土力學(xué)第4章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算

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1、第4章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算§4.1概述§4.2土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)§4.3地基沉降計(jì)算§4.4飽和粘性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系4.1概述如果在地基上修建建筑物，地基土內(nèi)各點(diǎn)不僅要承受土體本身的自重應(yīng)力，而且要承擔(dān)由建筑物通過基礎(chǔ)傳遞給地基的荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用，這都將導(dǎo)致地基土體的變形。在附加應(yīng)力作用下，地基土土體變形，從而將引起建筑物沉降。為什么要研究沉降？基礎(chǔ)的沉降量或者各部位的沉降差過大，那么將影響上部建筑物的正常使用，甚至?xí)＜敖ㄖ锏陌踩?。墨西哥某宮殿左部：1709年右部：1622年地基：20多米厚粘土工程實(shí)例問題：沉降2.2米

2、，且左右兩部分存在明顯的沉降差。左側(cè)建筑物于1969年加固Kiss由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸基坑開挖，引起陽臺(tái)裂縫新建筑引起原有建筑物開裂高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除建筑物立面高差過大47m3915019419917587沉降曲線(mm)建筑物過長：長高比7.6:1長高比過大的建筑物因不均勻沉降墻體產(chǎn)生裂縫中部沉降大——“八”字形裂縫土的壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的特性。土的壓縮可以只看做是土中水和氣體從孔隙中被擠出；土顆粒相應(yīng)發(fā)生移動(dòng)，重新排列，靠攏擠緊，土孔隙體積減小飽和土則主要是孔隙水的擠出?；靖拍钔恋膲嚎s變形的快

3、慢與土的滲透性有關(guān)透水性大的飽和無粘性上，完成壓縮變形的過程短；而透水性小的飽和粘性土，壓縮變形穩(wěn)定所需的時(shí)間長。土的固結(jié)：土體在外力作用下，壓縮隨時(shí)間增長的過程。壓縮性試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)方法——壓縮試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試——荷載試驗(yàn)。4.2土的壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)（一）固結(jié)試驗(yàn)及壓縮曲線（1）試驗(yàn)簡(jiǎn)介支架加壓設(shè)備固結(jié)容器變形測(cè)量百分表加壓上蓋試樣透水石護(hù)環(huán)環(huán)刀壓縮容器（2）利用受壓前后土粒體積不變和土樣截面面積不變兩個(gè)條件，可求土樣壓縮穩(wěn)定后孔隙比ei式中e0為土的初始孔隙比，可由土的三個(gè)基本實(shí)驗(yàn)指標(biāo)求得，即根據(jù)固結(jié)試驗(yàn)各級(jí)荷載pi相應(yīng)的穩(wěn)定壓縮量Si，可求得相應(yīng)

4、孔隙比ei1e0固體顆?？紫督毫與相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系曲線，稱為土的壓縮曲線。（3）壓縮曲線（e-p曲線）的繪制兩種繪制方式:a、普通坐標(biāo)繪制b、半對(duì)數(shù)直角坐標(biāo)繪制e-p曲線特征：①曲線初始段較陡，土的壓縮量較大;曲線后段逐漸平緩，土的壓縮量隨之減小②不同的土類，壓縮曲線的形態(tài)有別。密實(shí)砂土的e-p曲線比較平穩(wěn)；軟粘土的e-p曲線較陡，說明土的壓縮性較高。（二）壓縮性指標(biāo)評(píng)價(jià)土體的壓縮性通常有如下指標(biāo)：壓縮系數(shù)壓縮模量體積壓縮系數(shù)壓縮指數(shù)回彈指數(shù)彈性模量（1）土的壓縮系數(shù)α——e-p曲線上任一點(diǎn)處的斜率，當(dāng)壓力變化范圍不大時(shí)，可將M1M2一小

5、段曲線用割線來表示。（4-2）圖5-4由e-p曲線確定壓縮系數(shù)α思考：P1、P2的意義？p1、p2的確定與壓縮性的評(píng)價(jià)工程實(shí)踐中，通常采用壓力間隔p1=100kPa至p2=200kPa時(shí)對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)α1-2來評(píng)價(jià)土的壓縮性。壓縮系數(shù)：01002003000.60.70.80.91.0e?p?ep(kPa)土的類別a1-2(MPa-1)高壓縮性土≥0.5中壓縮性土0.1-0.5低壓縮性土<0.1（2）壓縮模量側(cè)限壓縮模量——簡(jiǎn)稱壓縮模量，為土體在完全側(cè)限條件下，豎向附加應(yīng)力σz與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽俊鳓舲之比。（4-5）特征：壓縮模量Es與壓縮系數(shù)α成反比

6、，Es愈大，α就愈小，土的壓縮性愈低；其單位為kPa或MPa；一般認(rèn)為，當(dāng)Es＜4MPa時(shí)為高壓縮性土；當(dāng)Es＞15MPa時(shí)為低壓縮性土；當(dāng)Es=4～15MPa時(shí)為中壓縮性土。（3）體積壓縮系數(shù)為土體在完全側(cè)限條件下，豎向（體積）應(yīng)變與豎向附加應(yīng)力之比。（4）壓縮指數(shù)如果采用e-lgp曲線，后段接近直線，其斜率cc為：圖5-6由e-lgp曲線確定壓縮系數(shù)cc一般認(rèn)為：cc＜0.2時(shí)，為低壓縮性土；cc=0.2～0.4時(shí)，屬中壓縮性土；cc＞0.4時(shí)，屬高壓縮性土。（5）土的回彈與再壓縮曲線△加壓pi后卸載；△　回彈曲線（虛線bc）；回彈曲線bc并不沿

7、壓縮曲線ab回升，平緩；土卸壓回彈，彈性變形可恢復(fù)，殘余變形不能恢復(fù)；△　再壓縮曲線cdfdf段就像是ab段的延續(xù)；ep(lg)BACD?p原位壓縮曲線沉積過程取樣過程壓縮試驗(yàn)在半對(duì)數(shù)曲線上存在同樣的現(xiàn)象?；貜椫笖?shù)Ce：土體在側(cè)限條件下卸荷或再加荷時(shí)豎向附加壓應(yīng)力與豎向應(yīng)變之比。(6)土的彈性模量彈性模量指土體在無側(cè)限條件下瞬時(shí)壓縮的應(yīng)力應(yīng)變模量。測(cè)定方法：三軸儀4.2.3現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)及變形模量——在淺層土中進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，可得變形模量1.載荷試驗(yàn)（1）試驗(yàn)裝置一般由加荷穩(wěn)壓裝置、反力裝置及觀測(cè)裝置三部分組成。（2）載荷試驗(yàn)p-s曲線不同土類的p-s

8、曲線實(shí)例2.變形模量E0變形模量是指土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。E0的大小值可由載荷試驗(yàn)結(jié)果求得。