《壓縮與沉降》課件

壓縮與沉降探討地質(zhì)沉降過(guò)程中物質(zhì)壓縮的現(xiàn)象及其重要性。通過(guò)分析沉積環(huán)境、地層構(gòu)造及其變化規(guī)律,深入理解壓縮對(duì)于地質(zhì)過(guò)程的影響。課程大綱1土體的壓縮特性深入探討土體如何在外力作用下發(fā)生壓縮變形的內(nèi)在機(jī)理。2壓縮曲線(xiàn)與壓縮指數(shù)介紹壓縮曲線(xiàn)的繪制方法及壓縮指數(shù)的計(jì)算與應(yīng)用。3正常固結(jié)土與預(yù)壓土的壓縮特性比較兩種不同土質(zhì)在壓縮過(guò)程中的不同表現(xiàn)。4壓縮特性曲線(xiàn)與土質(zhì)鑒別討論如何通過(guò)壓縮曲線(xiàn)的形狀來(lái)判斷土質(zhì)類(lèi)型。土體的壓縮特性孔隙壓縮土體在受到外力作用時(shí),其內(nèi)部孔隙會(huì)逐漸減小,導(dǎo)致整體體積壓縮。這種壓縮特性是土體承載力和穩(wěn)定性的重要體現(xiàn)。顆粒重排在壓縮過(guò)程中,土體中的顆粒會(huì)相對(duì)移動(dòng)并重新排列,從而使孔隙逐漸減小。這種顆粒重排是壓縮變形的主要機(jī)理。密度增加隨著壓縮過(guò)程的進(jìn)行,土體中固體顆粒的密度會(huì)不斷提高,從而使整體密度增大,體積減小。這是壓縮變形的直接結(jié)果。含水量變化在壓縮過(guò)程中,土體中的孔隙水會(huì)被擠出,使含水量下降。這種水分變化也會(huì)影響土體的壓縮特性。壓縮曲線(xiàn)與壓縮指數(shù)壓縮曲線(xiàn)壓縮曲線(xiàn)描述了土體在增加垂直應(yīng)力時(shí)體積減小的關(guān)系。其形狀反映了土體的壓縮特性，可用于預(yù)測(cè)地基的沉降行為。壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)Cc是表征土體壓縮特性的重要參數(shù),體現(xiàn)了孔隙比隨垂直應(yīng)力的減小而減小的速率。它決定了土體的壓縮變形量。壓縮性指標(biāo)除了壓縮指數(shù),壓縮系數(shù)mv和沉降模量Es等指標(biāo)也能反映土體的壓縮特性,是評(píng)估地基變形的重要依據(jù)。正常固結(jié)土的壓縮曲線(xiàn)正常固結(jié)土的壓縮曲線(xiàn)表示了垂直有效應(yīng)力與土體體積的關(guān)系。這條曲線(xiàn)通常呈現(xiàn)為一個(gè)平緩的曲線(xiàn),表示隨著應(yīng)力的增加,土體體積逐步減小。該曲線(xiàn)可用于分析和預(yù)測(cè)土體的壓縮特性。固結(jié)過(guò)程中,土體內(nèi)部孔隙逐步被擠壓,土顆粒逐步重排,使土體整體密度增加,體積減少。這種壓縮是可逆的,即當(dāng)應(yīng)力卸載后,土體能夠部分恢復(fù)到初始狀態(tài)。預(yù)壓土的壓縮曲線(xiàn)對(duì)于預(yù)壓土層,其壓縮曲線(xiàn)與正常固結(jié)土有所不同。預(yù)壓土在遭受加載前已經(jīng)承受過(guò)一定程度的壓力,呈現(xiàn)出一定的預(yù)壓縮特性。其壓縮曲線(xiàn)表現(xiàn)為兩段斜直線(xiàn),第一段斜率較小,反映了預(yù)壓土層的高抗壓性。第二段斜率較大,代表了預(yù)壓土進(jìn)入正常固結(jié)狀態(tài)后的壓縮性。壓縮特性曲線(xiàn)與土質(zhì)鑒別壓縮曲線(xiàn)特征不同類(lèi)型的土體在壓縮過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出不同的壓縮特性曲線(xiàn),反映了其壓縮行為和結(jié)構(gòu)特征。曲線(xiàn)形狀識(shí)別通過(guò)分析壓縮曲線(xiàn)的形狀和斜率變化,可以鑒別出土體的類(lèi)型和狀態(tài),為工程應(yīng)用提供依據(jù)。土質(zhì)分類(lèi)依據(jù)壓縮特性曲線(xiàn)是研究土體性質(zhì)和預(yù)測(cè)沉降行為的重要參考,是進(jìn)行土質(zhì)分類(lèi)和工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵依據(jù)之一。無(wú)量綱壓縮曲線(xiàn)圖無(wú)量綱壓縮曲線(xiàn)圖是以孔隙比e為縱軸、垂直有效應(yīng)力σ'為橫軸的壓縮曲線(xiàn)圖。