第五章土的压缩性与地基沉降.ppt

1、,土的压缩性与地基沉降,土力学地基基础,第五章 土的压缩性和地基沉降,地基的沉降及不均匀沉降,墨西哥城,著名的比萨斜塔,意大利,第五章 土的压缩性和地基沉降,土具有压缩性,荷载作用,地基发生沉降,荷载大小,土的压缩特性,地基厚度,均匀沉降 （沉降量）,不均匀沉降 （沉降差）,影响结构物的安全和正常使用,沉降具有时间效应固结,第五章 土的压缩性和地基沉降,土压缩的原因,固体土颗粒本身被压缩,土空隙中水及封闭气体被压缩,水和气体从孔隙中被挤出,土体在压力作用下体积减小的特性,什么是土的压缩性？,第五章 土的压缩性和地基沉降,水槽,内环,环刀,透水石,试样,传压板,百分表,逐级施加荷载，至变形稳定,

2、测定： 竖向压应力 竖向变形,试验结果：,室内压缩试验与压缩性指标,第五章 土的压缩性和地基沉降,Vve0,Vs1,Vvei,Vs1,土粒体积、横截面在受压前后保持不变,其中,压缩试验结果整理,第五章 土的压缩性和地基沉降,e0,e,p,pi,e-p曲线,e - p曲线,e - lgp曲线,压缩试验结果曲线,ei,100,1000,0.6,0.7,0.8,0.9,e,e-lgp压缩曲线,e-lgp曲线,第五章 土的压缩性和地基沉降,侧限压缩性指标：压缩系数a,p1,p2,e1,e2,M1,M2,e0,e,p,e-p曲线,p,e,（MPa-1）,实际工程中，往往用割线斜率表示,规范用p1100k

3、Pa、 p2200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性,第五章 土的压缩性和地基沉降,e,侧限压缩性指标：压缩指数Cc,e-lgp曲线,第五章 土的压缩性和地基沉降,土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。,侧限压缩模量单位： Mpa， Kpa,侧限压缩性指标：压缩模量Es,第五章 土的压缩性和地基沉降,地基土现场载荷试验图,反力梁,千斤顶,基准梁,荷载板,百分表,1承压板 2千斤顶 3百分表 4平台 5支墩 6堆载,土的压缩性原位测试,第五章 土的压缩性和地基沉降,试验加荷标准： 1）加荷等级应不小于8级，最小加荷量不应小于设计荷载的2倍； 2）每级加荷后，按间隔10、10、

4、10、15、15min，以后为每30min读一次沉降量，沉降量0.1mm/h认为稳定可以加下一次荷载； 3）除第一次，其后每次加荷，对松软土1025kPa，对坚硬土50kPa。凭观测累计荷载下的沉降量s，直到达到以下状况终止加载：,荷载试验pS曲线,o,Pcr,Pu,P,S1,ar,b,c,s,土的压缩性原位测试,第五章 土的压缩性和地基沉降,天然土层应力历史,根据土的先（前）期固结压力pc与现有土层自重应力p1之比，可把天然土层划分为三种固结状态。,正常固结状态,超固结状态,欠固结状态,超固结比：,应力历史对地基沉降的影响,应力历史对地基沉降的影响,曲率半径最小的一点A,过A点作水平线A1,

5、过A点作切线A2,作1A2平分线A3,直线段延长线与A3相交于B,B点对应的有效应力即为先期固结压力,先期固结压力pc的确定,应力历史对地基沉降的影响,考虑应力历史影响的地基最终沉降计算,正常固结土,确定pc,作e0线与pc相交于b点,作e=0.42e0线得c点,应力历史对地基沉降的影响,超固结土,确定pc,确定b1点,过b1作fg平行线，与pc相交于b点,回弹在压缩曲线,确定c点,（1）ppcp1的各分层总沉降量：,（2）ppcp1的各分层总沉降量：,（3）总沉降量：,应力历史对地基沉降的影响,欠固结土,按正常固结土方法求得原始压缩曲线,土自重应力继续固结沉降,地基附加应力引起沉降,不可压缩

6、层,可压缩层,z=p,p,地基表面的竖向变形，称为地基沉降，或基础沉降。,地基沉降计算,最终沉降量S的计算,t时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量。,所用知识：土的压缩性指标+地基应力 计算公式：,（a）假设基底压力为线性分布 ，认为土质是均匀的 （b）采用基础中心点下附加应力为计算依据 （c）不考虑土的侧向变形,最终沉降量S的计算方法分层总和法,基本假定,计算所用知识和公式,地基沉降计算,确定基础沉降计算深度,一般z=0.2c,确定地基分层,1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面 2.每层厚度hi 0.4b,软土z=0.1c（若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止）,计算步骤,地基

