《土力学5土的压缩与固结.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学5土的压缩与固结.pptx（35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、单向压缩量公式单向压缩量公式1.1.概述概述1.11.1基本假定基本假定 土的压缩完全是孔隙减小的结果；土的压缩完全是孔隙减小的结果；侧限状态，仅有竖向变形；侧限状态，仅有竖向变形；均质土，在其厚度范围内，压力均匀分布均质土，在其厚度范围内，压力均匀分布。s s0 0s sc cs se et to os s瞬时沉降瞬时沉降固结沉降固结沉降次固结沉降次固结沉降s s 第1页/共35页单向压缩量公式单向压缩量公式1.21.2公式推导公式推导设土粒体积设土粒体积V Vs s=1,=1,由三相图可得由三相图可得:施加施加压力压力p p前试件中的固体体积前试件中的固体体积V Vs s:e e0 0为土
2、的初始孔隙比，施加为土的初始孔隙比，施加p p后后因此因此各级压力各级压力p p 压缩量压缩量s s 孔隙比孔隙比e ee e p p曲线曲线(压缩曲线压缩曲线)为跟教材一致，改为为跟教材一致，改为h h0 0h h1 1s sp pV Vv ve e0 0V Vv ve eV Vs s1 1V Vs s1 1期间土粒体积和底期间土粒体积和底面积不变面积不变第2页/共35页单向压缩量公式单向压缩量公式1.31.3主固结与固结沉降主固结与固结沉降 在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致土体体积随时间逐渐减小，在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致土体体积随时间逐渐减小，有效应力有效应力逐渐增加，
3、这逐渐增加，这一过程称为主固结。一过程称为主固结。随着时间的增加，随着时间的增加，孔隙水应力逐渐消散，有效应力逐渐增加孔隙水应力逐渐消散，有效应力逐渐增加并最终达到一个稳定并最终达到一个稳定值，此时值，此时孔隙水应力消散为零孔隙水应力消散为零，主固结沉降完成，这一过程所产生的沉降为，主固结沉降完成，这一过程所产生的沉降为(主主)固结沉固结沉降。降。思路思路(5-12)(5-12)(5-3)(5-3)压实原理压实原理p128p128此阶段是地基变形的主要部分。此阶段是地基变形的主要部分。沉降速率取决于沉降速率取决于孔隙水的排出速率。孔隙水的排出速率。第3页/共35页单向压缩量公式单向压缩量公式2
4、.2.单向压缩量公式应用单向压缩量公式应用原位压缩曲线的近似推求原位压缩曲线的近似推求2.12.1正常固结土正常固结土假定假定 土样取出以后土样取出以后e e不变，等于原状土的初始孔隙比不变，等于原状土的初始孔隙比e e0 0，因而，因而，(e e0 0,p pc c)点应位于原状土点应位于原状土的初始压缩曲线上；的初始压缩曲线上；0.420.42e e0 0时，土样不受到扰动影响。时，土样不受到扰动影响。步骤：步骤：1.1.确定前期固结压力确定前期固结压力p pc c2.2.过过e e0 0作水平线与作水平线与p pc c作用线交于作用线交于B B3.3.以以0.420.42e e0 0 在
5、压缩曲线上确定在压缩曲线上确定C C点点4.4.通过通过B B、C C两点的直线即为所求的两点的直线即为所求的 原位压缩曲线原位压缩曲线e elglgp pe e0 00.420.42e e0 0p pc cC CB B第4页/共35页单向压缩量公式单向压缩量公式正常固结土的沉降计算正常固结土的沉降计算 图为某地基第图为某地基第i i分层由室内压缩试分层由室内压缩试验曲线推得的现场压缩曲线。验曲线推得的现场压缩曲线。当第当第i i分层在平均应力增量分层在平均应力增量(即平即平均附加应力均附加应力)D Dp pi i作用下达到完全固结作用下达到完全固结时，其孔隙比的改变量应为时，其孔隙比的改变量
