土力學(xué)-第3章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算

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第三章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算第一節(jié)土的壓縮性第二節(jié)地基最終沉降量計(jì)算第三節(jié)地基變形與時(shí)間關(guān)系第四節(jié)建筑物的沉降觀測與地基容許變形值 第三章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算第一節(jié)土的壓縮性第二節(jié)地基最終沉降量計(jì)算第三節(jié)地基變形與時(shí)間關(guān)系第四節(jié)建筑物的沉降觀測與地基容許變形值 §3.1土的壓縮性土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性壓縮量的組成固體顆粒的壓縮土中水和封閉氣體的壓縮空氣的排出水的排出占總壓縮量的1/400不到，忽略不計(jì)壓縮量主要組成部分說明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果無粘性土粘性土透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時(shí)間土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長的過程 §3.1.1側(cè)線壓縮試驗(yàn)及壓縮曲線土力學(xué)中利用壓縮試驗(yàn)來研究土的壓縮特性。該試驗(yàn)在壓縮儀（或固結(jié)儀）中完成，如下圖所示。用金屬環(huán)刀切取保持天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，并置于圓筒形壓縮容器的剛性呼喚內(nèi)，土樣上下各墊有一塊透水石，土樣受壓后土中水可以自由排出。由于金屬環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，土樣在壓力作用下只可能發(fā)生豎向壓縮，而無側(cè)向變形，因此又稱為側(cè)限壓縮試驗(yàn)。土樣在天然狀態(tài)下或經(jīng)人工飽和后，進(jìn)行逐級(jí)加壓固結(jié)（一般按p=50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa5級(jí)加荷），測定各級(jí)壓力p作用下土樣的壓縮穩(wěn)定后的孔隙比變化。三聯(lián)固結(jié)儀 剛性護(hù)環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土樣荷載注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形壓縮儀示意圖試驗(yàn)方法：側(cè)限壓縮試驗(yàn) 試驗(yàn)結(jié)果壓縮試驗(yàn)中 試驗(yàn)結(jié)果（孔隙比）的推導(dǎo)這里我們將受壓前的孔隙比為，受壓后的孔隙比為 水槽內(nèi)環(huán)環(huán)刀透水石試樣傳壓板百分表施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定逐級(jí)加大荷載測定：軸向應(yīng)力軸向變形試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)過程中的兩個(gè)基本條件:受壓前后土粒體積不變和土樣橫截面面積不變。 壓縮曲線的繪制方式e-p曲線e-lgp曲線01002003004000.60.70.80.91.0ee-p曲線 10010000.60.70.80.9eCc11Cee-lgp曲線 3.1.2壓縮性指標(biāo)，KPa-1或MPa-11、壓縮系數(shù)：壓縮曲線上任一點(diǎn)的切線斜率a的值，稱為土的壓縮系數(shù)。實(shí)際工程中，往往用割線斜率表示：01002003004000.60.70.80.91.0ea1-2常用作比較土的壓縮性大小土的類別a1-2(MPa-1)高壓縮性土a1-2≥0.5中壓縮性土0.1≤a1-2＜0.5低壓縮性土a1-2<0.1e-σ′曲線缺點(diǎn)：不能反映土的應(yīng)力歷史 2、壓縮模量Es：土在完全側(cè)限條件下豎向應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽康谋戎?。?cè)限壓縮模量單位：Kpa,Mpa土樣在壓縮整個(gè)過程中土粒體積和底面積不變Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eVs＝1H1/(1+e)pH1p 3、體積壓縮系數(shù)：土的體積壓縮系數(shù)是土體在側(cè)限條件下的豎向（體積）應(yīng)變與豎向附加壓應(yīng)力之比，也稱單向體積壓縮系數(shù)。