《土力学第三章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学第三章.ppt（57页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性:地基沉降:是地基基础设计时的重要验算内容。一、土的变形特性1.基本概念 土的压缩性大 土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体,具有碎散性,其压缩性较连续的介质如钢材、混凝土大得多。即土的变形性能，是土的重要工程性质。过大的沉降及不均匀沉降影响上部结构的正常使用,甚至导致结构的损坏。土的变形特性 压缩性的主要原因 在一般的工程荷载作用下，土中颗粒及孔隙水的变形很小，可以忽略不计。因此，土的压缩性主要是土中孔隙的减小而引起的。饱和粘土的压缩过程 对饱和土，孔隙减小的前提是孔隙水的排出。对粘性土，由于其渗透性很差，故孔隙水的排出不能在短时间内完成，故饱和粘土
2、的变形过程通常持续较长时间才能完成。相应地，饱和粘土地基的沉降过程可持续很长时间。二、侧限条件下土的压缩性二、侧限条件下土的压缩性1.1.侧限条件侧限条件：土在压缩过程中，只能在竖向压缩，而侧向受限不能变形。2.2.侧限压缩性指标侧限压缩性指标 压缩系数标准压缩系数 0.1 0.5低压缩性中压缩性高压缩性 压缩指数 侧限压缩模量Es 土样侧限条件下受压时，应力增量与应变增量之比。侧限压缩模量与压缩系数的关系 推导过程 设土样中土粒的高度为1，压缩前的孔隙比为e1，压缩后的孔隙比为e2。则压缩前土样的高度为1+e1，压缩后的高度为1+e2，土样的压缩量为e1-e2，相应的应变增量为(e1-e2)
3、/(1+e1)，按照定义，压缩模量3.3.土层侧限压缩土层侧限压缩变形量变形量计算计算 设土样压缩前的厚度为h1，则其压缩量可按以下公式计算 或 或4.4.原位测试确定土的原位测试确定土的变形模量变形模量 土样无侧限受压时应力增量与应变增量之比为土的变形模量。（1 1）载荷试验）载荷试验方形板:0.88圆形板:0.79（2 2）旁压试验）旁压试验（3 3）变形模量和压缩模量的关系）变形模量和压缩模量的关系三、地基的最终沉降量三、地基的最终沉降量 地基土层在建筑物荷载作用下产生的变形稳定后地基的下沉量。两种常用计算方法（1）分层总和法（2）建筑地基基础设计规范 （GB500072002）推荐的方
4、法1.分层总和法 计算原理 将地基土层分为若干层，分别计算出其相应的压缩量，累加后得到地基的沉降量。假 设 （1）计算地基应力时，假设地基为均质、等向、弹性半无限体，因此可利用前述方法确定地基中的附加应力。（3）计算地基沉降时，土层只产生竖向变形，无侧向膨胀变形，因此可直接应用压缩系数、压缩模量等指标计算土层变形。（4）因附加应力随深度的增大而减小，故只需按一定深度内土层的压缩量计算地基的沉降，这一深度称为受压层。（2）以基础中心点处的沉降作为基础的沉降。以倾斜方向基础两端点下的沉降计算基础的倾斜。计算方法与步骤 （1）绘制地基土层分布图和基础剖面图。（2）地基土层分层 a.每层厚度不大于0.
5、4b。b.不同土层的交界面应作为分层面。c.地下水位作为分层面。d.基础底面附近附加应力的变化较大，分层 厚度应小一些。（3）计算基础底面接触压力 （4）计算基础底面附加压力 （5）计算各分层面处的自重应力 （6）计算各分层面处的附加应力 （7）确定受压层深度 ，其判断准则是一般土软 土 （8）计算各土层的压缩量 （9）计算地基最终沉降量 例题2 某厂房为框架结构，柱基底面为正方形，边长 l=b=4.0m，基础埋深d=1.0m。上部结构传至基础顶面的荷重P=1440kN。地基为粉质粘土，其天然重度 ，孔隙比 ，地下水位深3.4m，土的饱和重度 。土的压缩系数：地下水位以上 ，地下水位以下 。试
6、计算柱基中点的沉降量。解：（1）绘制地基土层分布图和基础剖面图。（2）地基土分层 分层厚度 地下水位以上的2.4m分两层，各1.2m。第三层在地下水位以下，取为1.6m。第四层因附加应力较小，可取2.0m。（3）计算基础底面接触压力 （4）计算基础底面附加压力 （5）计算自重应力基础底面地下水位处第四层底部（6）计算各分层面处的附加应力 采用角点法，将基础底面分为四个相等的小正方形，其边长l=b=2.0m，附加应力为（7）确定受压层深度在第四层的底部，有故受压层深度 。（8）计算各土层的压缩量 （9）计算柱基最终沉降量 例题3 某厂房为框架结构，柱基底面为正方形，边长 l=b=4.0m，基础埋