6、应为e e1 1i ip p1 1i iP P1 1i i+D Dp pi ie e2 2i ip pci ci=p p1 1i i第5页/共35页单向压缩量公式单向压缩量公式2.22.2超固结土超固结土假定假定 除正常固结土的假定外，还假定除正常固结土的假定外，还假定再压缩指数再压缩指数C Cs s为常数；为常数；步骤：步骤：1.1.确定确定p p1 1，p pc c的作用线；的作用线；2.2.过过e e0 0作水平线与作水平线与p p1 1作用线交于作用线交于D D点；点；3.3.过过D D点作斜率为点作斜率为C Cs s的直线，与的直线，与p pc c作用线交于作用线交于B B点，点，D
7、BDB为原位再压缩曲线；为原位再压缩曲线；4.4.过过0.420.42e e0 0 作水平线与作水平线与e e-lg-lgp p曲线交于点曲线交于点C C；5.5.过过B B和和C C点作直线即为原位压缩压缩曲线。点作直线即为原位压缩压缩曲线。e elglgp pe e0 00.420.42e e0 0p pc cC CB Bp p1 1D D第6页/共35页单向压缩量公式单向压缩量公式超固结土的沉降计算超固结土的沉降计算 对于对于p p1 1+D Dp pi i p pcici情况情况 第第i i分层的土层在分层的土层在D Dp pi i作用下，孔作用下，孔隙比将先沿着现场再压缩曲线隙比将先
8、沿着现场再压缩曲线D D D D减减小了小了D De e i i，再沿着现场压缩曲线，再沿着现场压缩曲线DCDC减减小小D De e i i孔隙比的总改变量为孔隙比的总改变量为e e1 1i ie e2 2i ip p1 1i ip p1 1i i+D Dp pi ip p1 1i i第7页/共35页单向压缩量公式单向压缩量公式 对于对于p p1 1+D Dp pi i p pcici情况情况 第第i i分层的土层在分层的土层在D Dp pi i作用下，孔作用下，孔隙比的改变将只沿着现场再压缩曲隙比的改变将只沿着现场再压缩曲线线D D D D减小，改变量为减小，改变量为e e2 2i ip p
9、1 1i ie e1 1i iP P1 1i i+D Dp pi ip p1 1i i第8页/共35页单向压缩量公式单向压缩量公式2.32.3欠固结土的沉降计算欠固结土的沉降计算 欠固结土的沉降不仅仅包括地欠固结土的沉降不仅仅包括地基受附加应力所引起沉降，而且还基受附加应力所引起沉降，而且还包括地基土在自重作用下尚未固结包括地基土在自重作用下尚未固结的那部分沉降。的那部分沉降。由土的自重应力继续固结引起由土的自重应力继续固结引起的孔隙比改变和新增固结应力的孔隙比改变和新增固结应力(即附即附加应力加应力)所引起的孔隙比改变之和为所引起的孔隙比改变之和为e e1 1i ie e2 2i ip p1
10、 1i iP P1 1i i+D Dp pi i第9页/共35页地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算3.3.分层总和法分层总和法基本假定和基本原理基本假定和基本原理 基底压力为线性分布基底压力为线性分布 附加应力用弹性理论计算附加应力用弹性理论计算 只发生只发生单向沉降单向沉降：侧限应力状态：侧限应力状态 只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降 将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和：将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和：第10页/共35页地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算3.13.1地基最终沉降计算的地基最
11、终沉降计算的e-pe-p曲线法曲线法计算步骤计算步骤(1)(1)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(2)(2)基底附加压力基底附加压力p p0 0(3)(3)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布 z z从基底算起；从基底算起；z z是由基底附加压力是由基底附加压力p p0 0引起的引起的d d地面地面基底g g0 0自重应力自重应力附加应力附加应力第11页/共35页地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算(4)(4)确定计算深度确定计算深度z zn n一般土层：一般土层：z z=0.2=0.2 szsz；软粘土层：软粘土层：z z=0.1=0.1 szsz；基岩或不可