7、沉降计算,计算各分层沉降量,根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量,计算基础最终沉降量,计算地基应力,1）计算基底接触应力 2）计算基底附加应力 3）计算地基附加应力,地基沉降计算,建规推荐法的要点 (1)引入平均附加应力系数的概念 (2)引入一个沉降计算经验系数s则修正后的地基沉降量为：,沉降计算经验系数,最终沉降量S的计算方法：建规推荐法,地基沉降计算,有效应力原理,第五章 土的压缩性和地基沉降,一、土中二种应力试验 在直径和高度完全相同的甲、乙两个量筒底部，放置一层松散砂土，其质量与密度完全一样。在甲量筒中放置若干钢球，使松砂承受的压力；在乙量筒中小心缓慢地注水，在

8、砂面以上高度h正好使砂层表面也增加的压力。,现象：甲中砂面下降，砂土发生压缩。乙中砂面并不下降，砂土未发生压缩。,有效应力原理,结论：甲、乙两个量筒中的松砂顶面都作用了相同的压力，但产生两种不同的效果，反映土体中存在两种不同性质的力： 1、由钢球施加的应力，通过砂土的骨架传递的应力（有效应力），能使土层发生压缩变形，从而使土的强度发生变化； 2、由水施加的应力通过孔隙水来传递（孔隙水压力u），不能使土层发生压缩变形。,1）任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和； 2）土的变形是有效应力引起的。,第五章 土的压缩性和地基沉降,土的固结过程中某一时间t的固结沉降量s1与固结稳定的最终沉

9、降量s之比,固结度 Ut？,1）当t=0时， st=0，则Ut=0，即固结完成0%； 2）当固结稳定时， st=s,则Ut=1，即固结基本上达到100%。,固结度的变化范围为01，它表示在某一荷载作用下 经过t时间后土体所能达到的固结程度。,饱和土的渗透固结,饱和土的渗透固结,饱和土的渗透固结过程,（1）压力作用； （2）饱和土体中自由水的逐渐排除； （3）土体孔隙体积逐渐变小； （4）超孔隙水压力逐渐转移到土骨架上，由土粒来承 担，成为有效应力。 即：压力作用、排水、压缩、压力转移。,渗透固结所需时间的长短与土的渗透性和土层厚度有关，土的渗透性愈小、土层愈厚，孔隙水被挤出所需的时间愈长。,渗

10、透固结力学模型,（3）当t很长时，筒中水停止流出，压力完全作用在弹簧上，土体渗流固结结束。,饱和土的渗流固结过程是土中孔隙水压力（超静水压力）消散，逐渐转移为有效压力的过程。,土的骨架,土孔隙中的自由水,土中孔隙,（1）骤然施加压力的瞬间，水来不及排除，压力完全由水承担，弹簧不受力。,（2）经过t时间后，水从活塞小孔排除，活塞下降使弹簧承受一定压力，此时，孔隙水压力逐渐减小，有效应力逐渐增加 。,1,砂,砂,饱和粘土,饱和土的渗透固结,基本假设,1、土的排水和压缩，只限竖直单向。即水平方向不排水，不发生压缩； 2、土层均匀，完全饱和。在压缩过程中，渗透系数k和压缩模量保持不变； 3、附加应力以

11、此骤加，且沿深度z均匀分布。,饱和土的渗透固结,固结系数,初始条件,边界条件,双面排水,饱和土的渗透固结,时间因子：,无量纲,H的确定：,双面排水时，取粘土层厚度的一半。,单面排水时，取粘土层的厚度。,固结度,饱和土的渗透固结,饱和土的渗透固结,固结度与时间因素的关系图,饱和粘性土地基沉降的三个阶段,瞬时沉降：加荷瞬间土孔隙水来不及排除，孔隙体积尚未变化，地基土在荷载作用下仅发生剪切变形时的沉降。采用弹性力学公式计算。,固结沉降：荷载作用下，孔隙水逐渐挤出，孔隙体积相应减小，土体逐渐压密而产生的沉降，采用分层总和法计算。,次固结沉降：是指超静孔隙水压力消散为0，在有效应力基本不变的情况下，随时间继续发生的沉降量。,碎石土、砂土的压缩性小，渗透性大，受力后固结稳定所需的时间短，可认为在施工期间地基沉降已全部或基本完成； 粘土及粉土受力后固结稳定所需的时间很长，一般固结稳定需几年甚至几十年才完成。 低压缩性粘性土，施工期间可认为已完成最终沉降的5080； 中压缩性粘性土，施工期间可认为已完成最终沉降的2050； 高压缩性粘性土，施工期间可认为已完成最终沉降的520。 因此，一般只考