土力学第四章地基的沉降计算剖析ppt课件.ppt

第四章土的变形性质及地基沉降计算 1 第一节土的弹性变形性质第二节土的压缩性第三节土体变形模量的试验测定方法第四节地基沉降计算第五节沉降差和倾斜第六节饱和粘土渗透固结和太沙基一维固结理论第七节固结系数Cv的确定第八节饱和粘土地基沉降的计算第九节多维固结理论简介 自学 第十节粘土的流变性质 自学 主要内容 2 学习要点 1 土的压缩性及其指标2 地基沉降计算3 饱和粘土的渗透固结理论 3 为什么要研究土的压缩性 土的三相性多孔介质 外荷载的作用下 土体变形 侧向位移 竖直位移 地基沉降 地基沉降计算 产生附加应力 土的压缩性 平均总沉降 不均匀沉降 相邻基础的沉降差 4 2m 4m 确定地基沉降 竖向位移 是主要目的 PalaciodelasBellasArtes MexicoCity墨西哥城艺术宫的下沉 墨西哥城下的土层为 表层为人工填土与砂夹卵石硬壳层 厚度5m 其下为火山灰形成的超高压缩性淤泥 天然孔隙比高达7 12 含水率150 600 层厚达数十米 该艺术宫沉降量高达4m 并造成邻近的公路下沉2m 实例 5 建筑物的不均匀沉降 墨西哥城 6 由于沉降相互影响 两栋相邻的建筑物上部接触 7 基坑开挖 引起阳台裂缝 8 一 土的压缩性二 压缩试验及压缩曲线三 土的压缩指标四 应力历史对粘土压缩性的影响五 先期固结压力的确定及校正压缩曲线 土的压缩性及其指标 9 一 土的压缩性compressibility 土发生压缩的原因 1 土颗粒的压缩 2 水的压缩 4 孔隙的减小 0 对大多数土来说 气体被排出 在压力作用下 颗粒位置的发生改变 孔隙减小 土体变得密实 即发生压缩 0 3 孔隙中的气体 对饱和土 这一过程还伴随着孔隙水的排出 称为渗透固结 土在外力作用下体积减小的特性称为土的压缩性 10 1 土中孔隙的存在是土体产生压缩的主要原因 认为在外力作用下 土体压缩变形只是孔隙体积减小的结果通过试验测得竖向压力与孔隙比的关系曲线 压缩曲线 来反映土的压缩性 2 土体孔隙中的水和气体的排出才能使土体压缩变形 如果没有孔隙中水和气体的排出 土体很难有压缩变形 3 土体的压缩过程具有时间效应 土的压缩是随着水和气体的排出逐渐发生的 因而压缩过程是时间的函数 4 土体压缩量的大小和土体的初始密实度有关 土体压缩的特性 11 土的固结 土体在压力作用下 压缩量随时间增长的过程 压缩稳定很快完成 透水性差 水不易排出 压缩稳定需要很长一段时间 透水性好 水易于排出 影响土体压缩性的两个要素 1 土的类别 2 土的应力历史 在地质历史中承受过高压的土体 压缩性小 在地质历史中没有承受过高压的土体 压缩性大 12 二 压缩试验及压缩曲线 研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法 亦称固结试验 三联固结仪 支架 加压设备 固结容器 变形测量 13 1 压缩容器的构造 注意 土样在竖直压力作用下 由于环刀和刚性护环的限制 只产生竖向压缩 不产生侧向变形 刚性护环 加压活塞 透水石 环刀 底座 透水石 土样 荷载 14 孔隙比e与压缩量s之间的关系 压缩前 压缩后 15 压缩前后颗粒的高度保持不变 有 故有 某一土层或土样的压缩量计算公式 16 2 压缩试验 逐级加载 测得不同荷载水平下的压缩量 p1 s1 p2 s2 荷载 压缩量 孔隙比 e1 e2 ei en 问题 以s p曲线反映土的压缩性是否合理 注意 e p曲线反映的是土样完全侧限时的变形 荷载关系 17 e p曲线 测定 竖向应力竖向变形时间 18 e p曲线陡缓反映了压缩性的大小 e0 p e 曲线A压缩性 曲线B压缩性 e p曲线的陡缓反映了土体压缩性大小 曲线陡者 压缩性大曲线缓者 压缩性小 19 1 压缩系数 三 压缩指标 土样完全侧限 单向压缩 时的变形指标 单向压缩 完全侧限 时 单位竖向压力产生的孔隙比变化 根据e p压缩曲线可以得到三个表征土体压缩性的压缩指标 2 体积压缩系数 单向压缩 完全侧限 时 产生单位竖向应变所需的竖向应力 3 压缩模量 单向压缩 完全侧限 时 单位竖向压力产生的体积应变 20 1 压缩系数coefficientofcompressibility 规范中标准压缩系数a1 2 p0 100kPa p1 200kPa时的压缩系数 压缩性与压缩系数之间的关系 压缩系数av越大 压缩曲线越陡 土的压缩性越高 MPa 1 单向压缩 完全侧限 时 单位竖向压力产生的孔隙比变化 