土的壓縮模量的倒數(shù)土的體積壓縮系數(shù)越大，土的壓縮性越高。 3.1.3土的回彈曲線與再壓縮曲線在進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)過程中，當(dāng)土壓力加到某一數(shù)值后，逐漸卸壓，土樣將發(fā)生回彈，土體膨脹，孔隙比增大，若測得回彈穩(wěn)定后的孔隙比，則可繪制相應(yīng)的孔隙比與壓力的關(guān)系曲線稱為回彈曲線。土的回彈曲線與再壓縮曲線 3.1.4應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過的應(yīng)力狀態(tài)先期固結(jié)壓力PC：土層歷史上所經(jīng)受到的最大壓力?pOCR=1：正常固結(jié)OCR>1：超固結(jié)OCR<1：欠固結(jié)超固結(jié)比：如土層當(dāng)前承受的自重壓力為相同時(shí)，一般OCR越大，土越密實(shí)，壓縮性越小一、沉積土的應(yīng)力歷史 peppee正常固結(jié)狀態(tài)超固結(jié)狀態(tài)欠固結(jié)狀態(tài) 在e-lgp曲線上，找出曲率半徑最小的點(diǎn)A作水平線m1作A點(diǎn)切線m2作m1,m2的角分線m3m3與試驗(yàn)曲線的直線段交于點(diǎn)BB點(diǎn)對(duì)應(yīng)于先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力的確定Casagrande法rmin 斯開普頓在對(duì)大量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上提出了按塑性指數(shù)近似確定的公式可供參考。式中，-土的不排水剪抗剪強(qiáng)度，kpa,-塑性指數(shù) 先作b點(diǎn)，其橫坐標(biāo)為試樣的現(xiàn)場自重壓力p1，由e-lgp曲線資料分析p1等于先期固結(jié)壓力pc，縱坐標(biāo)為現(xiàn)場孔隙比；再作c點(diǎn)，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于0.42e0處確定；作直線bc，這線段就是原始?jí)嚎s曲線的直線段，該線段的斜率即為正常固結(jié)土的壓縮指數(shù)Cc值。正常固結(jié)土原始?jí)嚎s曲線二、現(xiàn)場原始?jí)嚎s曲線的推求指現(xiàn)場土層在其沉積過程中由上覆土重原本存在的壓縮曲線，簡稱原始?jí)嚎s曲線 超固結(jié)土原始?jí)嚎s曲線和原始再壓縮曲線先作b1點(diǎn)，其橫、縱坐標(biāo)分別為試樣的現(xiàn)場自重壓力p1，和現(xiàn)場孔隙比e0；過b1點(diǎn)作一直線，其斜率等于室內(nèi)回彈曲線和再壓縮曲線的平均斜率，該直線與通過B點(diǎn)的垂線交于b點(diǎn)，b1b即為原始再壓縮曲線，其斜率為回彈指數(shù)Ce；再作c點(diǎn)，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于0.42e0處確定；作直線bc，這線段就是原始?jí)嚎s曲線的直線段，該線段的斜率即為壓縮指數(shù)Cc值。 對(duì)于欠固結(jié)土，由于自重應(yīng)力作用下的壓縮尚未確定，只能近似地按正常固結(jié)土一樣的方法求得原始?jí)嚎s曲線，從而確定壓縮指數(shù)Cc。 土的變形模量現(xiàn)場荷載試驗(yàn)和變形模量原位測試方法適用于：地基土為粉、細(xì)砂、軟土，取原狀土樣困難。國家一級(jí)工程、規(guī)模大或建筑物對(duì)沉降有嚴(yán)格要求的工程。原位測試方法包括：載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等 p1集中力P分布力p1一、平板載荷試驗(yàn) 旁壓試驗(yàn)是采用旁壓儀在場地的鉆孔中直接測試土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線關(guān)系的試驗(yàn)。二、旁壓試驗(yàn) 三、變形模量與壓縮模量的關(guān)系土的變形模量是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變比值；土的壓縮模量是土體在側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變比值；兩者在理論上是可以互相換算的。 土的彈性模量土的彈性模量是土體在無側(cè)限條件下瞬時(shí)壓縮的應(yīng)力與應(yīng)變比值；如果在動(dòng)荷載（如車輛荷載、風(fēng)荷載、地震荷載）作用時(shí)，都是可恢復(fù)的彈性變形。三軸壓縮試驗(yàn)確定土的彈性模量