12、压缩土层基岩或不可压缩土层(5)(5)地基分层地基分层h hi i，计算地基中的附加应力，确定压缩层厚度。，计算地基中的附加应力，确定压缩层厚度。不同土层界面；不同土层界面；地下水位线；地下水位线；每层厚度不宜每层厚度不宜0.4b0.4b或或12m12m；z z 变化明显的土层，适当取小。变化明显的土层，适当取小。d d地面地面基底g g0 0沉降计算深度沉降计算深度第12页/共35页地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算(6)(6)计算每层沉降量计算每层沉降量S Si i(7)(7)各层沉降量叠加各层沉降量叠加 S Si i zi zi z z(i i-1)-1)H Hi iA Ai i zi
13、 zi z z(i i-1)-1)p0z zi i-1-1z zi i第13页/共35页地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算说明一说明一 计算部位为计算部位为基础中心点基础中心点O O下下土柱所受附加应力土柱所受附加应力 z z进行计算，进行计算，导致导致计算结果偏大计算结果偏大；地基土的变形条件为地基土的变形条件为侧限条件，导致计算结果偏小，侧限条件，导致计算结果偏小，两者在一定程度上相互抵两者在一定程度上相互抵消，但精确误差难以估计消，但精确误差难以估计；计算深度因附加应力扩散随深度而减少，计算到某一深度计算深度因附加应力扩散随深度而减少，计算到某一深度(受压层受压层)即可。即可。坚硬地基
14、，分层总和法计算的沉降量比实测值显著偏大坚硬地基，分层总和法计算的沉降量比实测值显著偏大 软弱地基，计算值比实测值显著偏小软弱地基，计算值比实测值显著偏小第14页/共35页地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算说明二说明二 分层总和法基本假定分层总和法基本假定较多，较多，理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。和法是一个半经验性方法。优点：优点：可计算多层地基；可计算多层地基；可计算不同形状基础、不同分布的基底压力；可计算不同形状基础、不同分布的基底压力；参数的试验测定方法简单；参数的试验测定方法简单；已经积累了几十年应用的
15、经验，适当修正。已经积累了几十年应用的经验，适当修正。精度：精度：相差比较大相差比较大第15页/共35页地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算说明三说明三 分层的目的是为了解决地基的成层性和非均质性所带来的计算上的困难。分层的目的是为了解决地基的成层性和非均质性所带来的计算上的困难。分层总和法以均质弹性半空间的应力来计算非均质地基的变形的做法、在理论分层总和法以均质弹性半空间的应力来计算非均质地基的变形的做法、在理论上显然不协调，其所引起的计算误差也还没有得到理论和实验的充分验证。上显然不协调，其所引起的计算误差也还没有得到理论和实验的充分验证。分层总和法最适用于土体的单向压缩变形计算，通常粗略
16、地把单向压缩分层总分层总和法最适用于土体的单向压缩变形计算，通常粗略地把单向压缩分层总和法的计算结果看成是地基最终沉降，而不考虑地基瞬时沉降。和法的计算结果看成是地基最终沉降，而不考虑地基瞬时沉降。第16页/共35页地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算3.23.2地基最终沉降计算地基最终沉降计算e-lgpe-lgp曲线法曲线法步骤步骤 选择沉降计算断面和计算点，确定基底压力选择沉降计算断面和计算点，确定基底压力 将地基分层将地基分层 计算地基中各分层面的自重应力及土层平均自重应力计算地基中各分层面的自重应力及土层平均自重应力 计算地基中各分层面的竖向附加应力及土层平均附加应力计算地基中各分层面