p1 p0 e1 M1 M2 e0 p e 21 2 体积压缩系数coefficientofvolumecompressibility 单向压缩 完全侧限 时 单位竖向压力产生的体积应变 已知 令 则土样压缩量公式可改写为 单位 22 单向压缩 完全侧限 时 产生单位竖向应变所需的竖向应力 3 压缩模量modulusofcompressibility 23 4 压缩指标mv和Es之间关系式的证明 压缩量计算公式为 由此得到 竖向应变 因此 对应于p0 p1段的压缩模量为 即 单向压缩时 竖向应变与体积应变相等 体积应变 此外 24 单向压缩试验的各种参数的关系 25 算例分析 书上132页题4 1 26 答案 已知 所以 27 5 关于压缩指标的讨论 压缩系数 体积压缩系数 压缩模量是否为常数 不是 随所受竖向压力 应力 的大小而变 通过e p曲线 我们看到土的压缩系数av不是常数 随着压力p的增大 曲线趋于平缓 av值在减小 因而与压缩系数av相关的体积压缩系数mv和压缩模量Es都不是常数 这说明土是非线性介质 28 压缩模量Es和变形模量E0的关系 压缩模量Es是指在土在完全侧限这种特殊状态下力与变形之间的关系 从理论上讲 可建立压缩指标与变形指标之间的关系 变形模量E0 在单向受力状态 无侧限 时 可定义为产生单位竖向应变所需的竖向应力 压缩模量Es 变形模量E 侧向约束 侧向自由 29 假设土的应力 应变满足广义Hooke定律 在压缩的过程中土无侧向变形 故 再由定义Es z z 最终可得到 压缩模量Es和变形模量E0的关系 则 30 5 压缩 回弹 再压缩 可以看出 再压缩产生的变形远小于第一次压缩产生的变形 e p曲线的缺点 不能反映土的应力历史 残余变形 塑性变形 弹性变形 31 压缩指数compressionindex 膨胀指数swellingindex 6 压缩指数和膨胀指数 压缩曲线斜率 回弹曲线斜率 为了能够反映土的应力历史 引入了e lgp曲线 Cs Cc 一般Cs 0 1 0 2Cc 32 1 原状土样压缩曲线的特征 四 应力历史对粘性土压缩性的影响 先期固结压力preconsolidationpressure 土在历史上受到过的最大固结压力 即对应于该压力的压缩变形已经完成 自重应力 试验加载 卸载 先期固结压力 直线段 问题 为什么原状粘性土的压缩曲线会呈现出平缓段和直线段 33 2 按固结程度对粘性土进行分类 OCR 1 正常固结土OCR 1 超固结土OCR 1 欠固结土 当前地表 正常固结 过去地表 欠固结 过去地表 超固结 正常固结土 pc p0 normallyconsolidatedclay 欠固结土 pc p0 underconsolidatedclay 超固结土 pc p0 overconsolidatedclay 超固结比 p0 土样在取出时所受的竖向自重应力 pc 由压缩试验确定的原状土样的先期固结压力 土层压缩尚未完成 以前承受过更大的固结压力 34 五 先期固结压力的确定及校正压缩曲线的推求 室内压缩曲线 e0 角平分线 f A点对应于先期固结压力pc b 过m点作水平线 c 作m点切线 d 作 角的角分线 e 试验曲线的直线段交分角线于点A a 在e lgp压缩试验曲线上找曲率最大点m 1 正常固结土 Casagrande经验法 1936 先期固结压力的确定 A m 35 原位压缩曲线及原位再压缩曲线 e 原状土的原位压缩曲线 直线原状土的原位再压缩曲线 直线客观存在的 无法直接得到 无扰动 无卸载 无扰动 有卸载 问题 如何求取 为什么要校正压缩曲线 压缩曲线校正 36 确定先期固结压力pc 过e0作水平线与pc作用线交于B 由假定 知 B点必然位于原状土的初始压缩曲线上 以0 42e0在压缩曲线上确定C点 由假定 知 C点也位于原状土的初始压缩曲线上 土样取出以后e不变 等于原状土的初始孔隙比e0 因而 e0 Pc 点应位于原状土的初始压缩曲线上 0 42e0时 土样不受到扰动影响 假定 推定 原位压缩曲线的近似推求 通过B C两点的直线即为所求的位压缩曲线 1 正常固结土 压缩曲线校正 降低因取土样扰动而对压缩曲线产生的影响 薛迈特曼法 室内压缩曲线 B C A 37 假定 土取出地面后体积不变 即 e0 P0 在原位再压缩曲线上 再压缩指数Cs为常数 0 42e0处的土与原状土一致 不受扰动影响 推定 确定p0 pc的作用线 过e0作水平线与p0作用线交于D点 过B和C点作直线即为原位压缩