第五章土的压缩性与地基沉降计算综述VIP

1、第五章土的压缩性与地基沉降计算本章主要内容地基最终沉降量计算 D沉降的大小 地基沉降与时间的关系D沉降的过程学习该章内容的目的地基最终沉降量计算地基沉降过大将影响建筑物的正常使用，某些情况 下甚至造成建筑物的破坏，因此须进行沉降计算， 预知工程建成后将产生的最终沉降量，判断地基变 形是否超出允许的范围，以便在建筑物设计时，为 采取相应的工程措施提供科学依据，保证建筑物的 安全.Ji不均匀沉降引起路面的变形工程实例地基的变形是瞬时完成的，地基在建筑物荷 载作用下要经过相当长的时间才能达到最终沉 降量。在工程设计中，除了要知道地基最终沉降量外, 往往还需要知道沉降随时间的变化过程即沉降 与时间的关

2、系。.地基沉降与时间的关系地基最终沉降量计算地基沉降与时间的关系土的压缩性第二节土的压缩性一土的压缩性定义:土体在压力作用下体积缩小的特性土粒的压缩 土的压缩J 土中水的压缩孔隙体积减小工程常见压力水平下可忽略不计土体受压后，粒间联结破坏,土颗粒重新排列.土的 孔隙体积减小二,室内侧限压缩试验L试验设备侧限压缩（固结）变形测结容器:环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等 加压设备：杠杆比例1:10支架加压设备b变形测设备限压缩试乌侧限压缩试验施加垂直荷载，爵置至变形稳定逐级加大荷载测定:P,_各级荷载Pj作用下变形达到稳 定时土样的压缩量AH”换算相 应的孔隙比巧,绘制土样压缩曲线IH

3、I1I1II1 .T7试样II让0注意：土样受荷时，由于受到环刀及护环的限制，只 产生竖向压缩，不产生侧向变形一侧限3.由AHj求ej公式推导已知：试样初始高度儿，试样初始孔隙比,第i级压力Pi作用下, 试样的压缗变形欲求：第i级压力内作用下，变形稳定后土样的孔隙比.假定：受压前后土粒体积不变、土样横截面面积不变。其中 。=1三.压缩曲线与压缩指标根据试验结果，可绘制e-P或eTgP压缩曲线1. e-P曲线及有关君标(1)压缩系数ae-p曲线愈陡，说明土的压缩性愈高。所 以，曲线上任意一点的切线斜率a就表示 了相应于压力作用下土的压缩性.设压力由B增加到P2,孔隙比由%减小到 e2o此时，土的

4、压缗性可由割线由、的 斜率表示：压缩系数：Ac e. -e、a =-P Pi - PtII几点说明：T'斤不同土的压缗系数不同，a越大，土的 压缩性越大b同种土的压缗系数a不是常数，与应力p 有关口通常用如即应力范围为IWIOO kPa的土的类别ai.2 (MPa-i)高压缩性土>0.5中压缩性土0.1-0.5低压缩性土<0.1a .2值对不同土的压缩性进行比较定义:(2)压缩模量Es土在完全侧限的条件下，竖向应力增与竖向应变增量之比As当应力由增至P2时，土样竖向应变n A/ =H、APmillEs越大,则土的压缩性越低E出 HAH80: £ . , Ae/lg

5、( p、，p2. e-lgP曲线及土的压缩指数将试验结果用半对数蓝表示，得到e-lgP曲线特点：压力较大时，e-lgP曲线为育线一鹏/mCc： e-lgP曲线直线段斜率 a值随压力变化而变化，Cc值在压 力较大时保持常数，不随压力变化而变化Cc九土的压缗性力Cc<0. 2 低压缩性土Cc>0. 4 高压缗性土U!:土样在修湛形繇磐鬻皤与竖向应皿之比:现场教苟试验1.现场载荷试验(1)试验装置反力量(2)试验过程逐级加载，测各级荷载下沉降随时间的发展及稳定时的沉降-s,给 制P-S曲线曲线的开始部分往往接近于直线,与直线段终点对应的有号称为地基的1 .压缩系数a,压缩指数压缩模量Es

6、，变形模量E。的定义。2 .土的压缩变形的实质。3 .e-p曲线，e-lgp曲线的特征。4 ,土的压缩性的判别标准5 .公式：C. = Ar"做 P/Pjig plg PiAe e -e, a = - = !-p p2 - Pl第三节地基沉降实用计算方法地基受罚后所产生的竖向位移二是指地基在建筑物等其它荷载作用下,地基变形稳 定后的基础底面的沉降-O2.地基沉降的原因:最终沉降量沉降与时间的关系外因：主要是建筑物荷戴在地基中产生的附加应力。（宏观分析）内因：土的三相组成。（擞观分析）A）地基沉降的外因:通常认为地基土层在自重作 用下压缩已稳定，主要是建筑物荷载在地基中 产生的附加应力

