土力学与基础工程(四)

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页第三节土的压缩性与地基沉降一、土的压缩实验与压缩曲线地基土在压力作用下体积缩小的特性称为压缩性，主要由土中孔隙水和蔼体被排出，土粒重新罗列造成。见下图。室内侧限压缩实验（亦称固结实验）是研究土压缩性的最基本主意。如上图所示，设土样的初始高度为H0，在荷载p作用下土样稳定后的总珏缩量为，假设土粒体积Vs=1（不变），按照土的孔隙比定义，则受压前后土孔隙体积Vv分离为e0和，按照荷载作用下土样压缩稳定后总压缩量△于是得到e=e其中e式中：ρs、这样，按照式(17-29)即可得到各级荷载p作用下对应的孔隙比e，从而可绘制出土的曲线及曲线等（见下图1、图2）。(一)压缩系数与压缩模量在由压缩实验所得的压缩曲线（曲线）上，常以p1=100KPa、p2α1-2依α1-2可评价土的压缩性高低土的压缩模量E是表示土压缩性的又一指标，它与压缩系数的关系为（二）压缩指数和回弹指数土在卸载再压缩过程中所表现的特性应在工程实践中引起充足的重视。将图17-20b）中e-lgp曲线直线段的斜率用Cc压缩指数与压缩系数不同，值随压力变化而变化，而值在压力较大时为常数，不随压力变化而变化。值越大，土的压缩性越高，低压缩性土的普通小于0.2，高压缩性土的值普通大于0.4。卸载段和再压缩段的平均斜率（图17-20）称为回弹指数或再压缩指数C，普通粘性土的≈(D.1～0.2)。（三）变形模量E它是由现场静载实验决定的。E0二、基础沉降工程上需要计算两种沉降，地基的总算沉降量（即基础沉降量）及随意时刻的沉降量，分层总和法计算总算沉降量计算简图见下图。(1)分层，普通取0.4b或1～2m，注重地下水位及土层界面应为分层界面。(2)分离求每一薄层顶面和底面的σcz(3)决定压缩层厚度，用应力比法，即：普通土层σ软土层σ(4)在压缩层内计算各土层压缩量，各层压缩量为ΔS(5)求各层压缩量之和S“规范”法计算总算沉降量实质是分层总和法的另一种形式。(1)分层按天然土层划分，求各层沉降量ΔS(2)决定计算深度，在无相邻基础影响时可按下式计算zn式中：b——基底宽度，在1～50m之间；lnb——b的天然对数。(3)试算计算深度，若有相邻基础影响，可按下述步骤试算决定计算深度，先按照经验假定计算深度为zn，并求出其沉降量，再按基底宽度b选取计算厚度，并求其沉降量，使其满意(4)求总沉降量式中：s——地基总算变形量（mm）；s′——按规范分层总和法计算出的地基变形量（mm）；ψs——沉降计算经验系数，按照地区沉降观测资料及经验决定，也可查表；n——地基变形计算深度范围内所划分的土层数；p0——对应于荷载效应准永远组合时的基础底面处的附加压力（kPa）；Esj——基础底面下第i层土的压缩模量，按实际应力范围取值（MPa）；zi、zi-——分离为基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离（m）——分离为基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数，查相应表格。（三）弹性理论主意计算总算沉降量式中：p——基础底面的平均压力；b——矩形基础的宽度或圆形基础的直径；——分离为土的泊松比和变形模量；——沉降影响系数，与基础的刚度、形状和计算点位置等有关，可由表查得。三、地基变形与时光的关系地基变形与时光的关系可由土的固结理论决定。土的固结理论涉及饱和土的有效应力原理和渗透固结机理。（一）土的渗透性地下水在土的连通孔隙中流通的难易程度，称为土的渗透性。在计算沉降与时光的关系和地下水的涌水量时都需要土的渗透性指标。