1100kPa100kPa、 p2p2200kPa200kPa對應(yīng)的壓縮系數(shù)對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2a1-2評價(jià)土的壓縮性評價(jià)土的壓縮性n a1-20.1MPa-1低壓縮性土n0.1MPa-1a1-20.5M

6、Pa-1中壓縮性土n a1-20.5MPa-1高壓縮性土1221 ppeepea斜斜率率 2.壓縮模量壓縮模量Es土在側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為土在側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為側(cè)限模量側(cè)限模量aeEs11說明：土的壓縮模量說明：土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)與土的的壓縮系數(shù)a成反比，成反比， Es愈愈大，大， a愈小，土的壓縮性愈低愈小，土的壓縮性愈低n3.變形模量變形模量E0土在無側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。土在無側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。變形模量與壓縮變形模量與壓縮模量之間關(guān)系模量之間關(guān)系sEE0其中其中1212土的泊松比，

7、土的泊松比，一般一般0 00.50.5之間之間4.2 地基最終沉降量計(jì)算 一、分層總和法一、分層總和法地基最終沉降量地基變形穩(wěn)定后基礎(chǔ)底面的沉降量地基最終沉降量地基變形穩(wěn)定后基礎(chǔ)底面的沉降量1.基本假設(shè)基本假設(shè)地基是均質(zhì)、各向同性的半無限線性地基是均質(zhì)、各向同性的半無限線性變形體，可按彈性理論計(jì)算土中應(yīng)變形體，可按彈性理論計(jì)算土中應(yīng)力力在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變形，可采用側(cè)限條件下的壓縮性指形，可采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)標(biāo) 為了彌補(bǔ)假定為了彌補(bǔ)假定所引起誤差，取所引起誤差，取基底中心點(diǎn)下的基底中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，以基底中點(diǎn)算，以基底

8、中點(diǎn)的沉降代表基礎(chǔ)的沉降代表基礎(chǔ)的平均沉降的平均沉降2.單一壓縮土層的沉降計(jì)算單一壓縮土層的沉降計(jì)算在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載，豎向應(yīng)力增加，孔隙比相應(yīng)荷載，豎向應(yīng)力增加，孔隙比相應(yīng)減小，土層產(chǎn)生壓縮變形，沒有側(cè)減小，土層產(chǎn)生壓縮變形，沒有側(cè)向變形。向變形。p可壓縮土層可壓縮土層H1H0s土層豎向應(yīng)力由土層豎向應(yīng)力由p1p1增加到增加到p2p2，引起孔隙比從，引起孔隙比從e1e1減小減小到到e2e2，豎向應(yīng)力增量為，豎向應(yīng)力增量為p p1121211HeeeHHs1221 ppeepea由于由于所以所以11121)(1HEpHppeass3.3.單向壓

9、縮分層總和法單向壓縮分層總和法分別計(jì)算基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中各個分分別計(jì)算基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中各個分層土的壓縮變形量層土的壓縮變形量si,si,基礎(chǔ)的平基礎(chǔ)的平均沉降量均沉降量s s等于等于sisi的總和的總和ininiiiHss11i第i層土的壓縮應(yīng)變4.4.單向壓縮分層總和法計(jì)算步驟單向壓縮分層總和法計(jì)算步驟siiiiiiiiiiEpeppaeee1121211)(1e1i由第i層的自重應(yīng)力均值從土的壓縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比 e2i由第i層的自重應(yīng)力均值與附加應(yīng)力均值之和從土的壓縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比ni土的壓縮應(yīng)變n1.1.繪制基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布曲繪制基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基

10、中自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布曲線線n2.2.確定地基沉降計(jì)算深度確定地基沉降計(jì)算深度n3.3.確定沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)的分層界面確定沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)的分層界面n4.4.計(jì)算各分層沉降量計(jì)算各分層沉降量n5.5.計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量 繪制基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中自繪制基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布曲線重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布曲線n確定基礎(chǔ)沉降計(jì)算深度確定基礎(chǔ)沉降計(jì)算深度 一般取附加應(yīng)力與自重應(yīng)一般取附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值為力的比值為2020處，即處，即z=0.2cz=0.2c處的深度作為沉處的深度作為沉降計(jì)算深度的下限降計(jì)算深度的下限n確定地基分層確定地基分層1.1.不同土層的分界

11、面與地下水位不同土層的分界面與地下水位面為天然層面面為天然層面2.2.每層厚度每層厚度hi 0.4bhi 0.4bn計(jì)算各分層沉降量計(jì)算各分層沉降量 根據(jù)自重應(yīng)力、附加應(yīng)力曲線、根據(jù)自重應(yīng)力、附加應(yīng)力曲線、e-pe-p壓縮曲線計(jì)算任一分層沉降量壓縮曲線計(jì)算任一分層沉降量 對于軟土，應(yīng)該取對于軟土，應(yīng)該取z=0.2cz=0.2c處，若沉降深度處，若沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，計(jì)算至范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，計(jì)算至基巖表面為止基巖表面為止n計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量iiiiiheees1211 niiss1d地基沉降計(jì)算深度地基沉降計(jì)算深度cc線線zz線線 二、二、規(guī)范規(guī)范 法法n由由 法計(jì)算法計(jì)

