《壓縮與沉降》課件

壓縮與沉降探討地質沉降過程中物質壓縮的現(xiàn)象及其重要性。通過分析沉積環(huán)境、地層構造及其變化規(guī)律,深入理解壓縮對于地質過程的影響。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)生壓縮變形的內在機理。2壓縮曲線與壓縮指數(shù)介紹壓縮曲線的繪制方法及壓縮指數(shù)的計算與應用。3正常固結土與預壓土的壓縮特性比較兩種不同土質在壓縮過程中的不同表現(xiàn)。4壓縮特性曲線與土質鑒別討論如何通過壓縮曲線的形狀來判斷土質類型。土體的壓縮特性孔隙壓縮土體在受到外力作用時,其內部孔隙會逐漸減小,導致整體體積壓縮。這種壓縮特性是土體承載力和穩(wěn)定性的重要體現(xiàn)。顆粒重排在壓縮過程中,土體中的顆粒會相對移動并重新排列,從而使孔隙逐漸減小。這種顆粒重排是壓縮變形的主要機理。密度增加隨著壓縮過程的進行,土體中固體顆粒的密度會不斷提高,從而使整體密度增大,體積減小。這是壓縮變形的直接結果。含水量變化在壓縮過程中,土體中的孔隙水會被擠出,使含水量下降。這種水分變化也會影響土體的壓縮特性。壓縮曲線與壓縮指數(shù)壓縮曲線壓縮曲線描述了土體在增加垂直應力時體積減小的關系。其形狀反映了土體的壓縮特性，可用于預測地基的沉降行為。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。壓縮性指標除了壓縮指數(shù),壓縮系數(shù)mv和沉降模量Es等指標也能反映土體的壓縮特性,是評估地基變形的重要依據(jù)。正常固結土的壓縮曲線正常固結土的壓縮曲線表示了垂直有效應力與土體體積的關系。這條曲線通常呈現(xiàn)為一個平緩的曲線,表示隨著應力的增加,土體體積逐步減小。該曲線可用于分析和預測土體的壓縮特性。固結過程中,土體內部孔隙逐步被擠壓,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,即當應力卸載后,土體能夠部分恢復到初始狀態(tài)。預壓土的壓縮曲線對于預壓土層,其壓縮曲線與正常固結土有所不同。預壓土在遭受加載前已經承受過一定程度的壓力,呈現(xiàn)出一定的預壓縮特性。其壓縮曲線表現(xiàn)為兩段斜直線,第一段斜率較小,反映了預壓土層的高抗壓性。第二段斜率較大,代表了預壓土進入正常固結狀態(tài)后的壓縮性。壓縮特性曲線與土質鑒別壓縮曲線特征不同類型的土體在壓縮過程中會表現(xiàn)出不同的壓縮特性曲線,反映了其壓縮行為和結構特征。曲線形狀識別通過分析壓縮曲線的形狀和斜率變化,可以鑒別出土體的類型和狀態(tài),為工程應用提供依據(jù)。土質分類依據(jù)壓縮特性曲線是研究土體性質和預測沉降行為的重要參考,是進行土質分類和工程設計的關鍵依據(jù)之一。無量綱壓縮曲線圖無量綱壓縮曲線圖是以孔隙比e為縱軸、垂直有效應力σ'為橫軸的壓縮曲線圖。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)。這種圖示可以對不同土層的壓縮特性進行比較分析,為工程設計提供必要的土工參數(shù)?？紫侗扰c垂直有效應力關系垂直有效應力孔隙比小大大小土體的孔隙比隨著垂直有效應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,土體的密實程度不斷提高?？紫侗扰c垂直有效應力之間的關系是壓縮性研究的基礎。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,定義為一個固結土在給定壓力范圍內的壓縮率。2測試方法通過開展一系列壓縮試驗,繪制壓縮曲線圖并計算得出Cc值。3影響因素Cc值受土體含水量、孔隙比、壓縮應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，是工程建設中需要特別關注的部分。