土力學(xué)-土的壓縮性與地基沉降計(jì)算

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1、第3章土的壓縮性與土力學(xué)教學(xué)課件地基沉降計(jì)算本章研究土的壓縮性與地基沉降計(jì)算，這部分內(nèi)容為土力學(xué)的重點(diǎn)。因?yàn)椴簧俳ㄖこ淌鹿?，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。客觀地分析：地基土層承受上部建筑物的荷載，必然會(huì)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(shí)，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(shí)，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。分析地基土層發(fā)生變形

2、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；同時(shí)研究在上部荷載作用下，地基中的應(yīng)力分布情況?！?.1土的變形特性1、土的壓縮性大§3.1.1　基本概念⑴外因①建筑物荷載作用。這是普遍存在的因素。②地下水位大幅度下降。相當(dāng)于施加大面積荷載σ=(γ-γ’)h③施工影響，基槽持力層土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng).④振動(dòng)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§3.1土的變形特性§3.1.1　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

3、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，建筑物荷載作用是主要外因，通過土中孔隙的壓縮這一內(nèi)因發(fā)生實(shí)際效果?！?.1土的變形特性§3.1.1　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(shí)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(shí)間而緩慢持續(xù)的現(xiàn)象稱

4、為蠕變。這是土的又一特性。飽和土體的孔隙中全部充滿著水，要使孔隙減小，就必須使土中的水被擠出。亦即土的壓縮與土孔隙中水的擠出，是同時(shí)發(fā)生的。由于土的顆粒很細(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(shí)間，這個(gè)過程稱為土的滲流固結(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§3.1土的變形特性§3.1.2土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系⑴應(yīng)力的基本概念①土體中任一點(diǎn)中的應(yīng)力狀態(tài)，可根據(jù)所選定的直角坐標(biāo)ox,oy,oz,用σx,σy,σz和三對剪應(yīng)力τxy=τyx,τyz=τzy,τzx=τxz，一共六個(gè)應(yīng)力分量來表示。1、土體中的應(yīng)力§3.1土的變

5、形特性§3.1.2土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系⑴應(yīng)力的基本概念1、土體中的應(yīng)力②法向應(yīng)力的正負(fù)③剪應(yīng)力的正負(fù)§3.1土的變形特性§3.1.2土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系⑵材料的性質(zhì)1、土體中的應(yīng)力①材料力學(xué)研究理想的均勻連續(xù)材料②土力學(xué)研究非均勻連續(xù)材料，土由固體、液體、氣體三相組成的粒狀材料。嚴(yán)格地說，土力學(xué)不能應(yīng)用材料力學(xué)中的應(yīng)力概念。但從工程角度看，土的顆粒很微小，通常比土樣尺寸小很多。例如，粉粒的粒徑范圍d=(0.05～0.005)mm,壓縮試驗(yàn)土樣ф≈80mm,d≈(1/1600～1/16000)ф。因此，工程上可以采用材料力學(xué)的應(yīng)力概念。σcz=γz(kPa）　(3.1)§

6、3.1土的變形特性§3.1.2土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系⑶水平土層中的自重應(yīng)力——設(shè)地面為無限廣闊的水平面，土層均勻，土的天然重度為γ。在深度為Z處取一微元體dxdydz，則作用在此微元體上的豎向自重應(yīng)力σcz(如圖3.2所示)為：1、土體中的應(yīng)力水平方向法向應(yīng)力為:σcx=σcy=k0σcz(kPa)(3.2)式中k0――比例系數(shù)，稱靜止側(cè)壓力系數(shù).k0＝0.33～0.72此微元體在重力作用下沒有側(cè)向變形和剪切變形；作用在此微元體上的剪應(yīng)力為:τxy=τyz=τzx=0(3.3)§3.1土的變形特性§3.1.2土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系⑷主應(yīng)力——凡剪應(yīng)力τ＝0的平面上的法向應(yīng)力

7、σ，稱為主應(yīng)力，此平面稱為主應(yīng)面。σcz為大主應(yīng)力，σcx=σcy為小主應(yīng)力。1、土體中的應(yīng)力⑸摩爾圓在τ－σ的直角坐標(biāo)系中，在橫坐標(biāo)上點(diǎn)出最大主應(yīng)力σ1與最小主應(yīng)力σ3，再以σ1－σ3為直徑作圓，此圓稱為摩爾應(yīng)力圓。微元體中任意斜截面上的法向應(yīng)力σ與剪應(yīng)力τ，可用此摩爾圓來表示。見“4.2土的極限平衡條件”?！?.1土的變形特性§3.1.2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(shí),ε=0;σ=σ1時(shí),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（3.3a）所示。鋼材應(yīng)力與應(yīng)變之比值稱為彈性模量E（E＝σ/