第5章--土的壓縮性和地基沉降--3.19

1、LOGO2結(jié)構(gòu)荷載結(jié)構(gòu)荷載地基地基產(chǎn)生變形、沉降等產(chǎn)生變形、沉降等基礎(chǔ)基礎(chǔ)原有應(yīng)力狀態(tài)原有應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化發(fā)生變化土體中應(yīng)力狀態(tài)土體中應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生發(fā)生變化變化引起地基土的變形，導(dǎo)致建引起地基土的變形，導(dǎo)致建筑物的沉降，傾斜或水平位筑物的沉降，傾斜或水平位移。移。當(dāng)應(yīng)力超過地基土的強(qiáng)度時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過地基土的強(qiáng)度時(shí)，地基就會(huì)因喪失穩(wěn)定性而破地基就會(huì)因喪失穩(wěn)定性而破壞，造成建筑物倒塌。壞，造成建筑物倒塌。嚴(yán)重嚴(yán)重3土的壓縮性土的壓縮性1應(yīng)力歷史與土的壓縮性的關(guān)系應(yīng)力歷史與土的壓縮性的關(guān)系2地基沉降的計(jì)算方法地基沉降的計(jì)算方法3地基沉降與時(shí)間的關(guān)系地基沉降與時(shí)間的關(guān)系44v（一）（一）壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)

2、v（二）壓縮性指標(biāo)（二）壓縮性指標(biāo)5n土中固體顆土中固體顆粒、水體積的粒、水體積的壓縮。壓縮。（占總壓縮量的（占總壓縮量的1/400不到，不到，）。）。土中空氣、水土中空氣、水的排出。同時(shí)的排出。同時(shí)土顆粒重新排土顆粒重新排列，靠攏擠緊，列，靠攏擠緊，體積減小。體積減小。（壓縮量（壓縮量結(jié)論：結(jié)論：6透水性好，透水性好，水易于排出水易于排出壓縮穩(wěn)定壓縮穩(wěn)定很快完成很快完成粘性土粘性土無粘性土無粘性土透水性差，透水性差，水不易排出水不易排出壓縮穩(wěn)定壓縮穩(wěn)定需要很長一段時(shí)間需要很長一段時(shí)間土的固結(jié)：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。土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長的過程。78

3、壓縮儀示意圖壓縮儀示意圖910 通過百分表測的的變形量可計(jì)算得到荷載作用下壓縮通過百分表測的的變形量可計(jì)算得到荷載作用下壓縮穩(wěn)定的穩(wěn)定的11Vv1e0VsVsH0/(1+e0)H0Vv2eVsVsH1/(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。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esHeH11000整個(gè)過程中土粒體整個(gè)過程中土粒體積和底面積不變。積和底面積不變。12 根據(jù)不同壓力根據(jù)不同壓力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，繪制，繪制e- -p曲線，稱為曲線，稱為?？梢匝芯坎煌恋膲嚎s性?？梢匝?/p>

4、究不同土的壓縮性。e0Aeppee- -p曲線曲線曲線曲線A曲線曲線B曲線曲線A壓縮性壓縮性l e- -p曲線曲線e0B 曲線曲線B壓縮性壓縮性 試驗(yàn)時(shí)，豎向荷載試驗(yàn)時(shí)，豎向荷載施加；施加； 每級(jí)荷載下壓縮每級(jí)荷載下壓縮再施加下一級(jí)荷載；再施加下一級(jí)荷載； 土的壓縮性不同，土的壓縮性不同，曲線形狀不同，曲線曲線形狀不同，曲線愈陡，在相同壓力增愈陡，在相同壓力增量作用下，孔隙比減量作用下，孔隙比減少得愈顯著，土的壓少得愈顯著，土的壓縮性愈高。縮性愈高。1314評(píng)價(jià)土體的壓縮性通常有如下幾個(gè)指標(biāo)。評(píng)價(jià)土體的壓縮性通常有如下幾個(gè)指標(biāo)。n1.1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a，單位為，單位為MPa-1n n n2