7、深d=1.0m。上部结构传至基础顶面的荷重P=1440kN。地基为粉质粘土，其天然重度 ，孔隙比 ，地下水位深3.4m，土的饱和重度 。土的压缩曲线如图所示，计算柱基中点的沉降量。解：（1）（7）同例题2。（8）计算各土层的压缩量 （9）计算柱基最终沉降量本节完 2.建筑地基基础设计规范 （GB500072002）推荐的方法 分层总和法计算结果与实测结果相比：（1）中等强度地基（2）软弱地基（3）坚实地基 建筑地基基础设计规范中，通过引入系数 修正计算结果。计算公式 若地基为均匀土层，可由压缩模量Es直接查表确定 。否则由沉降计算深度范围内Es的当量值 确定。其中Ai为第i 层土附加应力系数沿
8、土层厚度的积分。证 明（1）第i层的压缩量为（2）故（3）（4）地基总沉降（5）修正后 地基沉降计算深度（1）无相邻荷载作用 b为基础宽度，单位是m，适用于130m的范围。（2）存在相邻荷载影响 例题4 某厂房为框架结构，柱基底面为正方形，边长 l=b=4.0m，基础埋深d=1.0m。上部结构传至基础顶面的荷重P=1440kN。地基为粉质粘土，地下水位深3.4m。土的压缩模量:地下水位以上 ，地下水位以下 ，试用“规范法”计算柱基中点的沉降量。解：（1）计算受压层深度（2）计算沉降 如图所示，受压层深度内的土分为两层，且由例题3知 3.相邻荷载对地基沉降的影响 影响因素建于1923年，库内堆料
9、高6m。1939年：烟囱向料库倾斜140cm，料罐倾斜22o30。基础之间的间距；荷载大小；地基土性质；施工顺序等。本节完六、应力历史对地基沉降的影响六、应力历史对地基沉降的影响1.土的回弹曲线和再压缩曲线2.正常固结、超固结、欠固结的概念（1）正常固结土 前期固结压力：土层在历史上所经受的最大固结压力，以 表示。（2）超固结土（3）欠固结土本节完七、地基沉降与时间的关系七、地基沉降与时间的关系1.地基沉降与时间的关系 饱和土的变形：荷 载孔隙水排出变 形土的渗透性、压缩性、排水距离等碎石土和砂土：基本完成。地基沉降在施工期间完成的比例低压缩性粘性土：5080中压缩性粘性土：2050高压缩性粘
10、性土：5202.饱和土的渗流固结（1 1）饱和土的渗流固结饱和土的渗流固结孔隙水排出；孔隙体积减小；由孔隙水承担的压力转移到土骨架，成为有效应力。（2 2）渗流固结的力学模型渗流固结的力学模型3.单向固结理论 单向固结是指土中的孔隙水只沿竖直方向渗流，土体也只在竖向发生压缩。（1 1）单向固结微分方程及其解答单向固结微分方程及其解答 基本假设a.土的排水和压缩只限竖直单向。b.土层均匀，完全饱和。压缩过程中，渗透系数和压缩模量保持不变。c.附加应力一次骤加，且沿深度均匀分布。推导过程设单元体体积为1，则孔隙内的水量变化为由达西定律及故孔隙体积的压缩量因故由得到化简后其中称为土的固结系数。引入初
11、始条件解 得及边界条件 m为奇数正整数。H为土层的最大排水距离，双面排水时取土层厚度的一半，单面排水时取土层总厚度。为时间因子。孔隙水压的分布（2 2）固结度固结度 地基中一点的固结度 地基平均固结度上式可写为 即时间为t时刻的沉降量与最终沉降量之比，并有或若取一项，则有（适用于 ）以上公式适用于双面排水附加应力线性分布的情况。单面排水时，可按查相应的曲线确定4.地基沉降与时间关系计算 例题5 已知某工程地基为饱和粘土层，厚度为8.0m，顶部为薄砂层，底部为不透水基岩。基础中点O下的附加应力：基底处240kPa，基岩顶面为160kPa。粘土地基的孔隙比 ，。渗透系数 。求地基沉降量与时间的关系。解：（1）计算最终沉降量（2）固结系数计算其中（3）时间因子（4）计算附加应力比值（5）列表计算5.地基瞬时沉降和次固结沉降（1 1）地基沉降的组成）地基沉降的组成地基受荷后立即发生的沉降。因孔隙水压消散，有效应力增大而产生的沉降。瞬时沉降 固结沉降 次固结沉降 孔隙水压已完全消散，有效应力不变，因土骨架蠕变而产生的沉降。（2 2）地基瞬时沉降计算）地基瞬时沉降计算泊松比，取0.5弹性模量（3 3）地基次固结沉降计算）地基次固结沉降计算本节完