它可以綜合反映土體的壓縮特性,為分析土體壓縮變形提供重要依據(jù)。這種圖示可以對(duì)不同土層的壓縮特性進(jìn)行比較分析,為工程設(shè)計(jì)提供必要的土工參數(shù)。孔隙比與垂直有效應(yīng)力關(guān)系垂直有效應(yīng)力孔隙比小大大小土體的孔隙比隨著垂直有效應(yīng)力的增加而逐漸減小。這反映了隨著外力的增大,土粒間的距離逐漸縮小,土體的密實(shí)程度不斷提高。孔隙比與垂直有效應(yīng)力之間的關(guān)系是壓縮性研究的基礎(chǔ)。壓縮可比性Cc的確定1定義壓縮可比性Cc是衡量土體壓縮特性的重要指標(biāo),定義為一個(gè)固結(jié)土在給定壓力范圍內(nèi)的壓縮率。2測(cè)試方法通過(guò)開(kāi)展一系列壓縮試驗(yàn),繪制壓縮曲線(xiàn)圖并計(jì)算得出Cc值。3影響因素Cc值受土體含水量、孔隙比、壓縮應(yīng)力范圍等多方面因素的影響。永久沉降量與壓縮變形20%永久沉降土體壓縮變形中永久性的部分，是工程建設(shè)中需要特別關(guān)注的部分。80%彈性變形可恢復(fù)的壓縮變形部分,在荷載卸除后會(huì)逐步恢復(fù)。3-5cm典型沉降量大型建筑物基礎(chǔ)常見(jiàn)的永久性沉降量范圍。側(cè)向固結(jié)固結(jié)土的壓縮特性側(cè)向固結(jié)受到側(cè)向約束的土體在垂直壓力作用下會(huì)發(fā)生側(cè)向變形和壓縮變形。固結(jié)特性固結(jié)土因具有明顯的壓縮滯后性,其壓縮特性與未固結(jié)土有所不同。力學(xué)行為側(cè)向固結(jié)會(huì)影響土體的強(qiáng)度和變形特性,需要重點(diǎn)關(guān)注。非固結(jié)土層的壓縮沉降軟土沉降特性非固結(jié)土層由于土質(zhì)松散、孔隙率高,極易發(fā)生沉降變形,需要特殊的基礎(chǔ)處理措施。即時(shí)沉降與長(zhǎng)期沉降非固結(jié)土層會(huì)經(jīng)歷即時(shí)沉降和長(zhǎng)期緩慢沉降兩個(gè)階段,前者由荷載引起,后者由土體壓縮固結(jié)造成。特殊處理需求為控制非固結(jié)土層的沉降變形,需采用預(yù)壓、換填、樁基等加固措施,合理調(diào)控土體水分、應(yīng)力狀態(tài)。不同類(lèi)型土的壓縮變形規(guī)律砂性土砂性土在受荷作用下會(huì)發(fā)生密實(shí)變形,主要表現(xiàn)為顆粒的重新排列和部分破壞。其壓縮變形較小,且主要發(fā)生在荷載加載過(guò)程中。粘性土粘性土在受荷作用下會(huì)發(fā)生顯著的壓縮變形,包括初始?jí)嚎s和長(zhǎng)期固結(jié)沉降。其壓縮特性與含水量、孔隙比和預(yù)壓應(yīng)力等密切相關(guān)。有機(jī)質(zhì)土有機(jī)質(zhì)土的壓縮變形較大,隨著時(shí)間推移會(huì)發(fā)生持續(xù)的二次壓縮變形,需要特別關(guān)注。其壓縮特性與有機(jī)質(zhì)含量和降解程度有關(guān)。膨脹土膨脹土在受荷時(shí)會(huì)發(fā)生膨脹變形,在荷載卸載時(shí)則會(huì)發(fā)生收縮變形。其壓縮特性對(duì)含水量和孔隙比等因素極為敏感。影響壓縮沉降的因素1土質(zhì)特性土壤顆粒粒徑大小、礦物成分、含水量等決定了土體壓縮特性。2應(yīng)力狀態(tài)荷載大小、持續(xù)時(shí)間、加載方式等應(yīng)力條件會(huì)影響壓縮變形。3排水條件良好的排水可以加快壓縮過(guò)程,減少最終沉降量。4時(shí)間因素土體壓縮是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,沉降量會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。土的初始狀態(tài)對(duì)壓縮沉降的影響干密度的影響土的初始干密度越大,其壓縮變形越小。這是因?yàn)槊軐?shí)程度高的土粒接觸面積大,負(fù)荷傳遞更集中,使土粒之間的變形減小。含水量的影響土的初始含水量越大,其壓縮變形越大。這是因?yàn)楹扛咭馕吨亮Ｖg更少的接觸面積,負(fù)荷更容易導(dǎo)致變形。預(yù)壓密度的影響預(yù)先受到壓密的土,其壓縮變形要小于未受過(guò)壓密的土。