5、. 2. 2. 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)CcCcCc（不予了解）（不予了解）（不予了解）（不予了解）（不予了解）（不予了解）n3. 壓縮模量壓縮模量Es，單位為，單位為MPan4.4.變形模量變形模量E0（載荷實(shí)驗(yàn)求得）單位為（載荷實(shí)驗(yàn)求得）單位為MPa15v1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù) ap1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲線曲線pepeadd1221 ppeepea1221 ppeepea斜率16不同壓力作用下，不同壓力作用下，a 的值不是一個(gè)定值。為統(tǒng)一標(biāo)的值不是一個(gè)定值。為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，工程實(shí)踐中常準(zhǔn)，工程實(shí)踐中常用用p1100kPa、 p2200kPa對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的壓

6、縮系數(shù)的壓縮系數(shù)a1-2評(píng)價(jià)土的壓縮性。評(píng)價(jià)土的壓縮性。n a1-20.1MPa-1 低壓縮性土低壓縮性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1 中壓縮性土中壓縮性土n a1-20.5MPa-1 高壓縮性土高壓縮性土壓縮系數(shù)越大，土的壓縮性越？壓縮系數(shù)越大，土的壓縮性越？17 各類地基土的壓縮性的高低，取決于土的類別、原始密各類地基土的壓縮性的高低，取決于土的類別、原始密度和天然結(jié)構(gòu)是否擾動(dòng)等因素。度和天然結(jié)構(gòu)是否擾動(dòng)等因素。 通常土的顆粒越粗、越密實(shí)，其壓縮性越通常土的顆粒越粗、越密實(shí)，其壓縮性越粘性土的壓縮性高低可能相差很大：粘性土的壓縮性高低可能相差很大：例如，密實(shí)的粗砂、卵石的壓縮

7、性比粘性土為低。例如，密實(shí)的粗砂、卵石的壓縮性比粘性土為低。當(dāng)土的含水率高、孔隙比大時(shí)，為當(dāng)土的含水率高、孔隙比大時(shí)，為 壓縮性土，如淤泥；壓縮性土，如淤泥；若含水率低的硬塑或堅(jiān)硬的土，則為若含水率低的硬塑或堅(jiān)硬的土，則為 壓縮性的土。壓縮性的土。結(jié)構(gòu)性軟土，尤其是高靈敏度的土，天然結(jié)構(gòu)遭受破壞時(shí)，結(jié)構(gòu)性軟土，尤其是高靈敏度的土，天然結(jié)構(gòu)遭受破壞時(shí)，壓縮性變高，強(qiáng)度降低。壓縮性變高，強(qiáng)度降低。18v3.壓縮模量壓縮模量Es 土在土在條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為側(cè)限模量?？砂聪率接?jì)算。稱為側(cè)限模量?？砂聪率接?jì)算。aeEs11 說明：說明：土的壓

8、縮模量土的壓縮模量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 愈大，愈大， a 愈小，土的壓縮性愈低。愈小，土的壓縮性愈低。19Vv1e1VsVsH1/(1+e1)H1Vv2e2VsVsH2/(1+e2)pH2H土樣在壓縮前后變土樣在壓縮前后變形量為形量為H，整個(gè)，整個(gè)過程中土粒體積和過程中土粒體積和底面積不變。底面積不變。212211111eHHeHeH土粒高度在受壓前土粒高度在受壓前后不變后不變11112111HeeHeeeHpae111HepaH則壓縮模量為：則壓縮模量為：aeHHpEs111/20 工程上常采用工程上常采用Es1-2作為判別土的壓縮性高低的標(biāo)準(zhǔn)：作為判

9、別土的壓縮性高低的標(biāo)準(zhǔn)：n Es1-24 MPa 高壓縮性土高壓縮性土n 4 MPaEs1-215 MPa 中等壓縮性土中等壓縮性土n Es1-215 MPa 低壓縮性土低壓縮性土214.4.變形模量變形模量E0變形模量與壓縮模量之間關(guān)系變形模量與壓縮模量之間關(guān)系sEE0其中其中1212土的泊松比，一般土的泊松比，一般00.5之間之間22n一一.土的回彈與再壓縮曲線土的回彈與再壓縮曲線n三三. .土的超固結(jié)比與固結(jié)狀態(tài)土的超固結(jié)比與固結(jié)狀態(tài)n二二.土的先期固結(jié)壓力的確定土的先期固結(jié)壓力的確定23n一一.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acbcb 壓縮曲線壓縮

