土力學(xué)及地基基礎(chǔ) 第4版 課件 第3章 土的壓縮性和地基變形計算

第3章

土的壓縮性與地基變形計算

3.1土的壓縮性3.2基礎(chǔ)最終沉降量計算主要內(nèi)容教學(xué)目標知道土的壓縮特性會計算基礎(chǔ)的最終沉降量重點土的壓縮特性基礎(chǔ)最終沉降量計算難點

基礎(chǔ)最終沉降量計算3.1土的壓縮性

土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性

固體顆粒的壓縮土中水的壓縮空氣的排出水的排出壓縮量的組成

注：在一般壓力作用下，土粒和水的壓縮量與土的總壓縮量相比是很微小的，可以忽略不計。因此，可以認為，土的壓縮就是土中孔隙體積的減小。

土的壓縮性指標可通過室內(nèi)試驗或原位試驗來測定。試驗時力求試驗條件與土的天然狀態(tài)及其在外荷載作用下的實際應(yīng)力條件相適應(yīng)。3.1.1土的壓縮性試驗和壓縮曲線

1．壓縮試驗

在一般工程中，常用不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形的室內(nèi)壓縮試驗(又稱側(cè)限壓縮試驗或固結(jié)壓縮試驗)來測定土的壓縮性指標，其試驗雖未能完全符合土的實際工作情況，但操作簡便，試驗時間短，故有實用價值。

三聯(lián)固結(jié)儀注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形?；?/p>

只要測定土樣在各級壓力作用下的穩(wěn)定壓縮量，就可算出相應(yīng)的孔隙比e。2．土的壓縮曲線

壓縮曲線有兩種繪制方式

圖2-18土的壓縮曲線

a）e-p曲線b）e-lgp曲線

3.1.2土的壓縮性指標

1．壓縮系數(shù)a

壓縮性不同的土，其e-p曲線的形狀是不一樣的。由圖2-18可見，密實砂土的e-p曲線比較平緩，而壓縮性較大的軟黏土的e-p曲線則較陡。曲線越陡，說明隨著壓力的增加，土孔隙比的減少越顯著，因而土的壓縮性越高。土的壓縮性可用圖2-19中割線MlM2的斜率來表示，即《地基規(guī)范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評價土的壓縮性a1-2＜0.1MPa-1低壓縮性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中壓縮

a1-2≥0.5MPa-1高壓縮性土2．壓縮模量Es

土在完全側(cè)限條件下的豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的豎向應(yīng)變的比值

Es

Es=(1+e1)/a

用壓縮模量來表示土的壓縮性高低

Es<4Mpa高壓縮性土4MPa≤Es≤15Mpa中等壓縮性土Es>15MPa低壓縮性土3．土的變形模量E0

土的變形模量E0是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，可以由室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗得到的壓縮模量求得，也可通過靜載荷試驗確定。

地基土的泊松比

3.2基礎(chǔ)最終沉降量計算

地基變形的主要外因是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，在附加應(yīng)力作用下土層的孔隙體積發(fā)生壓縮減小，引起基礎(chǔ)沉降。常用的計算基礎(chǔ)最終沉降的方法有分層總和法及《地基規(guī)范》推薦方法。

3.2.1分層總和法

采用分層總和法計算基礎(chǔ)最終沉降量時，通常假定地基土壓縮時不發(fā)生側(cè)向變形，即采用側(cè)限條件下的壓縮指標。為了彌補這樣計算得到的變形偏小的缺點，通常取基底中心點下的附加應(yīng)力進行計算。

將地基變形計算深度范圍的土劃分為若干個分層(見圖2-20)，按側(cè)限條件分別計算各分層的壓縮量，其總和即為基礎(chǔ)最終沉降量。

具體計算步驟1)計算基底壓力及基底附加壓力

2)按分層厚度將基底下土層分成若干薄層

3)計算基底中心點下各分層界面處自重應(yīng)力和附加應(yīng)力

4)確定地基壓縮層深度

5)計算壓縮層深度內(nèi)各分層的自重應(yīng)力平均值和平均附加應(yīng)力。6)從e-p曲線上查得與p1i、p2i相對應(yīng)的孔隙比e1i和e2i

7)計算各分層土在側(cè)限條件下的壓縮量

8)計算基礎(chǔ)的最終沉降量s(mm)

圖2-20地基最終沉降的分層總和法

【例3-1】

試以分層總和法計算圖2-21所示柱下方形單獨基礎(chǔ)的最終沉降量。自地表起各土層的重度為：粉土＝18kN／m3；粉質(zhì)黏土=19kN/m3，＝19.5kN／m3；黏土＝20kN／m3。分別從粉質(zhì)黏土層和黏土層中取土樣做室內(nèi)壓縮試驗，其e-p曲線見圖2-22。柱傳給基礎(chǔ)的軸心荷載標準值F＝2000kN，方形基礎(chǔ)底邊長為4m?！窘馕觥浚?）計算基底壓力和基底附加壓力

（2）分層，取分層厚度為1m

（3）計算各分層層面處土的自重應(yīng)力

計算結(jié)果見表2-8

（4）計算基底中心點下各分層面處的附加應(yīng)力

（5）確定壓縮層深度z在6m深度處（點6）

不滿足要求

在7m深度處

滿足要求

壓縮層深度z

n為7m

（6）計算壓縮層深度內(nèi)各分層的自重應(yīng)力平均值和平均附加應(yīng)力

計算結(jié)果見表3-1（7）從e-p曲線上查得與p1i、p2i相對應(yīng)的孔隙比e1i和e2i

（8）計算各分層土在側(cè)限條件下的壓縮量

計算結(jié)果見表2-8

（9）計算基礎(chǔ)的最終沉降量

例3-1計算結(jié)果

點角點下任意深度z/m/kPa/kPa分層hi/mP1i/kPaΔpi/kPap2i/kPae1ie2iΔsi/mm00271280-11.0371241610.9600.85852.011.0461191-21.0561051610.9350.85839.822.065902-31.070761460.9210.86429.733.075623-41.080531330.9120.87320.444.084434-51.089371260.7770.75711.355.094315-61.099271260.7720.7578.566.0104236-71.0109211300.7650.7546.277.0114183.2.2規(guī)范法

《地基規(guī)范》推薦一種計算基礎(chǔ)最終沉降量的方法，其實質(zhì)是在分層總和法的基礎(chǔ)上，