這是因?yàn)轭A(yù)壓密度高的土已經(jīng)經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)調(diào)整,承載能力更強(qiáng)。土質(zhì)對(duì)壓縮沉降的影響土顆粒組成土體中粘土、粉砂和砂石的比例會(huì)影響壓縮特性。顆粒越細(xì)，壓縮性越大。土體結(jié)構(gòu)土體結(jié)構(gòu)如松散、密實(shí)等會(huì)影響壓縮性。結(jié)構(gòu)越松散，壓縮性越大。含水量土體含水量越高，其壓縮性越大。含水量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致持續(xù)沉降。有機(jī)質(zhì)含量土體中有機(jī)質(zhì)含量越高，壓縮性越大。有機(jī)質(zhì)能吸收大量水分，增加壓縮變形。側(cè)向變形對(duì)壓縮沉降的影響橫向擠壓效應(yīng)當(dāng)土體受到垂直荷載時(shí),會(huì)產(chǎn)生橫向變形,使土顆粒在側(cè)向重新排列,從而增加垂直壓縮變形。邊界約束條件土體所受的側(cè)向約束程度會(huì)影響壓縮過(guò)程,邊界條件越嚴(yán)格,側(cè)向變形越小,壓縮變形也越小。土體孔隙比變化橫向變形導(dǎo)致土體孔隙比發(fā)生變化,從而影響土體的壓縮性能和變形特性。時(shí)間對(duì)壓縮沉降的影響短期內(nèi)的壓縮沉降土體在承受荷載后,會(huì)迅速發(fā)生一部分壓縮變形,這屬于短期的瞬時(shí)壓縮。這部分沉降是由于土顆粒重新排列和間隙水的排出造成的。長(zhǎng)期的滲透固結(jié)沉降除了短期壓縮,土體還會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)生滲透固結(jié)沉降,這是由于土體內(nèi)孔隙水的滲出和土顆粒的重新排列所致。預(yù)加載對(duì)壓縮沉降的影響在土體遭受超過(guò)預(yù)壓力的荷載時(shí),會(huì)出現(xiàn)更大的壓縮變形。因此,合理的預(yù)加載可以有效降低后續(xù)的沉降量。壓縮沉降的預(yù)測(cè)與計(jì)算前期評(píng)估根據(jù)歷史記錄和勘察數(shù)據(jù),初步評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)土體的壓縮特性,為后續(xù)沉降計(jì)算做好準(zhǔn)備。選擇計(jì)算模型根據(jù)工程實(shí)際情況,選擇合適的壓縮沉降計(jì)算模型,如正常固結(jié)土、預(yù)壓土、軟土等。確定參數(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,準(zhǔn)確獲取各項(xiàng)必要參數(shù),如壓縮指數(shù)、初始孔隙比等。分層計(jì)算對(duì)土層進(jìn)行分層,分別計(jì)算每層土體的壓縮沉降,再綜合求得總沉降量?？紤]影響因素結(jié)合實(shí)際情況,合理考慮時(shí)間、溫度、水分等因素對(duì)壓縮沉降的影響。預(yù)壓土層的壓縮沉降分析1預(yù)壓土層的識(shí)別通過(guò)土層壓縮曲線(xiàn)分析,可以識(shí)別出預(yù)壓土層的存在。它們具有壓縮曲線(xiàn)折點(diǎn),表明有明顯的預(yù)壓應(yīng)力值。2預(yù)壓土層的壓縮特性預(yù)壓土層在承受小于預(yù)壓應(yīng)力的載荷時(shí),可以產(chǎn)生較小的壓縮變形。當(dāng)超過(guò)預(yù)壓應(yīng)力后,壓縮變形會(huì)迅速增大。3預(yù)壓土層的沉降分析需要考慮預(yù)壓應(yīng)力的大小、超載量、荷載歷史等因素,采用合理的壓縮系數(shù)計(jì)算預(yù)壓土層的沉降量。混合地基的壓縮沉降復(fù)雜地基結(jié)構(gòu)混合地基通常由不同類(lèi)型的土層組成,如軟土層和堅(jiān)硬土層。這種復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致不同部位的沉降差異,增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。沉降分析方法對(duì)于混合地基,需采用分層分析法計(jì)算不同土層的壓縮沉降,綜合各層的沉降值來(lái)預(yù)測(cè)整體的沉降情況。加固措施為防止沉降差異過(guò)大,常采取注漿、換填、動(dòng)力擠密等地基加固技術(shù),以提高地基承載能力,減小沉降量。