10、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，說明土不是完壓縮曲線重合，說明土不是完全彈性體，其中有一部分為不全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形。能恢復(fù)的塑性變形。n2.2.土的再壓縮曲線與原壓縮土的再壓縮曲線與原壓縮曲線是近光滑連接的。而且再曲線是近光滑連接的。而且再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說明土經(jīng)過壓縮后，小得多，說明土經(jīng)過壓縮后，卸荷再壓縮時(shí)，其壓縮性明顯卸荷再壓縮時(shí)，其壓縮性明顯降低?；貜椩賶嚎s系數(shù)小于壓降低?；貜椩賶嚎s系數(shù)小于壓縮系數(shù)?？s系數(shù)。pb24n二二.土的先期固結(jié)壓力的確

11、定土的先期固結(jié)壓力的確定先先( (前）期固結(jié)壓力前）期固結(jié)壓力pc ： 土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結(jié)壓力，又稱土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結(jié)壓力，又稱前期固結(jié)壓力。前期固結(jié)壓力。 土的受荷歷史是非常復(fù)雜地，所以很難精確確定先期土的受荷歷史是非常復(fù)雜地，所以很難精確確定先期固結(jié)壓力的數(shù)值。固結(jié)壓力的數(shù)值。 但根據(jù)前面的分析，在壓縮試驗(yàn)中，只有當(dāng)土所受到但根據(jù)前面的分析，在壓縮試驗(yàn)中，只有當(dāng)土所受到的壓力大于先期固結(jié)壓力時(shí)，土樣才發(fā)生較明顯的壓縮。的壓力大于先期固結(jié)壓力時(shí)，土樣才發(fā)生較明顯的壓縮。25準(zhǔn)確性與什么有關(guān)？準(zhǔn)確性與什么有關(guān)？26n三三. .土的超固結(jié)比與固結(jié)狀態(tài)土的超固結(jié)

12、比與固結(jié)狀態(tài)n1.1.正常固結(jié)土正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力不大于現(xiàn)時(shí)的土壓力先期固結(jié)壓力不大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0，且且p0下固結(jié)已經(jīng)完成，固結(jié)已經(jīng)完成，OCR=1n2.2.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pcp0，且且pc下已固結(jié)完成，下已固結(jié)完成，OCR1n3.3.欠欠固結(jié)土固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力力pcp0，OCR1先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力 P Pc c 與現(xiàn)在土所受的壓力與現(xiàn)在土所受的壓力 P P0 0 的比值，的比值，定義為土的超固結(jié)比，用定義為土的超固結(jié)比，用OCROCR表示。表示。0/ PPOCRc先期固結(jié)壓

13、力可用于判斷土的固結(jié)狀態(tài)。先期固結(jié)壓力可用于判斷土的固結(jié)狀態(tài)。27土的固結(jié)狀態(tài)在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的土的固結(jié)狀態(tài)在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的已經(jīng)正常固結(jié)的土已經(jīng)正常固結(jié)的土地表流水啦、冰川地表流水啦、冰川啦、開挖啦啦、開挖啦超固結(jié)土超固結(jié)土足夠大堆載足夠大堆載正常固結(jié)土正常固結(jié)土新近沉積土、新近沉積土、沖填土沖填土自重應(yīng)力下未自重應(yīng)力下未固結(jié)固結(jié)欠固結(jié)土欠固結(jié)土?xí)r間推移時(shí)間推移正常固結(jié)土正常固結(jié)土28土的固結(jié)狀態(tài)可以對(duì)土的壓縮性作出評(píng)價(jià)土的固結(jié)狀態(tài)可以對(duì)土的壓縮性作出評(píng)價(jià) 一般來說，相對(duì)而言，一般來說，相對(duì)而言， 超固結(jié)土的壓縮性最超固結(jié)土的壓縮性最 ， 而欠固結(jié)的土壓縮性最而欠固結(jié)的土