80%彈性變形可恢復的壓縮變形部分,在荷載卸除后會逐步恢復。3-5cm典型沉降量大型建筑物基礎常見的永久性沉降量范圍。側向固結固結土的壓縮特性側向固結受到側向約束的土體在垂直壓力作用下會發(fā)生側向變形和壓縮變形。固結特性固結土因具有明顯的壓縮滯后性,其壓縮特性與未固結土有所不同。力學行為側向固結會影響土體的強度和變形特性,需要重點關注。非固結土層的壓縮沉降軟土沉降特性非固結土層由于土質松散、孔隙率高,極易發(fā)生沉降變形,需要特殊的基礎處理措施。即時沉降與長期沉降非固結土層會經歷即時沉降和長期緩慢沉降兩個階段,前者由荷載引起,后者由土體壓縮固結造成。特殊處理需求為控制非固結土層的沉降變形,需采用預壓、換填、樁基等加固措施,合理調控土體水分、應力狀態(tài)。不同類型土的壓縮變形規(guī)律砂性土砂性土在受荷作用下會發(fā)生密實變形,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)生在荷載加載過程中。粘性土粘性土在受荷作用下會發(fā)生顯著的壓縮變形,包括初始壓縮和長期固結沉降。其壓縮特性與含水量、孔隙比和預壓應力等密切相關。有機質土有機質土的壓縮變形較大,隨著時間推移會發(fā)生持續(xù)的二次壓縮變形,需要特別關注。其壓縮特性與有機質含量和降解程度有關。膨脹土膨脹土在受荷時會發(fā)生膨脹變形,在荷載卸載時則會發(fā)生收縮變形。其壓縮特性對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應力狀態(tài)荷載大小、持續(xù)時間、加載方式等應力條件會影響壓縮變形。3排水條件良好的排水可以加快壓縮過程,減少最終沉降量。4時間因素土體壓縮是一個漫長的過程,沉降量會隨時間的延長而增加。土的初始狀態(tài)對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。這是因為密實程度高的土粒接觸面積大,負荷傳遞更集中,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。這是因為含水量高意味著土粒之間更少的接觸面積,負荷更容易導致變形。預壓密度的影響預先受到壓密的土,其壓縮變形要小于未受過壓密的土。這是因為預壓密度高的土已經經歷了結構調整,承載能力更強。土質對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影響壓縮特性。顆粒越細，壓縮性越大。土體結構土體結構如松散、密實等會影響壓縮性。結構越松散，壓縮性越大。含水量土體含水量越高，其壓縮性越大。含水量過高會導致持續(xù)沉降。有機質含量土體中有機質含量越高，壓縮性越大。有機質能吸收大量水分，增加壓縮變形。側向變形對壓縮沉降的影響橫向擠壓效應當土體受到垂直荷載時,會產生橫向變形,使土顆粒在側向重新排列,從而增加垂直壓縮變形。邊界約束條件土體所受的側向約束程度會影響壓縮過程,邊界條件越嚴格,側向變形越小,壓縮變形也越小。土體孔隙比變化橫向變形導致土體孔隙比發(fā)生變化,從而影響土體的壓縮性能和變形特性。時間對壓縮沉降的影響短期內的壓縮沉降土體在承受荷載后,會迅速發(fā)生一部分壓縮變形,這屬于短期的瞬時壓縮。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。長期的滲透固結沉降除了短期壓縮,土體還會在較長時間內發(fā)生滲透固結沉降,這是由于土體內孔隙水的滲出和土顆粒的重新排列所致。預加載對壓縮沉降的影響在土體遭受超過預壓力的荷載時,會出現(xiàn)更大的壓縮變形。因此,合理的預加載可以有效降低后續(xù)的沉降量。壓縮沉降的預測與計算前期評估根據(jù)歷史記錄和勘察數(shù)據(jù),初步評估現(xiàn)場土體的壓縮特性,為后續(xù)沉降計算做好準備。