17、的竖向附加应力及土层平均附加应力 用卡萨格兰德的方法，根据室内压缩曲线确定前期固结压力；判定土层是属于用卡萨格兰德的方法，根据室内压缩曲线确定前期固结压力；判定土层是属于正常固结土、超固结土或欠固结土；推求现场压缩曲线正常固结土、超固结土或欠固结土；推求现场压缩曲线 对正常固结土、超固结土和欠固结土分别用不同的方法求各分层的压缩量，然对正常固结土、超固结土和欠固结土分别用不同的方法求各分层的压缩量，然后，将各分层的压缩量累加得总沉降量。后，将各分层的压缩量累加得总沉降量。第17页/共35页次固结沉降次固结沉降4.4.次固结沉降次固结沉降 土体在主固结成将完成之后土体在主固结成将完成之后有效应力
18、不变有效应力不变的情况下还会随时间的增长进一步产生沉的情况下还会随时间的增长进一步产生沉降，称为次固结沉降。降，称为次固结沉降。次固结沉降对某些土如软粘土是比较重要的，对于坚硬土或超固结土，这一分量次固结沉降对某些土如软粘土是比较重要的，对于坚硬土或超固结土，这一分量相对较小。相对较小。土的流变性土的流变性 土体的流变性以多种现象表现出来，其中，蠕变土体的流变性以多种现象表现出来，其中，蠕变(现象现象)是最常遇到的现象，即在是最常遇到的现象，即在恒恒定荷载定荷载(应力应力)作用下，土体的变形随时间增长而增加的现象。次固结即是土体的体积蠕作用下，土体的变形随时间增长而增加的现象。次固结即是土体的
19、体积蠕变。变。注意：此阶段有效应力不变注意：此阶段有效应力不变第18页/共35页次固结沉降次固结沉降 许多室内试验和现场量测的结果都表明，次固结变形的大小与时间的关系在许多室内试验和现场量测的结果都表明，次固结变形的大小与时间的关系在半对半对数数纸上接近于直线，发生在主固结完成之后。试验曲线反弯点的切线与下部直线段延纸上接近于直线，发生在主固结完成之后。试验曲线反弯点的切线与下部直线段延长线的交点长线的交点(e e1 1，t t1 1)即代表试样即代表试样固结度达固结度达100100的点。该点以下所发生的变形即次固结变的点。该点以下所发生的变形即次固结变形。形。斜率反映土的次固结变形斜率反映土
20、的次固结变形速率，称为土的次固结指速率，称为土的次固结指数。数。2 2第19页/共35页算例算例【例例】某框架结构厂房，柱基底面尺寸为某框架结构厂房，柱基底面尺寸为l l b b=4.0m=4.0m，基础埋置深度，基础埋置深度d d=1.0m=1.0m。上部结构。上部结构传至基础顶面荷重传至基础顶面荷重P P=1440kN=1440kN。地基为粉质粘土，土的天然重度。地基为粉质粘土，土的天然重度g g=16.0k/Nm=16.0k/Nm3 3，天然孔隙，天然孔隙比比e e=0.97=0.97。地下水位深。地下水位深3.4m3.4m，地下水位以下土的饱和重度，地下水位以下土的饱和重度g gsat
21、sat=18.2kN/m=18.2kN/m3 3。土的压缩系土的压缩系数：地下水位以上数：地下水位以上a a1 1=0.30MPa=0.30MPa-1-1，地下水位以下，地下水位以下a a2 2=0.25MPa=0.25MPa-1-1,计算柱基中点的沉降量。计算柱基中点的沉降量。第20页/共35页算例算例【解解】1.1.计算地基土的自重应力计算地基土的自重应力 基础底面处基础底面处 地下水位处地下水位处 地面下地面下7m7m处处2.2.基底压力基底压力3.3.基底附加压力基底附加压力第21页/共35页算例算例4.4.地基沉降计算分层：地基沉降计算分层：计算分层的厚度计算分层的厚度h hi i
22、0.40.4b b=1.6m=1.6m。地下水位以上分两层，各。地下水位以上分两层，各1.2m1.2m；第三层第三层1.6m1.6m；第四层因附加应力很小，可取；第四层因附加应力很小，可取2.0m2.0m。5.5.地基附加应力：地基附加应力：基础底面为正方形，用角点法计算，分成相等的基础底面为正方形，用角点法计算，分成相等的4 4小块，小块，l l=b b=2.0m=2.0m，查表查表4-24-2z zm=lm=l/b bn=z/bn=z/b应力系数应力系数应力系数应力系数K Ks s附加应力附加应力附加应力附加应力s sz z=4 4K Ks sp p0 00 01.01.00 00.250