水的流动状态分为层流和紊流两种。水在孔隙中流动速度缓慢，属于层流。1856年，法国学者达西(Darcy)举行了大量实验后发现，单位时光通过砂层渗流出的水量q与水头降低（）成正比，与砂层厚度（即渗流途径）L成反比。即称此为渗透定律（或达西定律）。它表明了水在土中的渗透速度与水头梯度成正比(图17-22)，即呈直线关系上述式中：v——水在土中的渗透速度(m/s)，即单位时光(s)内流过一单位土截面(㎡)的水量(㎡)：k——土的渗透系数(m/s)，是与土的渗透性质有关的常数；A-发生渗流土的横截面积。对粘性土，因为土粒表面存在结合水膜，阻塞了孔隙间的通道，故惟独当水头梯度（起始梯度）时才开始发生渗流。这样粘性土中的达西定律应表示为（二）沉降的历时组成可以认为地基总算沉降量通常是由三个部分组成的：瞬时沉降Sd（不排水沉降）、固结沉降Sc和次固结沉降S=S瞬时沉降是紧随着加压之后即时发生的沉降，此时地基土在荷载作用下只发生剪切变形，其体积还来不及发生变化。固结沉降是因为荷载作用下随着土孔隙中水分的逐渐挤出，孔隙体积相应减少而发生的。次固结沉降则是指孔隙水压力消散后仍在继续缓慢举行的，由土骨架蠕变而引起的沉降。（三）应力历史与粘性土的压缩性天然土层在地质历史中在不同压力作用下压缩的情况，称为应力历史。在研究应力历史时应注重两个基本参数。（1）任何土层在历史上所受过的最大有效压力称为前期固结压力pc（2），与现有的土的自重应力pi之比称为“超固结比”(OCR=pc按照地基土层的应力历史，可将地基土层分为三种情况，见图17-24。情况a），现地面以下某深度z处一点土的自重应力为，这种土就称为超固结土，处于超压密状态。压缩量最小，于工程有利。情况b），γz=p情况c），土层也是逐渐沉积至现地面的，只是最后沉积的土年代较短，或为新近大面积的人工填土，在自重作用下并没有达到彻低固结（变形稳定），而是处于欠固结状态，自重压缩变形在继续发展中。图中虚线表示未来固结完毕后的地表。，称为欠固结土，应异常注重。（四）有效应力原理在土体中惟独通过土粒接触点传递的应力，才干使土粒彼此挤紧，从而引起土体变形。此应力称为粒间应力，又称有效应力，用表示。其中孔隙水传递的部分，称为静压力，在饱和土中受外荷载作用又以超静孔隙水压力（通称孔隙水压力）浮上，以u表示。如用p代表外荷载作用下的总应力，则有效应力原理可用下式表达（五）渗透固结简介饱和粘土中在外荷载作用下，土的压缩固结过程就是土中孔隙水逐渐被挤出、孔隙体积逐渐缩小、土粒逐渐被挤密、也就是孔隙水压力逐渐消散、有效应力逐渐增长的过程，这就是渗透固结或称主固结。为求饱和土在随意时刻的变形，需要用太沙基一维固结理论计算。其中重要的概念是固结度UU=S式中：Sct——Sc——为便于计算可利用有关图表求解。在渗透固结中应控制孔隙水压力u是随时光t和深度z两个参数而变化的，因此排水情况要引起注重。计算中浮上的竖向固结时光因数Tv土层为单面排水（见下图），起始孔隙水压力为矩形分布时，固结度表达式为U0式中注重TV和CV的应用。习题22用直角坐标系绘制压缩曲线可直接决定的压缩性指标是()。A．B．C．D．提醒：由曲线决定压缩系数。答案：A23用分层总和法计算普通土地基总算沉降量时，用附加应力与自重应力之比决定压缩层深度，普通其值应小于或等于()。A．0.2B．0.1C.0.5D．0.4提醒：普通土取0.2，软土可取0.1。其值越小，意味着压缩层计算厚（深）度越厚（深）。答案：A24计算地基变形时，传至基础底面的荷载组合应是()。A．荷载效应标准组合B．荷载效应准永远组合C．荷载效应频遇组合D．荷载效应永远组合答案：B25某地基土压缩模量为EsA．高B．中等C．低D．普通提醒：为低压缩性土。答案：C26某单面排水、厚度5m的饱和粘土地基，，当固结