選擇計算模型根據(jù)工程實際情況,選擇合適的壓縮沉降計算模型,如正常固結土、預壓土、軟土等。確定參數(shù)通過實驗室試驗和現(xiàn)場調查,準確獲取各項必要參數(shù),如壓縮指數(shù)、初始孔隙比等。分層計算對土層進行分層,分別計算每層土體的壓縮沉降,再綜合求得總沉降量?？紤]影響因素結合實際情況,合理考慮時間、溫度、水分等因素對壓縮沉降的影響。預壓土層的壓縮沉降分析1預壓土層的識別通過土層壓縮曲線分析,可以識別出預壓土層的存在。它們具有壓縮曲線折點,表明有明顯的預壓應力值。2預壓土層的壓縮特性預壓土層在承受小于預壓應力的載荷時,可以產生較小的壓縮變形。當超過預壓應力后,壓縮變形會迅速增大。3預壓土層的沉降分析需要考慮預壓應力的大小、超載量、荷載歷史等因素,采用合理的壓縮系數(shù)計算預壓土層的沉降量?；旌系鼗膲嚎s沉降復雜地基結構混合地基通常由不同類型的土層組成,如軟土層和堅硬土層。這種復雜的地層結構會導致不同部位的沉降差異,增加結構設計的難度。沉降分析方法對于混合地基,需采用分層分析法計算不同土層的壓縮沉降,綜合各層的沉降值來預測整體的沉降情況。加固措施為防止沉降差異過大,常采取注漿、換填、動力擠密等地基加固技術,以提高地基承載能力,減小沉降量。監(jiān)測與觀測混合地基施工過程中需加強沉降監(jiān)測,以掌握實際沉降情況,及時采取補救措施?；娱_挖導致的壓縮沉降基坑開挖基坑開挖會降低地表附近土層的壓力,導致土層體積膨脹和沉降變形。土層特性不同類型的土層在開挖時會表現(xiàn)出不同的沉降特性,需要針對性地進行分析。沉降監(jiān)測對基坑邊坡及周邊地區(qū)的沉降情況進行監(jiān)測,及時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挖導致的壓縮沉降。填土沉降分析土體壓縮特性通過土體壓縮試驗,可以了解土體的壓縮變形特性,為分析填土沉降提供基礎數(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、固結程度等多方面因素,預測填土沉降量和變形情況。合理選擇加固措施針對不同土層情況,選擇恰當?shù)牡鼗庸檀胧?如換填、擠密樁等,可以有效控制填土沉降。超載加壓導致的壓縮沉降1載荷超過土體承載能力當土體上方的壓力遠大于土體本身的抗壓強度時,就會發(fā)生超載加壓,導致土體發(fā)生塑性變形和壓縮沉降。2沉降量難以預測超載加壓引起的沉降量難以精確預測,需要結合實際情況和工程經驗來進行合理估算。3可能引發(fā)安全隱患嚴重的超載壓縮沉降會損壞建筑物的結構完整性,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用改良型換填法采用挖除軟土并更換為堅實的填充物,可有效提高地基承載力。這種方法簡單實用,廣泛應用于工程建設中。垂直配筋加固將鋼筋或其他增強材料垂直插入軟土層,可以增強地基的抗剪強度和抗壓性能。這種方法適用于中等軟土地基。預壓固結法通過在地基上施加一定的超載壓力,促進軟土的固結與壓縮,從而提高承載能力。這種方法需要較長的施工周期。樁基礎加固在軟土地基上打設鋼筋混凝土樁,將負荷傳至下層堅實土層,提高整體承載能力。適用于深厚軟土地基。堆載試驗與土體壓縮性測定1堆載試驗在原地對土體施加載荷,觀測沉降變形2土體壓縮試驗室內試驗測定土體壓縮性指標3結果對比分析驗證實測數(shù)據(jù)和試驗參數(shù)的吻合度堆載試驗通過在原地對土體施加載荷,測定其沉降變形特性,反映了實際工程條件下土體的壓縮性。土體壓縮試驗則在實驗室模擬土體受壓縮的過程,測定出壓縮特性指標。兩種方法結果對比分析,為工程設計提供可靠的參數(shù)依據(jù)。壓縮試驗中的誤差分析與控制試驗條件差異由于操作人員的差異、設備狀態(tài)的不同以及環(huán)境條件的變化,會導致壓縮試驗結果存在一定的誤差。數(shù)據(jù)采集精度壓縮量和荷載的測量精度會直接影響試驗結