土的壓縮性與地基沉降

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1、第二章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算§2－1土的壓縮性一、基本概念土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性土的壓縮變形主要由孔隙的減小所引起。其變形原因：①土顆粒本身的壓縮變形；②土孔隙中的水和空氣的壓縮；③水和空氣從孔隙中被擠出，孔隙本身收縮。（工程所遇壓力100～600kpa,可認(rèn)為土與說(shuō)沒(méi)被壓縮）飽和土的壓縮需要一定時(shí)間才能完成。土的滲流固結(jié)過(guò)程。壓縮時(shí)間與土顆粒大小的關(guān)系。（上海無(wú)線電三十廠大樓）二、有效應(yīng)力原理（太沙基于1923年發(fā)現(xiàn)）根據(jù)試驗(yàn)說(shuō)明有效應(yīng)力原理水鋼球有效應(yīng)力通過(guò)土骨架傳遞，使土體體

2、積發(fā)生變化?？紫端畨毫νㄟ^(guò)孔隙中貫通的水傳遞，不會(huì)使土體的體積發(fā)生變化。A點(diǎn)的孔隙水壓力:A點(diǎn)的豎直總壓力:根據(jù)有效性原理:因此，有效應(yīng)力與地面水深的變化無(wú)關(guān)，水深的變化不會(huì)引起土體變形。有效應(yīng)力的數(shù)值無(wú)法直接量測(cè)，可以通過(guò)孔隙水壓力測(cè)定l三軸剪力試驗(yàn)，孔隙水壓力儀7，根據(jù)有效應(yīng)力公式計(jì)算得到。三、壓縮曲線及壓縮性指標(biāo)1、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線（側(cè)限條件）首先介紹室內(nèi)側(cè)限壓縮儀。根據(jù)不同荷載情況下計(jì)算試樣的孔隙比變化。如圖所示：土樣初始高為H。，孔隙比為e。，在荷載作用下，高度變?yōu)镠。－△H，孔隙比為e。V

3、s=1Vu=e。Vu=eH。HVs=1得：根據(jù)計(jì)算的各級(jí)荷載下的孔隙比e，即可繪制土的壓縮曲線據(jù)圖對(duì)其變形進(jìn)行分析掌握土的變形特點(diǎn)。2、土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)土的壓縮性大，孔隙比變化大，曲線比較陡；土的壓縮性小，孔隙比變化小，曲線比較平緩。在圖中取M1，M2點(diǎn)。壓力增量當(dāng)壓力變化范圍不大時(shí)，可將M1,M2曲線用割線來(lái)代替，其斜率為a稱為壓縮系數(shù)。a越大，土的壓縮性越大。從圖中看出同一試樣的a值并非常數(shù)，而與所取的位置有關(guān)?！兑?guī)范》規(guī)定，取壓力相應(yīng)的這段壓縮系數(shù)作為土的壓縮性的判斷標(biāo)準(zhǔn)。，土的壓縮系數(shù)（M

4、Pa－1）土的壓縮性a1-2<0.1低壓縮性0.1≤a1-2<0.5中壓縮性0.5≤a1-2高壓縮性壓縮指數(shù)：見(jiàn)前圖，其斜率為愈大，其壓縮性愈大，其優(yōu)點(diǎn)是曲線有很大一段直線，為一常數(shù)，并能確定先期固結(jié)壓力。常用于應(yīng)力歷史研究。*先期壓縮過(guò)的土與沒(méi)有壓縮的土有什么區(qū)別？例題2:一厚為20m的粘土地基上建一建筑物，經(jīng)數(shù)年，下沉停止，下沉量為5.5cm，如果基礎(chǔ)的平均壓力為100KPa（施工前孔隙比e。＝1），求該地基的壓縮系數(shù)。解：3、側(cè)限壓縮模量根據(jù)曲線可得到另一個(gè)壓縮性指標(biāo)—側(cè)限壓縮模量Es，其定義：土

5、在完全側(cè)限條件下的豎向受壓應(yīng)力增量與應(yīng)變?cè)隽康谋戎?。?dāng)壓力從增到，相應(yīng)土樣高度從H1減小則到H2，壓縮量Es相似于鋼材的彈性模量（E），但又有本質(zhì)區(qū)別。h1=1+e1；h2=1+e2側(cè)限壓縮模量與壓縮系數(shù)的關(guān)系因?yàn)橛写怪备叨人?、荷載試驗(yàn)及土的變形模量1、荷載試驗(yàn)荷載板面積0.25m2,0.5m2,1.0m2試驗(yàn)時(shí)間4～24小時(shí)三階段（見(jiàn)圖）①開(kāi)始階段（0～a）直線變形階段；②局部剪裂階段（a～b）；③完全破壞階段。2、變形模量定義是無(wú)側(cè)限情況下單軸受壓時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變之比。3、載荷試驗(yàn)結(jié)果荷載----沉降

6、（p--s）曲線沉降----時(shí)間（s--t）曲線（見(jiàn)下圖）臨塑荷載極限荷載4、地基承載力的確定地基承載力特征值fak由載荷試驗(yàn)結(jié)果確定地基承載力特征值的方法：當(dāng)p-s曲線上有比例界限a時(shí)，取該比例界限點(diǎn)a對(duì)應(yīng)的荷載值；當(dāng)極限荷載pu能確定，且pu<2p0時(shí)，取極限荷載的一半，即pu/2；不能按上述兩點(diǎn)時(shí)，當(dāng)壓板面積為0.25—0.50平方米，可取s/d=0.01-0.015所對(duì)應(yīng)的荷載值，但其值不應(yīng)大于加載量的一半。載荷試驗(yàn)于同一土層的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于三處。可取平均值作為fak。fak=(fak1+fak

7、2+fak3)/35、地基土的變形模量E彈性理論沉降計(jì)算公式：集中力作用、彈性半無(wú)限空間、地表任意點(diǎn)沉降。根據(jù)彈性力學(xué)公式求得均布荷載下地基沉降公式:s-----地基沉降量，cm；w----形狀系數(shù)；B----矩形荷載的短邊或圓形荷載的直徑，cm；P----荷載板的壓應(yīng)力，kPa；μ----地基土的泊松比；E----地基土的變形模量，kPa。地基土的變形模量計(jì)算公式：小荷載、p-s曲線線性、實(shí)測(cè)沉降值s，反算E。P0----p-s曲線比例界限a對(duì)應(yīng)的荷載，kPas----相應(yīng)的沉降，cm6、變形模量E與

8、壓縮模量Es的關(guān)系－側(cè)壓力系數(shù)根據(jù)廣義虎克定律§2－2地基中的應(yīng)力分布一、地基自重應(yīng)力自重應(yīng)力：指由于土的自身重量作用而產(chǎn)生的應(yīng)力。計(jì)算自重應(yīng)力時(shí)，假設(shè)天然地面是無(wú)限延伸的，任意豎直面與水平面上無(wú)剪力存在，即無(wú)側(cè)向變形，只有垂直變形。自重應(yīng)力與深度成正比，豎直方向成直線分布，水平方向?yàn)榫鶆蚍植?。不透水層?duì)自重應(yīng)力的影響。地下水對(duì)自重應(yīng)力的影響。天然土層由于自重引起的變形認(rèn)為早已完成，但近期沉淀成堆積的土層，應(yīng)考慮自重作用下土的變形問(wèn)題。例題