土的压缩性和地基沉降计算

1、 第五章土的压缩性和地基沉阵计算 5. 1 基本概念 5.2 土的压缩性试验及指标 5. 3 地基沉降实用计算方法 5.4 地基沉降与时间的关系 5. 1 基本概念 _、土的压缩，性 二、地基沉降 一、土的压缩性 -1. 土的压缩性：土在压力用正体积缩小的现象称为土 的压缩，性。它反映土中应力与土压缩变形间的变化关系。 土体产生体积缩小的原因： (1) 固体颗粒的压缩： (2) 孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解； (3) 孔隙水和孔隙气体的排出。 对一般的工程问题，土体的应力水平多在数百kPii以下，在 这样的应力作用下，土粒和土中水的压缩量与土体的压缩总 量之比是很微小的，可以忽略不计

2、；很少量封闭的土中气被 压缩，也可忽略不计，因此，土的压缩性是土中孔隙减小的 结果，土体积的变化量就等于其中孔隙的减小量。 实质上，土的压缩性(变形)反映的是孔隙比c随着作用其上 的压应力增加而逐渐减少的规律。 2.固结：孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。因 此土的压缩亦要经过一段时间才能完成。我们把这一与时间 有关的压缩过程称:为固结，或称土的压密。 土的压缩性高低，常用压缩性指标定量表示。压缩性指标， 通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样，进行室内压缩 试验测定。 土的压缩性是土的重要工程特性之一。研究压缩性的一个重 要目的是计算地基的沉降。 计算地基沉降时，必须取得土的压缩性指标

3、，无论采用室内 试验或原位测试来测定它们，应当力求试验条件与土的天然 状态及其在外荷作用下的实际应力条件相适应。 二、地基沉降 建筑物作为外界荷载作用在地基上，使地基产生 附加应力，而其致使地基土出现压缩变形，通常 将建筑物基础随之产生的竖向位移称为沉降。 建筑物安全和正常使用要求：基础的沉降量在允 许范围内。若沉降或不均匀沉降过大，会造成建 筑物某部分开裂、扭曲、倾斜甚至坍塌。 沉降量大小与地基土的压缩变形量有关: :土中应力状态（即与外荷载有关） 2内因：土的压缩性（即土的变形特性） 地基的沉降及不均匀沉降 （墨西哥城） 5.2 土的压缩性试验及指标 、室内固结试验（简单、常用） 压缩系数

4、a 二、现场荷载试验（复杂、重要工程釆用） 变形模量E。 、室内固结试验（亦称为侧限压缩试验） 1.试验方法 -2.压缩系数a -3.压缩模量Es 1. 试验方法 试验仪器：压缩仪 试验室测定土的压缩性的主要装置为压缩仪 （亦称为固结仪）。在这种仪器中进行试验，由于 试样不可能产生侧向变形，只有竖向压缩。于是，我 们把这种条件下的压缩试验称为单向压缩试验或侧限 压缩试验。土的压缩是由于孔隙体积的减小，所以土 的变形常用孔隙比表示。 1 侧限压缩试验 1 水横I 2 护环 3 坚固圈, 4 环刀I 5 透水石） 6 加压上盖 7 量表野杆$ 8 量表架 压缩仪的压缩容器 (2)试验方法：侧限压缩

5、试验 加载等级：p=50, 100, 200, 300, 400kPa 要求：每一级荷载恒压24h或压缩量0.01mm/h, 认为稳定，并测总压缩量 ZkH-P关系9 e-P关系 计算在不同等级荷载下e值，即可绘出e-P关系曲线 (即压缩曲线：各级压力P与其相应稳定孔隙比e 的关系曲线) 孔隙比e的推导 弓=勺一 #（1+勺） = C（l+w0） pw 试验结果（土的压缩曲线） r （1）压缩系数a： a de / d/; P2-P =tan/7 = 2. 压缩系数a 为曲线上任一点的切线斜 率。可表示为：式中负号表示 随着压力的增加，g逐渐减少。 压缩性不同的土，其压缩曲线 的形状是不一样的

6、。曲线愈陡, 说明随着压力的增加，土孔隙 比的减小愈显著，因而土的压 缩性愈高。 1. oo O80 O. 70 FL I O. 60 l 0 100200300400 0(kPa 412=312）/（卩21） 说明： （1）a值越大，土的压缩性越高； （2）a不是常数，与Pl、P2数值有关。 *为了便于比较，通常釆用 压力段由PlOOkPa增加到 P2=200kPa时的压缩系数 a2来评定土的压缩性。 0.1 低压缩性 中压缩性 (2) 土的压缩指数Cc 将孔隙比e和垂直压力的对数绘制成clgP关 系曲线，这条曲线称为初始固结线。可发现曲线 可分为两部分，前一段较平缓，后一段基本为斜 直线，

7、其斜率称为压缩指数。 q = !一= Z/log(p2/ pj logp2-log/?, 1OO1ooo ZCkPa) 说明：（1） Cf值越大，土的压缩性越高; （2）压力较大部分，elgP关系曲线呈直线。 故此时Cc为常数，不随P数值变化; （3） Cc04为高压缩性。 3. 压缩模量Es 土在完全侧限条件下的竖向附加压应力增量与相应的应 变增竝之比值（MPa）,即为压缩模量（亦称为侧限压 缩模量）。可根据下式计算: _ _ 1 + 2 =Z777777 = a 说明： (1) Es反应土体抵抗压缩变形的能力；Es值越大，土 的压缩性越小； (2) Es和压缩系数a成反比例关系； (3)

8、Es不是常数，故取Pl=100kPa增加到P2=200kPa 时的Es (1-2)； Es 20MPa为低压缩性；Es V 4MPa为 高压缩性，Es二420MPa为中等压缩性。 土的回弹再压缩曲线 迴滞坏 回弹曲找 初始压缩脚线 再斥缩曲线 弹性变形部分來自土颗 粒和孔隙水的弹性变形、封 闭气体的压缩和溶解，以及 薄膜水的变形造成的变形。 塑性变形部分来自颗粒 相互位移、土颗粒被压碎、 孔隙水和孔隙气体被排出等 造成的变形。 土体变形机理非常复杂 ,土体不是理想的弹塑性体 ,而是具有弹性、粘性、塑 性的自然历史的产物。 曲线特征 (1)卸荷时，试样不是沿初始压缩曲线，而是沿曲线be回弹, 可

9、见土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性 变形两部份组成。 (2) 回弹曲线和再压缩曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性 体的又一表征； (3) 回弹曲线和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。 (4) 当再加荷时的压力超过b点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲 线的延长线。 说明： 初始压缩曲线 再用缩曲线 迴滞环 回弹曲线 1 土的卸荷回弹曲线 不与原压缩曲线重合, 说明土不是完全弹性 体，其中有一部分为 不能恢复的塑性变形; 2 土的再压缩曲线比 原压缩曲线斜率要小 得多，说明土经过压 缩后，卸荷再压缩时, 其压缩性明显降低。 土的应力历史对土的压缩性的影响 土的应力历史： 先期固结压力化: 讨论：对试样施加压力时，压缩曲线形状 pp.正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大 土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性