土的壓縮性與地基沉降計(jì)算(513)

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1、第4章土的壓縮性與土力學(xué)教學(xué)課件地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算是土力學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。不少建筑工程事故，包括建筑物傾斜、建筑物嚴(yán)重下沉、墻體開裂、基礎(chǔ)斷裂，等等，都是土的壓縮性高或壓縮性不均勻，引起地基嚴(yán)重沉降或不均勻沉降造成的。地基土承受上部建筑物的荷載，會產(chǎn)生變形，從而引起建筑物基礎(chǔ)沉降。當(dāng)建筑場地土質(zhì)堅(jiān)實(shí)時，地基的沉降較小，對工程正常使用沒有影響。但若地基為軟弱土層且厚薄不均，或上部結(jié)構(gòu)荷載輕重變化懸殊時，基礎(chǔ)將發(fā)生嚴(yán)重的沉降和不均勻沉降，其結(jié)果將使建筑物發(fā)生上述各類事故，影響建筑物的正常使用與安全?！?.1土的壓縮性§4.1.1基本概念§4.1.1

2、基本概念地基土發(fā)生變形的主要因素：其內(nèi)因是土具有壓縮性；其外因主要是建筑物荷載的作用。因此，為計(jì)算地基土的沉降，必須研究土的壓縮性和在上部荷載作用下地基中的應(yīng)力分布情況。TowerofPisa（意大利比薩斜塔）這是舉世聞名的建筑物傾斜的典型實(shí)例。該塔自1173年9月8日動工，至1178年在建至第4層中部，高度約29m時，因塔明顯傾斜而停工。94年后，于1272年復(fù)工，經(jīng)6年時間，建完第7層，高48m，再次停工中斷82年。于1360年再復(fù)工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m。TowerofPisa（意大利比薩斜塔）塔身呈圓筒形，1~6層由優(yōu)質(zhì)大理石砌

3、成，頂部7~8層采用磚和輕石料。1590年伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)建了物理學(xué)上著名的落體定律。斜塔成為世界上最珍貴的歷史文物，吸引無數(shù)世界各地游客。全塔總重約145MN，基礎(chǔ)底面平均壓力約50kPa。地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層。目前塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5°，成為危險(xiǎn)建筑。1990年1月4日被封閉。除加固塔身外，用壓重法和取土法進(jìn)行地基處理。目前已向游人開放?！?.1土的壓縮性1、土的壓縮性大§4.1.1基本概念⑴外因①建筑物荷載作用。（普遍存在的因素）②地下水位下降。相當(dāng)于施加大面積荷載σ=(

4、γ-γ’)h③施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動.④振動影響，產(chǎn)生震沉。⑤溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化⑥浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。2、地基土產(chǎn)生壓縮的原因§4.1土的壓縮性§4.1.1基本概念⑵內(nèi)因土是三相體，土體受外力引起的壓縮包括三部分:①固相礦物本身壓縮，極小，物理學(xué)上有意義，對建筑工程來說無意義；②土中液相水的壓縮，在一般建筑工程荷載σ＝（100～600）kPa作用下，很小，可忽略不計(jì)；③土中孔隙的壓縮，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠出，使土的孔隙減小。2、地基土產(chǎn)生壓縮的原因土體的壓縮變形主要是由于孔隙減小引起的。上述因素中，建筑物荷載作用

5、是主要外因，通過土中孔隙的壓縮的內(nèi)因發(fā)生實(shí)際效果?！?.1土體在外荷載作用下，內(nèi)部孔隙壓縮，擠出土中水與氣體而使土的孔隙減小，產(chǎn)生壓縮變形。土的壓縮變形量隨時間增大，直至穩(wěn)定，是時間的函數(shù)。粘性土與無粘性土的壓縮特點(diǎn)：前者需時長，后者需時短土的固結(jié)－－在壓力作用下土體壓縮量隨時間增長的過程?！?.1.1基本概念§4.1土的壓縮性§4.1土的壓縮性§4.1.1基本概念土的顆粒越粗，孔隙越大，則透水性越大，因而土中水的擠出和土體的壓縮越快；粘土顆粒很細(xì)，則需要很長時間。3、飽和土體壓縮過程粘性土長期受荷載作用下，變形隨時間而緩慢持續(xù)的現(xiàn)象稱為蠕變。這是土的又一特

6、性。飽和土體的孔隙中全部充滿著水，要使孔隙減小，就必須擠出土中的水。故土的壓縮與土孔隙中水的擠出同時發(fā)生。土的顆粒很細(xì)，孔隙更細(xì)，土中的水從很細(xì)的彎彎曲曲的孔隙中擠出需要相當(dāng)長的時間，這個過程稱為土的滲透固結(jié)過程，也是土與其它材料壓縮性相區(qū)別的一大特點(diǎn)。4、蠕變的影響§4.1土的壓縮性§4.1.2土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系⑴單軸壓縮試驗(yàn)①圓鋼試件軸向受拉應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系呈直線關(guān)系。σ=0時,ε=0;σ=σ1時,ε=ε1。卸荷后由原來應(yīng)力路徑回到原點(diǎn)O，即為可逆，如圖（4.3a）所示。鋼材應(yīng)力與應(yīng)變之比值稱為彈性模量E（E＝σ/ε）。2、土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系及測定方法②圓

7、柱土體軸向受壓應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系為非線性,呈曲線,如圖4.3(b)所示。通過曲線上兩點(diǎn)A，B的割線的斜率dσ/dε的比值稱為變形模量E0。(E0＝dσ/dε)§4.1土的壓縮性§4.1.2土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系⑵側(cè)限壓縮試驗(yàn)土樣圓面積為50cm2，厚度為20mm的側(cè)限土體豎直單向受壓，土的孔隙比e減小，土體受壓縮。此時，Δσz/Δεz的比值稱為土的側(cè)限壓縮模量ES。試驗(yàn)結(jié)果如圖4.3(c)所示。2、土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系及測定方法試驗(yàn)前σ＝0，孔隙比為e0，當(dāng)σ加大時，孔隙比減小，呈曲線ab。當(dāng)壓力為σi時，孔隙比減小為ei，卸荷σ至零,曲線為bc，孔隙比增大為ei’,

8、孔隙比并未恢復(fù)到e0。e0-ei’為殘留變形——塑性