14、壓縮性最 。29第第五五章章 土的壓縮性和地基沉降土的壓縮性和地基沉降外因：主要是建筑物荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力外因：主要是建筑物荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力內(nèi)因：土的孔隙壓縮變形內(nèi)因：土的孔隙壓縮變形：地基變形穩(wěn)定后基礎(chǔ)底面地基變形穩(wěn)定后基礎(chǔ)底面 （地基表面）的沉降量。（地基表面）的沉降量。 預(yù)測建筑物建成之后將產(chǎn)生的最終沉降量，預(yù)測建筑物建成之后將產(chǎn)生的最終沉降量，可以判斷地基變形值是否超過允許的范圍，以便可以判斷地基變形值是否超過允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計(jì)和施工時(shí)，采取相應(yīng)的工程措施來在建筑物設(shè)計(jì)和施工時(shí)，采取相應(yīng)的工程措施來保證建筑物的安全。保證建筑物的安全。30第第五五章章 土的壓縮性和地基沉降土

15、的壓縮性和地基沉降31第第五五章章 土的壓縮性和地基沉降土的壓縮性和地基沉降1 1、計(jì)算原理、計(jì)算原理 將地基土分為若干水平土層，各土層的厚度分將地基土分為若干水平土層，各土層的厚度分別為別為h h1 1，h h2 2，h h3 3，h hn n。分別計(jì)算每層土的壓縮量。分別計(jì)算每層土的壓縮量s s1 1,s,s2 2,s,s3 3, , s sn n，然后累加起來即為地基土的總沉，然后累加起來即為地基土的總沉降量降量S S。 為了能應(yīng)用地基中的附加應(yīng)力計(jì)算公式和室內(nèi)為了能應(yīng)用地基中的附加應(yīng)力計(jì)算公式和室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)的指標(biāo)，需要做一些假定。側(cè)限壓縮試驗(yàn)的指標(biāo)，需要做一些假定。32地基土的變形

16、為地基土的變形為側(cè)限變形，無側(cè)側(cè)限變形，無側(cè)限膨脹。可采用限膨脹?？刹捎脡嚎s實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)壓縮實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算。算。取基礎(chǔ)中心點(diǎn)取基礎(chǔ)中心點(diǎn)下附加應(yīng)力進(jìn)下附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，此處行計(jì)算，此處最大。最大。地基土均勻、等向地基土均勻、等向，半無限。應(yīng)力應(yīng)，半無限。應(yīng)力應(yīng)變線性關(guān)系。彈性變線性關(guān)系。彈性理論求解。理論求解。沉降計(jì)算深度取沉降計(jì)算深度取受壓層深度。若受壓層深度。若以下有軟土，則以下有軟土，則至軟土層底。至軟土層底。33首先計(jì)算各分首先計(jì)算各分層的沉降量；層的沉降量；各分層沉降量各分層沉降量的和即為基礎(chǔ)最的和即為基礎(chǔ)最終沉降量。終沉降量。計(jì)算沉降量計(jì)算沉降量4每層土厚度每層土厚度hi不大于不大于0

17、.4b；天然層面及地天然層面及地下水位面皆應(yīng)作下水位面皆應(yīng)作為分層界面。為分層界面。分層分層3計(jì)算并繪制自計(jì)算并繪制自重應(yīng)力曲線；重應(yīng)力曲線；算基底壓力及算基底壓力及基底附加應(yīng)力；基底附加應(yīng)力；計(jì)算并繪制地計(jì)算并繪制地基附加應(yīng)力曲線基附加應(yīng)力曲線。由自重應(yīng)力和由自重應(yīng)力和附加應(yīng)力兩條分附加應(yīng)力兩條分布曲線確定。布曲線確定。一般土一般土z=0.2cz繪制應(yīng)力分布曲線繪制應(yīng)力分布曲線1確定計(jì)算深度確定計(jì)算深度234 一般取附加應(yīng)力與自一般取附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值為重應(yīng)力的比值為20處，即處，即z=0.2cz處的深度作為沉處的深度作為沉降計(jì)算深度的下限。若遇軟降計(jì)算深度的下限。若遇軟土，延伸至軟土