23、00.250094.094.01.21.21.01.00.60.60.22290.222984.084.02.42.41.01.01.21.20.15160.151657.057.04.04.01.01.02.02.00.08400.084031.631.66.06.01.01.03.03.00.04470.044716.816.8第22页/共35页算例算例6.6.地基受压层深度地基受压层深度z zn n：故取故取z zn n=6m=6m。7.7.地基沉降计算：地基沉降计算：8.8.总沉降量：总沉降量：土层土层土层土层厚度厚度厚度厚度h hi i/m/m压缩系数压缩系数压缩系数压缩系数a ai
24、 i/MPa/MPa-1-1孔隙比孔隙比孔隙比孔隙比e ei i平均附加应力平均附加应力平均附加应力平均附加应力s s s sz z/kPa/kPa沉降量沉降量沉降量沉降量S Si i/mm/mm1 11.201.200.300.300.970.970.50.5 (94+84)=89.0(94+84)=89.016.316.32 21.201.200.300.300.970.970.50.5 (84+57)=70.5(84+57)=70.512.912.93 31.601.600.250.250.970.970.50.5 (57+31.6)=44.3(57+31.6)=44.39.09.04
25、42.002.000.250.250.970.970.50.5 (31.6+16.8)=24.2(31.6+16.8)=24.26.16.1第23页/共35页算例算例 【例例】某厂房为框架结构，柱基底面尺寸为某厂房为框架结构，柱基底面尺寸为l l b b=4.0m=4.0m，基础埋置深度，基础埋置深度d d=1.0m=1.0m。上部结。上部结构传至基础顶面荷重构传至基础顶面荷重P P=1440kN=1440kN。地基为粉质粘土，土的天然重度。地基为粉质粘土，土的天然重度g g=16.0k/Nm=16.0k/Nm3 3，天然孔，天然孔隙比隙比e e=0.97=0.97。地下水位深。地下水位深3.
26、4m3.4m，地下水位以下土的饱和重度，地下水位以下土的饱和重度g gsatsat=18.2kN/m=18.2kN/m3 3。土的压缩土的压缩试验试验e e-p p曲线如图曲线如图,计算柱基中点的沉降量。计算柱基中点的沉降量。第24页/共35页算例算例【解解】1-61-6同上题，即同上题，即1.1.计算地基土的自重应力计算地基土的自重应力2.2.基底压力基底压力3.3.基底附加压力基底附加压力4.4.地基沉降计算分层地基沉降计算分层5.5.地基附加应力地基附加应力6.6.地基受压层深度地基受压层深度z zn n7.7.沉降计算：沉降计算：第25页/共35页算例算例7.7.沉降计算：沉降计算：由
27、各层土的由各层土的平均自重应力平均自重应力查出相应的孔隙比查出相应的孔隙比e e1 1，由各层土的，由各层土的平均自重应力和平均附平均自重应力和平均附加应力之和加应力之和查出相应的孔隙比查出相应的孔隙比e e2 2，按上式计算各层沉降量，按上式计算各层沉降量8.8.总沉降量：总沉降量：土层土层土层土层厚度厚度厚度厚度h hi i/m/m平均自平均自平均自平均自重应力重应力重应力重应力s s s sci ci/kPa/kPa平均附平均附平均附平均附加应力加应力加应力加应力s s s szi zi/kPa/kPaP Pi,i,2 2/kPa/kPae ei,1i,1e ei,2i,2(e ei,1
28、i,1-e ei,2i,2)/(1+)/(1+e ei,1i,1)沉降量沉降量沉降量沉降量S Si i/mm/mm1 11.201.2025.625.689.089.0114.6114.60.9700.9700.9370.9370.01680.016820.1620.162 21.201.2044.844.870.570.5115.3115.30.9600.9600.9360.9360.01220.012214.6414.643 31.601.6061.061.044.344.3105.3105.30.9540.9540.9400.9400.007160.0071611.4611.464 42
