土力学第三章：土的压缩性及地基沉降.ppt

第三章 土的压缩性及地基沉降,地基土体在建筑物荷载作用下会发生变形， 建筑物基础随之沉降。 在建筑物设计与施工时，应将建筑物的沉降量控制在 规范允许范围内。 土的压缩性是导致地基土变形的主要因素。 通过室内和现场试验，可求出土的压缩性指标， 计算基础的最终沉降量。,第一节 土的压缩性,土 的 固 结：是指土体在压力下作用下体积减小的过程。 土体积减小包括 ： 土中水和气体的排出（主要原因）即孔隙的缩小 土颗粒的压缩 土中水和气体的压缩,土压缩变形的快慢，与土中水的渗透速度有很大关系。 既使在相同压力条件下，不同土的压缩变形也会差别很大 这就是土体自身压缩性指标不同而已。,土体总压缩量1/400,土的压缩性：是指土体在压力下作用下体积减小的特性。,第三章 土的压缩性及地基沉降,一、 基本概念,二、土的压缩性指标,压缩试验逐级施加荷载 pi，求出每级荷载下的稳定变形量 Si ，算出相应压力下的孔隙比 ei 。绘出e p曲线，即压缩曲线。,1、压缩试验（固结试验）,第三章 土的压缩性及地基沉降,假定土粒是不可压缩的，即压缩试验前后的土粒体积不变：,二、土的压缩性指标 1、压缩试验（固结试验）,加荷前：,加荷后：,（3.1b）,也可写为广义表达式：,第三章 土的压缩性及地基沉降,（3.1c）,2、压缩系数a(或a1-2),压缩系数a定义：ep曲线上某点的切线斜率：,即压力从“1”状态到“2”状态，孔隙比的变化。,第三章 土的压缩性及地基沉降,第三章 土的压缩性及地基沉降,为便于统一判断土的压缩性，国标建筑地基基础设计 规范 （GB50007-2002）规定：,a1-2=,二、土的压缩性指标,定义：指在完全侧限条件下，土竖向应力增量与应变增量的比值。表示土抵抗压缩变形能力的指标之一。,3、压缩模量Es,故,式3-1c为,ES(MPa):,压 缩 性：,15 4,低 中 高,第三章 土的压缩性及地基沉降,一、分层总和法 1、基本假定： a、无侧向变形使结果偏小； b、采用基底中点下的附加应力计算使结果偏大。,第二节 地基的最终沉降量计算,地基最终沉降量是指地基在建筑物荷载作用下最后的稳定沉降量。它是建筑物地基基础设计的重要内容。,2、单一薄层地基变形量计算,公式（3.1c）为,即从“1”受力状态到“2”受力状态， 土样的压缩变形为s。,对地基来说：,“1”受力状态，相当于未修建建筑物时的状态，即p1=c,“2”受力状态，相当于已修建建筑物时的状态，即p2=c+z,h1,第三章 土的压缩性及地基沉降,沉降s,第二节 地基的最终沉降量计算,(已知压缩曲线e-p时),(已知压缩模量ES时),所以,Es,另外,沉降s,p2,第二节 地基的最终沉降量计算,3、任意地基变形量计算分层总和法,(已知e-p时),(已知ES时),最终沉降量s：,4、沉降计算深度zn的确定:,5、计算步骤（小结）,1)地基分层 hi0.4b；或12m 土层层面； 地下水位面。,3)计算zn,2)计算各分层处ci、zi,6)计算各分层土的沉降量si,7)计算最终沉降量,(已知e-p时),(已知ES时),第二节 地基的最终沉降量计算,（3-5),（3-7),二、地基设计规范法,第二节 地基的最终沉降量计算,同一天然土层采用单一压缩性指标,分层总和法：,1、沉降计算式,式3-7分子为“附加应力图形面积值”：,=Acdfe=Aabfe-Aabdc,=Ai-Ai-1,设Ai =,Ai-1 =,所以,-不分层；,引入沉降计算经验系数s,-修正误差。,分层层数多，计算工作大，规范将此简化,（3-7),式中：,分别为第i层、第i-1层的平均附加应力系数，,s按“简化分层总和法”计算的地基沉降量；,s地基最终沉降量；,s沉降计算经验系数，查表32。 注：当有多层土时，Es,由L/b、z/b按角点法查表33(p62) ；,第三章 土的压缩性及地基沉降,2、沉降计算深度zn,1)按公式计算确定,在深度zn处，向上取厚度为z 的计算变形量。 z查表31。,2)当b=130m,且无相邻荷载影响时:,第二节 地基最终沉降量计算,看例题！,第三章 土的压缩性及地基沉降,例3-2题,第二节 地基最终沉降量计算,第三章 土的压缩性及地基沉降,三、三种特殊情况下的地基沉降计算,1、薄压缩层地基,（3-7),2、地下水位下降,增加的自重应力即为附加应力！,地面下沉量s为：,第二节 地基最终沉降量计算,第三章 土的压缩性及地基沉降,三、三种特殊情况下的地基沉降计算,3、大面积地面堆载,第三章 土的压缩性及地基沉降,第三节 沉积土层的应力历史,前(先)期固结压力天然土层在历史上所经受过的最大固结压力 就叫前(先)期固结压力pc。 超固结比前(先)期固结压力pc与现有土层自重应力P1的比值 就叫超固结比OCR。,OCR1,1、正常固结土,2、超固结土,3、欠固结土,OCR1,OCR= pc / p1 =1,第四节 地基沉降与时间的关系,第三章 土的压缩性及地基沉降,一、饱和土的有效应力原理(p31),二、饱和土的渗透固结(p67),式中：,当t=0，,当t=，,结论：饱和土的固结过程就是孔隙水压力的消散和有效应力增长的过程。,当0t ，,三、地基沉降与时间的关系,式中：st地基在某一时刻的沉降量； s地基最终的沉降量。,第三章 土的压缩性及地基沉降,当t=0，,当t=，,固结度U的实质是反映地基中孔隙水压力u的消散程度和 有效应力 的增长