18、層底面。土，延伸至軟土層底面。 對(duì)于對(duì)于，取，取z=0.1c處，若沉降深度范圍內(nèi)存在處，若沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，計(jì)算至基巖時(shí)，計(jì)算至為為止。止。d地基沉降計(jì)算深度地基沉降計(jì)算深度cz線線z線線z=0.2czz=0.1cz35isiziihEsiiiiiheees1211iziiheas）（11 niinssssss1321isiziihEsiziiheas）（113637由來由來 經(jīng)過沉降觀測發(fā)現(xiàn)，分層總和法計(jì)算的最終沉降量，經(jīng)過沉降觀測發(fā)現(xiàn)，分層總和法計(jì)算的最終沉降量，只較好的適用于中等地基，而對(duì)于軟弱地基與堅(jiān)實(shí)地基只較好的適用于中等地基，而對(duì)于軟弱地基與堅(jiān)實(shí)地基則存在偏小和偏大的缺點(diǎn)。

19、因此，為了使計(jì)算值與觀測則存在偏小和偏大的缺點(diǎn)。因此，為了使計(jì)算值與觀測值相符，且同時(shí)簡化計(jì)算過程，規(guī)范提出了改進(jìn)的值相符，且同時(shí)簡化計(jì)算過程，規(guī)范提出了改進(jìn)的分層總和法。分層總和法。 1 1、為使計(jì)算值與實(shí)測值更相符，引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù)、為使計(jì)算值與實(shí)測值更相符，引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù) ，軟弱地基軟弱地基 大于大于1 1，對(duì)于堅(jiān)實(shí)地基，對(duì)于堅(jiān)實(shí)地基 小于小于1 1。 2 2、為使計(jì)算簡便，引入平均附加應(yīng)力系數(shù)。、為使計(jì)算簡便，引入平均附加應(yīng)力系數(shù)。sss38)(1110iiiinisisszzEpsszi、zi-1基礎(chǔ)底面至第基礎(chǔ)底面至第i層土、第層土、第i-1層土底面的距離層土底面的距離(m)i、i-1基

20、礎(chǔ)底面至第基礎(chǔ)底面至第i層土、第層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)地基最終沉降量修正公式地基最終沉降量修正公式39注：注：1. 1. 為變形計(jì)算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值，應(yīng)按下式計(jì)算：為變形計(jì)算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值，應(yīng)按下式計(jì)算：_sEsiiisEAAE_式中：式中：Ai 為第為第 i 層土附加應(yīng)力系數(shù)沿厚度的積分值。層土附加應(yīng)力系數(shù)沿厚度的積分值。2. 2. fak 為地基承載力的特征值。為地基承載力的特征值。4041l 當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有軟弱土層時(shí)，尚應(yīng)向當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有軟弱土層時(shí)，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計(jì)算

21、下繼續(xù)計(jì)算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計(jì)算沉降量也滿足上式；沉降量也滿足上式；l 若計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，若計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，zn可取至基巖表面可取至基巖表面為止。為止。l 當(dāng)存在較厚的堅(jiān)硬粘土層，其孔隙比小于當(dāng)存在較厚的堅(jiān)硬粘土層，其孔隙比小于0.50.5、壓縮模量大于壓縮模量大于50MPa50MPa，或存在較厚的密實(shí)砂卵石層，或存在較厚的密實(shí)砂卵石層，其壓縮模量大于其壓縮模量大于80MPa80MPa時(shí)，計(jì)算深度可取至該層土表時(shí)，計(jì)算深度可取至該層土表面。面。4243第第五五章章 土的壓縮性和地基沉降土的壓縮性和地基沉降透水性好，透水性好，水易于排出水易于排出壓縮穩(wěn)定壓縮穩(wěn)定很快完成很快完成粘性土（尤其飽和的）粘性土（尤其飽和的）無