12、算1. c 1. c 、zz分布及分布及p0p0計(jì)算值見分層總和法計(jì)算過程計(jì)算值見分層總和法計(jì)算過程2. 2. 確定沉降計(jì)算深度確定沉降計(jì)算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3. 3. 確定各層確定各層EsiEsi)(112211iiiiisippeeeE4. 4. 根據(jù)計(jì)算尺寸，查表得根據(jù)計(jì)算尺寸，查表得到平均附加應(yīng)力系數(shù)到平均附加應(yīng)力系數(shù)5.5.列表計(jì)算各層沉降量列表計(jì)算各層沉降量sisiz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.6152925771615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94054.77.8l/bz/b

13、3.9z()0.25000.24230.21490.17460.14330.12050.113600.29080.51580.69840.80250.867608861izi i1zi1()0.29080.22500.18260.10410.06510.0185Ei(kP)7448s(mm)20.714.711.24.83.30.9s(mm)55.6根據(jù)計(jì)算表所示根據(jù)計(jì)算表所示z=0.6m, s n =0.9mm 0.025 s i =55.6mm滿足規(guī)范要求滿足規(guī)范要求 6.6.沉降修正系數(shù)沉降修正系數(shù)j j s s 根據(jù)根據(jù)Es =6.0MPa， fk=p0 ，查表得到，查表得到y(tǒng)s =1

14、.17.7.基礎(chǔ)最終沉降量基礎(chǔ)最終沉降量 s= ys s =61.2mm 五、沉降分析中的若干問題五、沉降分析中的若干問題n1.土的回彈與再壓縮土的回彈與再壓縮pe彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形adbcb 壓縮曲線壓縮曲線回彈曲線回彈曲線再壓縮曲線再壓縮曲線n1.1.土的卸荷回彈曲線不與原土的卸荷回彈曲線不與原壓縮曲線重合，說明土不是壓縮曲線重合，說明土不是完全彈性體，其中有一部分完全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形為不能恢復(fù)的塑性變形n2.2.土的再壓縮曲線比原壓縮土的再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說明土曲線斜率要小得多，說明土經(jīng)過壓縮后，卸荷再壓縮時(shí)，經(jīng)過壓縮后，卸荷再壓縮

15、時(shí)，其壓縮性明顯降低其壓縮性明顯降低n2.粘性土沉降的三個組成部分粘性土沉降的三個組成部分scdssssn1.sd 1.sd 瞬時(shí)沉降瞬時(shí)沉降n2.sc 2.sc 固結(jié)沉降固結(jié)沉降n3. ss 3. ss 次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降n3.3.土的應(yīng)力歷史對土的壓縮性的影響土的應(yīng)力歷史對土的壓縮性的影響土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過的應(yīng)力狀態(tài)土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過的應(yīng)力狀態(tài)先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力pc pc ：土在其生成歷史中曾受過的最大：土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結(jié)壓力有效固結(jié)壓力討論：對試樣施加壓力討論：對試樣施加壓力p p時(shí)，壓縮曲線形狀時(shí)，壓縮曲線形狀ppc正常壓縮

16、曲線，斜率陡，土體壓縮量大正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大 土層的先期固結(jié)壓力對其固結(jié)程度和土層的先期固結(jié)壓力對其固結(jié)程度和壓縮性有明顯的影響，用先期固結(jié)壓力壓縮性有明顯的影響，用先期固結(jié)壓力pcpc與現(xiàn)時(shí)的土壓力與現(xiàn)時(shí)的土壓力p0p0的比值描述土層的的比值描述土層的應(yīng)力歷史，將粘性土進(jìn)行分類應(yīng)力歷史，將粘性土進(jìn)行分類n1.1.正常固結(jié)土正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcpcp0p0n2.2.超固結(jié)土超固結(jié)土先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0pcp0n3.3.超固結(jié)土超固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土

17、壓力pcp0pc30%U 30%近似取第一項(xiàng)近似取第一項(xiàng))4/exp(8122vZTUppn土質(zhì)相同而厚度不同的兩層土，當(dāng)壓縮應(yīng)力分布和排水條土質(zhì)相同而厚度不同的兩層土，當(dāng)壓縮應(yīng)力分布和排水條件相同時(shí)，達(dá)到同一固結(jié)度時(shí)時(shí)間因素相等件相同時(shí)，達(dá)到同一固結(jié)度時(shí)時(shí)間因素相等222121tHctHcvv222121HHtt 土質(zhì)相同、厚度不同土層，土質(zhì)相同、厚度不同土層，荷載和排水條件相同時(shí)，達(dá)到荷載和排水條件相同時(shí)，達(dá)到相同固結(jié)度所需時(shí)間之比等于相同固結(jié)度所需時(shí)間之比等于排水距離平方之比排水距離平方之比n結(jié)論：對于同一地基情況，將單面排水改為雙面排水，要結(jié)論：對于同一地基情況，將單面排水改為雙面排水