監(jiān)測(cè)與觀(guān)測(cè)混合地基施工過(guò)程中需加強(qiáng)沉降監(jiān)測(cè),以掌握實(shí)際沉降情況,及時(shí)采取補(bǔ)救措施?；娱_(kāi)挖導(dǎo)致的壓縮沉降基坑開(kāi)挖基坑開(kāi)挖會(huì)降低地表附近土層的壓力,導(dǎo)致土層體積膨脹和沉降變形。土層特性不同類(lèi)型的土層在開(kāi)挖時(shí)會(huì)表現(xiàn)出不同的沉降特性,需要針對(duì)性地進(jìn)行分析。沉降監(jiān)測(cè)對(duì)基坑邊坡及周邊地區(qū)的沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),及時(shí)掌握變形情況非常重要。加固措施采取樁基、擋土墻等加固措施可以有效控制基坑開(kāi)挖導(dǎo)致的壓縮沉降。填土沉降分析土體壓縮特性通過(guò)土體壓縮試驗(yàn),可以了解土體的壓縮變形特性,為分析填土沉降提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。填土沉降分析分析填土沉降需要考慮填土厚度、滲透特性、固結(jié)程度等多方面因素,預(yù)測(cè)填土沉降量和變形情況。合理選擇加固措施針對(duì)不同土層情況,選擇恰當(dāng)?shù)牡鼗庸檀胧?如換填、擠密樁等,可以有效控制填土沉降。超載加壓導(dǎo)致的壓縮沉降1載荷超過(guò)土體承載能力當(dāng)土體上方的壓力遠(yuǎn)大于土體本身的抗壓強(qiáng)度時(shí),就會(huì)發(fā)生超載加壓,導(dǎo)致土體發(fā)生塑性變形和壓縮沉降。2沉降量難以預(yù)測(cè)超載加壓引起的沉降量難以精確預(yù)測(cè),需要結(jié)合實(shí)際情況和工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行合理估算。3可能引發(fā)安全隱患嚴(yán)重的超載壓縮沉降會(huì)損壞建筑物的結(jié)構(gòu)完整性,甚至危及人員安全,需要采取有效措施加以控制。軟土地基加固措施及其應(yīng)用改良型換填法采用挖除軟土并更換為堅(jiān)實(shí)的填充物,可有效提高地基承載力。這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用,廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中。垂直配筋加固將鋼筋或其他增強(qiáng)材料垂直插入軟土層,可以增強(qiáng)地基的抗剪強(qiáng)度和抗壓性能。這種方法適用于中等軟土地基。預(yù)壓固結(jié)法通過(guò)在地基上施加一定的超載壓力,促進(jìn)軟土的固結(jié)與壓縮,從而提高承載能力。這種方法需要較長(zhǎng)的施工周期。樁基礎(chǔ)加固在軟土地基上打設(shè)鋼筋混凝土樁,將負(fù)荷傳至下層堅(jiān)實(shí)土層,提高整體承載能力。適用于深厚軟土地基。堆載試驗(yàn)與土體壓縮性測(cè)定1堆載試驗(yàn)在原地對(duì)土體施加載荷,觀(guān)測(cè)沉降變形2土體壓縮試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定土體壓縮性指標(biāo)3結(jié)果對(duì)比分析驗(yàn)證實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)參數(shù)的吻合度堆載試驗(yàn)通過(guò)在原地對(duì)土體施加載荷,測(cè)定其沉降變形特性,反映了實(shí)際工程條件下土體的壓縮性。土體壓縮試驗(yàn)則在實(shí)驗(yàn)室模擬土體受壓縮的過(guò)程,測(cè)定出壓縮特性指標(biāo)。兩種方法結(jié)果對(duì)比分析,為工程設(shè)計(jì)提供可靠的參數(shù)依據(jù)。壓縮試驗(yàn)中的誤差分析與控制試驗(yàn)條件差異由于操作人員的差異、設(shè)備狀態(tài)的不同以及環(huán)境條件的變化,會(huì)導(dǎo)致壓縮試驗(yàn)結(jié)果存在一定的誤差。數(shù)據(jù)采集精度壓縮量和荷載的測(cè)量精度會(huì)直接影響試驗(yàn)結(jié)