7、.B）内因:王由三相组成，具有碎散性，在附加应力作用下土 层的孔隙发生压缩变形，引起地基沉降.3、计算的目的：在于确定建筑物的最大沉降,沉降差和倾斜，并控制在 容许范围之内，以保证建筑物的安全和正常使用。S<S满足设计要求5>S不满足设计要求分层总和法为了弥不K定 所引起误差，取 基底中心点下的 附加应力进行计 算，以基底中点 的沉降代表基础 的平均沉降在地基沉降的计算深度范围内将 土体划分为若干土层，计算每层 土的压缩量SjySz/Sj/,Sn.然后 累计起来，即为总的地基沉降量S。基本假设地基是均质、各向同性的半无限线性变 形体，可按弹性理论计算土中应力.在压力作用下，地基土不

8、产生侧向变形， 可采用侧限条件下的压缩性指标.一）单一压缩土层的沉降计算在厚度为用的土层上施加连续均匀的荷载Pc，土体产生竖向压缩变形当 ：自再应力P1 ,整力应力P2 （自重应力+附加应力）减小则受压前孔隙比e 压缗稳定后的孔隙比侧限条件时，土样受压前后高度比与孔隙比力, e2之间满足如下关系:H1 外, =- 1+% l + eB则土喔的压缗量一% 一丐S = H-H、=1 Hx 1+与不难证明：S =/. =/.1+/ 与 2土层厚度内的平均附加应力多但藤京思理蹦昼身和法一 第i层土的自重应力平均值% J)+ JPii- 第i层土的自重应力平均值,71与附加应力平均值“，之和把嵌

9、7;+-浸息e”，。，；e-p曲线上对应于Pm, P2i时 的孔隙比，后力 e-p曲线上对应于p”，P21时 的压缩系数与压缗模量。(二)单向压缩分层总和法计算步骤土层性质不同；精度要求 不同性质的土层应分层 地下水位处应作分层面 每层厚度4 £0.46b为基础宽度.绘制基础中心点以下地基中的自重应力与附加应力曲线自重应力应从天然地面算起3.确定沉降讨异深度附加应力随深度增加而逐渐减小，到达某一深度后，附加应力的数值己很小，由它所引起的压缩变形可忽略不计。因此沉降计算到此深度即可,该深度称为沉降计算深度下有软土： <7,=O.I a工A内有基岩时，算至基岩表面4,计算客务层的自

10、重层力平均值几7.由各层的Pw P?i查相应的压缩曲 线得到e；i，e2f "尸飞"由e-p曲线可知，不同压 力区段土的压缩指标不 同，P”，P2,该如何取值？-计算公式应力面积法力作用下的压缗变形及；取微分条段dz,该微分条段内由于附加应力作用产生的土体的压缩量ds为:旺 dz内的竖向压络应变 _第i层的竖向压缩应变（沉降）"二卬二:均一土层内的压缩为该土层内附加应力图形的面积与压缩模量的 比值A, - £ cr.dz - Po J adz，-曲边悌形 1234面积为篇化计算，设想由TH想矩形，便二X形设矩形长为而。，高为Z,则：R = Pttf cK

11、iz O 0 = 8” 平均附加应力系数，由°zm=z/b, n=l/b查表得综上所述，第i层的竖向压缩应变（沉降）.=£&, = £%(a,Z, - as ) Po基底附加压力 ，=i，=iE i沉降计算经验系数为提高计算精度，规踮规定将计算结果乘以沉降计算经验系数已加以 修正,则地基的最终沉降为：n®Z 二逆仔77)沉降计算经验系数AS“一由计算深度向上取摩度为AZ的土层的计算变形值 AZ按基础宽度b查相应表格2,下有软弱土层时，继续向下算3 .简化公式：无相邻荷栽影响，b 在1 50m范围内Zn = b2.5 0.4 In b)4 .计算深

12、度内存在基岩，z取至 基岩表面为止三.与传统的分层总和法相比1 .面积法采用“精确面积”，可砌'分层，简化计算2 .沉降计算深度采用“变形比”的标准，各符合实际3 .引入了修正系数义，综合反应了多种因素影响JP,。压缩曲线计算最终沉土的回产与再压缩棒加载历程：|加载至b点| |卸教|1 .弹曲线与原始压缩曲线不重合一黑不的复的塑性变形2 .再压缩曲线比原始压缩曲线斜率要小得多 一土样经过压缩后，卸荷再压 缩时,其压缩性明显降低3 .再压缩曲线压力值超过卸荷时的压力值时，再压缩曲线与初始压缩曲线重合, AK可恢复的弹性变形二.土的应力历史对土的压缩性影响土体在历史上所承受过的应力情况（包