18、，要達(dá)到相同的固結(jié)度，所需歷時(shí)應(yīng)減少為原來的達(dá)到相同的固結(jié)度，所需歷時(shí)應(yīng)減少為原來的1/4 1/4 各種情況下地基固結(jié)度的求解各種情況下地基固結(jié)度的求解地基固結(jié)度基本表達(dá)式中的地基固結(jié)度基本表達(dá)式中的UzUz隨地基所受附加應(yīng)力和排水條件不隨地基所受附加應(yīng)力和排水條件不同而不同，因此在計(jì)算固結(jié)度與時(shí)間的關(guān)系時(shí)也應(yīng)區(qū)別對待同而不同，因此在計(jì)算固結(jié)度與時(shí)間的關(guān)系時(shí)也應(yīng)區(qū)別對待n1.1.適用于地基土在其自重作用下已固結(jié)完成，基底面積很大而壓縮適用于地基土在其自重作用下已固結(jié)完成，基底面積很大而壓縮土層又較薄的情況土層又較薄的情況n2.2.適用于土層在其自重作用下未固結(jié)，土的自重應(yīng)力等于附加應(yīng)力適用于土

19、層在其自重作用下未固結(jié)，土的自重應(yīng)力等于附加應(yīng)力n3.3.適用于地基土在自重作用已固結(jié)完成，基底面積較小，壓縮土層適用于地基土在自重作用已固結(jié)完成，基底面積較小，壓縮土層較厚，外荷在壓縮土層的底面引起的附加應(yīng)力已接近于零較厚，外荷在壓縮土層的底面引起的附加應(yīng)力已接近于零n4.4.視為視為1 1、2 2種附加應(yīng)力分布的疊加種附加應(yīng)力分布的疊加n5.5.視為視為1 1、3 3種附加應(yīng)力分布的疊加種附加應(yīng)力分布的疊加1 12 23 34 45 5H 利用壓縮層透水面上壓縮利用壓縮層透水面上壓縮應(yīng)力與不透水面上壓縮應(yīng)力應(yīng)力與不透水面上壓縮應(yīng)力之比，繪制固結(jié)度與時(shí)間因之比，繪制固結(jié)度與時(shí)間因素曲線，確定

20、相應(yīng)固結(jié)度素曲線，確定相應(yīng)固結(jié)度透水面上的壓縮應(yīng)力透水面上的壓縮應(yīng)力不透水面上的壓縮應(yīng)力不透水面上的壓縮應(yīng)力 三、例題分析三、例題分析n【例】厚度H=10m粘土層，上覆透水層，下臥不透水層，其壓縮應(yīng)力如下圖所示。粘土層的初始孔隙比e1=0.8，壓縮系數(shù)a=0.00025kPa-1，滲透系數(shù)k=0.02m/年。試求：n 加荷一年后的沉降量St n 地基固結(jié)度達(dá)Uz=0.75時(shí)所需要的歷時(shí)tn 若將此粘土層下部改為透水層，則Uz=0.75時(shí)所需歷時(shí)t157kPa235kPaHp粘土層粘土層不透水層不透水層 【解答】n1.當(dāng)t=1年的沉降量 mmHeaSz27311地基最終沉降量地基最終沉降量年年/

21、4 .14)1 (21maekcwv固結(jié)系數(shù)固結(jié)系數(shù)時(shí)間因素時(shí)間因素144.02tHcTvv5 .1157235查圖表得到查圖表得到Ut=0.45加荷一年的沉降量加荷一年的沉降量mmSUSzt123n2.當(dāng)Uz=0.75所需的歷時(shí)t 由由Uz=0.75，a1.5查圖得查圖得到到Tv0.47年年26.32vvcHTtn3.雙面排水時(shí)，Uz=0.75所需歷時(shí) 由由Uz=0.75,a1,H=5m查查圖得到圖得到Tv0.49年年85.02vvcHTt4.4 建筑物沉降觀測與地基容許變形值 一、建筑物沉降觀測一、建筑物沉降觀測n反映地基的實(shí)際變形以及地基變形對建筑物的影響程度反映地基的實(shí)際變形以及地基變形對建筑物的影響程度n根據(jù)沉降觀測資料驗(yàn)證地基設(shè)計(jì)方案的正確性，地基事故根據(jù)沉降觀測資料驗(yàn)證地基設(shè)計(jì)方案的正確性，地基事故的處理方式以及檢查施工的質(zhì)量的處理方式以及檢查施工的質(zhì)量n沉降計(jì)算值與實(shí)測值的比較，判斷現(xiàn)行沉降計(jì)算方法的準(zhǔn)沉降計(jì)算值與實(shí)測值的比較，判斷現(xiàn)行沉降計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，并發(fā)展新的更符合實(shí)際的沉降計(jì)算方法確性，并發(fā)展新的更符合