29、.002.0075.775.724.224.299.999.90.9480.9480.9410.9410.003590.003597.187.18第26页/共35页算例算例【例例】有一仓库面积为有一仓库面积为12.512.5m，堆荷为，堆荷为100kPa，地基剖面，地基剖面见图。从粘土层见图。从粘土层中心部位中心部位取样做室内压缩试验得到压缩曲线如取样做室内压缩试验得到压缩曲线如图所示。土样的初始孔隙比图所示。土样的初始孔隙比e0=0.67。试用。试用e-lgp曲线求仓库中心曲线求仓库中心处的沉降量处的沉降量(砂土压缩量不计砂土压缩量不计)。第27页/共35页算例算例【解解】:1.1.确定沉降
30、计算点及基底压力：沉降计算点为基础中心点，基底压力为确定沉降计算点及基底压力：沉降计算点为基础中心点，基底压力为2.2.地基分层：砂土层及粘土层下的基岩的沉降量不计，故只需将粘土分层。取地基分层：砂土层及粘土层下的基岩的沉降量不计，故只需将粘土分层。取3.3.计算自重应力并绘分布曲线。计算自重应力并绘分布曲线。粘土层顶面的自重应力为粘土层顶面的自重应力为 粘土层中心处的自重应力为粘土层中心处的自重应力为 粘土层底面的自重应力为粘土层底面的自重应力为第28页/共35页算例算例则两粘土层的平均自重应力分别为则两粘土层的平均自重应力分别为9090，140kPa140kPa。自重应力分布如图所示。自重
31、应力分布如图所示。4.4.求地基中的附加应力并绘分布曲线。求地基中的附加应力并绘分布曲线。粘土层中各分层的附加应力粘土层中各分层的附加应力 zizi，并标在图上。由此得，并标在图上。由此得第29页/共35页算例算例5.5.确定前期固结压力，推求现场压缩曲线。确定前期固结压力，推求现场压缩曲线。画出室内压缩曲线如图所示，用卡萨格兰德的方法得到粘土层的前期固结压力画出室内压缩曲线如图所示，用卡萨格兰德的方法得到粘土层的前期固结压力p pc c=115kPa=115kPa。步骤。步骤3 3中已求得粘土层中心处的自重应力中已求得粘土层中心处的自重应力p p0 0=115kPa=115kPa。可见。可见
32、p pc c=p p0 0，所以该粘土层为正常固结土。所以该粘土层为正常固结土。第30页/共35页算例算例由由e e0 0与前期固结压力得交点与前期固结压力得交点D D，D D点即为现场压缩曲线的起点；再由点即为现场压缩曲线的起点；再由0.420.42e e0 0(=0.2814)(=0.2814)在室在室内压缩曲线上得交点内压缩曲线上得交点C C，作，作D D点和点和C C点的连线，即为要求的现场压缩曲线，如图所示。点的连线，即为要求的现场压缩曲线，如图所示。从压缩曲线上可读得从压缩曲线上可读得C C点的横坐标为点的横坐标为630kPa630kPa，所以现场压缩指数为所以现场压缩指数为 第3
33、1页/共35页算例算例6.6.计算沉降量。试样是从粘土层中心取出并测得其计算沉降量。试样是从粘土层中心取出并测得其e e0 0=0.67=0.67，因而第，因而第1 1分层的分层的e e0 0应大于应大于0.670.67，第二分层的，第二分层的e e0 0应小于应小于0.670.67。第。第1 1，2 2分层的初始孔隙比可用下式求得分层的初始孔隙比可用下式求得式中，式中，e e0 0和和p p0 0为已知点的初始孔隙比和自重应力，为已知点的初始孔隙比和自重应力，e e0i0i和和p p0i0i为某分层为某分层(中心点中心点)的初始孔的初始孔隙比和自重应力。隙比和自重应力。用此式可求得粘土层中第用此式可求得粘土层中第1 1，2 2分层的初始孔隙比分别为：分层的初始孔隙比分别为：第32页/共35页算例算例则，有则，有第33页/共35页小结公共信箱：公共信箱： 密码：密码：tlx000tlx000第34页/共35页感谢您的观看。第35页/共35页