13、括最大应力等）称为应力历史前期固结压力：土体在固结过程中所受的最大有效应力。土层的前期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响， 用前期固结压力已与现时的士压力P”（一般为自重应力）的比 值OCR（超固结比）描述土层的应力历史，并对土层进行分类L正常固结土 先期固结压力化工现时的土压力外，OCR=12 .超固结土 先期固结压力小>现时的土压力p（）, OCR>I3 .欠固结土 先期固结压力化现时的土压力P。，OCR<1现有地面乙=汕 >=/ZOCR<1 欠固结土施加有教增APOCR>I越固结土?欠 小I深度z处土层的压缩曲线Pc = PL 广OCR=1正常固

14、结土原始压缗曲线正常固结土:书田D u X再压缗曲或趣固结土： b” d 、三.前期固结压力的确定I即曲线上对应于曲线段过渡到直线段某拐弯点的压力值为前期固结压力。 Casagrande 法1 .在e-lgp曲线上，找出 曲率最大点m2 .作水平线ml3 .作m点切线m24 .作ml.m2的角分线m35 .m3与试验曲线的直线下 交于点B6 . B点对应于先期固结压 力PcU!原位压缩曲线的推求t：i尊R .：由室内试验测得的e-lgP曲线经过修正得到的符合现场土 实际压缩性的关系曲线不可避免基本假定：4 土样取出后不回弹，孔隙比保持不变，（5PJ点位于原状 土初始压缗或再压缩曲线上 压缩指数

15、Cc和回弹指数Ce为常数 。电P曲线上的e=0.42e。点不受到扰动影响，未受扰动的原 位压缩曲线也相交于该点不同扰动程度试样的室内压缩曲线L正常固结土原位压缩曲线的推求推求方法»正常固结土先期固结压力上=自重应力P(e0, Po)位于原位压缩曲线上年以0.420在压缗曲线上确定C点自通过双C两点的直线即为所求的原位压缩曲线2.超固结土原位再压缩曲线的推求推求方法A D点(eaPo)代表取土深度处土的应力 状态b运用卡萨格兰镭法求出Qb Po-* Pc相当于再压缩过程。夕过D点作斜率为Ce的直线交叉作用线 于B点，DB为原位再压缗曲线.P> Pc, 土样进入正常固结状态。亍在室

16、内压缩曲线上取e=0. 42e0的C点， 连接BC. BC为原位初始压缩曲线* DBC即为所求的原位再压缩和压缗曲线Ce 回弹指数，为e-lgp曲线上回弹曲线和再压缩曲线的平均斜率五.用原位压缩曲线计算最终沉降与分层总和法区别3 孔隙比由原位压缩曲线查得可考虑土层的应力历史，区分正常固结土、欠固结土和超固结土分别进行计算实验室试验结果第i层土修正后的 原位压缩曲线p0i Poi+APi |gp第i分层的平均附加应力L正常固结土层的沉降计算各层土：先期固结压力pj自重应力防设第偃土的平均应力由Poi增加到Poi+加”孔隙比的改变为:-。电（化“ +） 电P。=电-第i分层的原位压缩指数第i分层的

17、压缩-Ae( Ht,-H,-基础总沉降"H s - V/-I ",第i分层的平均自重应力2 .欠固结土层的沉降计算各层土：先期固结压力Pc自重应力Po沉降自重应力作用下继续固结引起的沉降 新增附加应力作用下固结引起的沉降设第i层土的平均应力由必增加到Pch+3,孔隙比的改变为:-0 1gM产 M卢 Ac, = -Ccfl 1g - - C印 lgPci第1层土修正后的原位压缩曲线实验室试验结果第i分层的压缗H.与-基4出题沉降"H s - V，1 1+，Pc； PoPoi+Ap； IgP第ifiE±的实际有效应力3 .超固结土层的沉降计算分两种情况讨论:

18、Poi+APi<PciPoi+APi>PciPoi+Ap/PciPoL%，超固结阶段*、= -g电PdPaPcLPch +加1,正常固结阶段Ac = -Cr/. Ig3“ +的）第i分层的压缗推定的原位再压缩曲线推定的原位 压缩曲线土层中Poi+APiPci的土层总的沉降，Poi Pci P0i+Ap11gpn土层中 P（）i+APi>Pci 的土层数cei第i层土的原位回弹指数Poi+APi<Pci土体始终处于超固结阶段，孔隙比的变化只沿原位再压缩曲线进行第i分层的压缩s,= q ig 3也儿pe 1+誉走曾票宏土展中Poi+APi<Ps的土层总的沉降9第四节饱和粘性土地基沉降与时地基的变形不是瞬时盛即关系:土的压缩随时间增长的过程碎石土和砂土地基：固结在施工完毕后即能完成饱和粘性土地基：完成固结所需的时间较长在工程设计中，除了要知道地基最终沉降量外，往往还 需要知道沉