土力学及地基基础 第4版 课件 第3章 土的压缩性和地基变形计算

第3章

土的压缩性与地基变形计算

3.1土的压缩性3.2基础最终沉降量计算主要内容教学目标知道土的压缩特性会计算基础的最终沉降量重点土的压缩特性基础最终沉降量计算难点

基础最终沉降量计算3.1土的压缩性

土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性

固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出压缩量的组成

注：在一般压力作用下，土粒和水的压缩量与土的总压缩量相比是很微小的，可以忽略不计。因此，可以认为，土的压缩就是土中孔隙体积的减小。

土的压缩性指标可通过室内试验或原位试验来测定。试验时力求试验条件与土的天然状态及其在外荷载作用下的实际应力条件相适应。3.1.1土的压缩性试验和压缩曲线

1．压缩试验

在一般工程中，常用不允许土样产生侧向变形的室内压缩试验(又称侧限压缩试验或固结压缩试验)来测定土的压缩性指标，其试验虽未能完全符合土的实际工作情况，但操作简便，试验时间短，故有实用价值。

三联固结仪注意：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。或

只要测定土样在各级压力作用下的稳定压缩量，就可算出相应的孔隙比e。2．土的压缩曲线

压缩曲线有两种绘制方式

图2-18土的压缩曲线

a）e-p曲线b）e-lgp曲线

3.1.2土的压缩性指标

1．压缩系数a

压缩性不同的土，其e-p曲线的形状是不一样的。由图2-18可见，密实砂土的e-p曲线比较平缓，而压缩性较大的软黏土的e-p曲线则较陡。曲线越陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减少越显著，因而土的压缩性越高。土的压缩性可用图2-19中割线MlM2的斜率来表示，即《地基规范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性a1-2＜0.1MPa-1低压缩性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中压缩

a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土2．压缩模量Es

土在完全侧限条件下的竖向附加应力与相应的竖向应变的比值

Es

Es=(1+e1)/a

用压缩模量来表示土的压缩性高低

Es<4Mpa高压缩性土4MPa≤Es≤15Mpa中等压缩性土Es>15MPa低压缩性土3．土的变形模量E0

土的变形模量E0是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值，可以由室内侧限压缩试验得到的压缩模量求得，也可通过静载荷试验确定。

地基土的泊松比

3.2基础最终沉降量计算

地基变形的主要外因是建筑物荷载在地基中产生的附加应力，在附加应力作用下土层的孔隙体积发生压缩减小，引起基础沉降。常用的计算基础最终沉降的方法有分层总和法及《地基规范》推荐方法。

3.2.1分层总和法

采用分层总和法计算基础最终沉降量时，通常假定地基土压缩时不发生侧向变形，即采用侧限条件下的压缩指标。为了弥补这样计算得到的变形偏小的缺点，通常取基底中心点下的附加应力进行计算。

将地基变形计算深度范围的土划分为若干个分层(见图2-20)，按侧限条件分别计算各分层的压缩量，其总和即为基础最终沉降量。

具体计算步骤1)计算基底压力及基底附加压力

2)按分层厚度将基底下土层分成若干薄层

3)计算基底中心点下各分层界面处自重应力和附加应力

4)确定地基压缩层深度

5)计算压缩层深度内各分层的自重应力平均值和平均附加应力。6)从e-p曲线上查得与p1i、p2i相对应的孔隙比e1i和e2i

7)计算各分层土在侧限条件下的压缩量

8)计算基础的最终沉降量s(mm)

图2-20地基最终沉降的分层总和法

【例3-1】

试以分层总和法计算图2-21所示柱下方形单独基础的最终沉降量。自地表起各土层的重度为：粉土＝18kN／m3；粉质黏土=19kN/m3，＝19.5kN／m3；黏土＝20kN／m3。分别从粉质黏土层和黏土层中取土样做室内压缩试验，其e-p曲线见图2-22。柱传给基础的轴心荷载标准值F＝2000kN，方形基础底边长为4m。【解析】（1）计算基底压力和基底附加压力

（2）分层，取分层厚度为1m

（3）计算各分层层面处土的自重应力

计算结果见表2-8

（4）计算基底中心点下各分层面处的附加应力

（5）确定压缩层深度z在6m深度处（点6）

不满足要求

在7m深度处

满足要求

压缩层深度z

n为7m

（6）计算压缩层深度内各分层的自重应力平均值和平均附加应力

计算结果见表3-1（7）从e-p曲线上查得与p1i、p2i相对应的孔隙比e1i和e2i

（8）计算各分层土在侧限条件下的压缩量

计算结果见表2-8

（9）计算基础的最终沉降量

例3-1计算结果

点角点下任意深度z/m/kPa/kPa分层hi/mP1i/kPaΔpi/kPap2i/kPae1ie2iΔsi/mm00271280-11.0371241610.9600.85852.011.0461191-21.0561051610.9350.85839.822.065902-31.070761460.9210.86429.733.075623-41.080531330.9120.87320.444.084434-51.089371260.7770.75711.355.094315-61.099271260.7720.7578.566.0104236-71.0109211300.7650.7546.277.0114183.2.2规范法

《地基规范》推荐一种计算基础最终沉降量的方法，其实质是在分层总和法的基础上，