4 土的壓縮性及變形計(jì)算新方案ppt課件

1、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形第四章第四章土的緊縮性及變形計(jì)算土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形4.1 4.1 土的緊縮性土的緊縮性一、根本概念一、根本概念土體在壓力作用下體積減小的特性稱為土的緊縮性。地基土層發(fā)生變形的主要要素地基土層發(fā)生變形的主要要素 內(nèi)因：土具有緊縮性內(nèi)因：土具有緊縮性 外因：主要是建筑物荷載的作用外因：主要是建筑物荷載的作用 建筑物荷載作用，這是普遍存在的要素建筑物荷載作用，這是普遍存在的要素 地下水位大幅度下降地下水位大幅度下降 施工影響，基槽持力層土的構(gòu)造擾動(dòng)施工影響，基槽持力層土的構(gòu)造擾動(dòng) 振動(dòng)影響，產(chǎn)生震沉振動(dòng)影響，產(chǎn)生震沉 浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉浸水下

2、沉，如黃土濕陷，填土下沉 土體緊縮性土體緊縮性土在壓力附加土在壓力附加應(yīng)力或自重應(yīng)力作用下體積減應(yīng)力或自重應(yīng)力作用下體積減少的特性。通常，均以為土體緊少的特性。通常，均以為土體緊縮完全是由于土中孔隙體積減小縮完全是由于土中孔隙體積減小的結(jié)果。的結(jié)果。土的固結(jié)土的固結(jié)土體在壓力作用下土體在壓力作用下其緊縮量隨時(shí)間增長的過程。其緊縮量隨時(shí)間增長的過程。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形土緊縮的緣由固體土顆粒本身被緊縮土空隙中水及封鎖氣體被緊縮水和氣體從孔隙中被擠出略去略去不計(jì)不計(jì) 土體在外力作用下，緊縮變形隨時(shí)間增長的過程，稱為土的固結(jié)。土體在外力作用下，緊縮變形隨時(shí)間增長的過程，稱為土的固結(jié)。透水

3、性大透水性大 排水快排水快 緊縮過程短緊縮過程短 變形穩(wěn)定變形穩(wěn)定透水性小透水性小 排水慢排水慢 緊縮過程長緊縮過程長 變形漸長變形漸長土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形二、緊縮實(shí)驗(yàn)和緊縮性目的二、緊縮實(shí)驗(yàn)和緊縮性目的 土的室內(nèi)緊縮實(shí)驗(yàn)是用側(cè)限緊縮儀土的室內(nèi)緊縮實(shí)驗(yàn)是用側(cè)限緊縮儀( (又稱固結(jié)儀又稱固結(jié)儀) )來進(jìn)展的，亦稱土來進(jìn)展的，亦稱土的側(cè)限緊縮實(shí)驗(yàn)或固結(jié)實(shí)驗(yàn)，儀器構(gòu)造如下圖。的側(cè)限緊縮實(shí)驗(yàn)或固結(jié)實(shí)驗(yàn)，儀器構(gòu)造如下圖。 一一 緊縮實(shí)驗(yàn)緊縮實(shí)驗(yàn)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形 固結(jié)實(shí)驗(yàn)：用金屬環(huán)刀切固結(jié)實(shí)驗(yàn)：用金屬環(huán)刀切取堅(jiān)持天然構(gòu)造的原狀土樣，取堅(jiān)持天然構(gòu)造的原狀土樣，并置于圓筒形緊縮容器

4、的剛性并置于圓筒形緊縮容器的剛性護(hù)環(huán)內(nèi)，土樣上下各墊一塊透護(hù)環(huán)內(nèi)，土樣上下各墊一塊透水石，土樣受壓后土中水可以水石，土樣受壓后土中水可以自在排出。土樣在天然形狀下自在排出。土樣在天然形狀下或經(jīng)人工飽和后，進(jìn)展逐級加或經(jīng)人工飽和后，進(jìn)展逐級加壓固結(jié)，以便測定各級壓力作壓固結(jié)，以便測定各級壓力作用下土樣緊縮穩(wěn)定后的孔隙比用下土樣緊縮穩(wěn)定后的孔隙比變化，進(jìn)而得到表示土的孔隙變化，進(jìn)而得到表示土的孔隙比比e e與壓力與壓力p p的緊縮關(guān)系曲線。的緊縮關(guān)系曲線。 水槽水槽內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀透水石透水石試樣試樣傳壓板傳壓板百分表百分表土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形利用受壓前后土粒體積不變和土樣橫截面面積不

5、變的兩個(gè)條件，得出：iiiiesHeHeH+=+=+1-11000)1(-000eHseeii+=土樣緊縮穩(wěn)定后孔隙比ei Vv0e0Vs01h0/(1+e0)h0VvieiVsi1hi/(1+ei)phiSi由于逐級施加荷載，在由于逐級施加荷載，在不同壓力不同壓力p p作用下可得到作用下可得到相應(yīng)的孔隙比相應(yīng)的孔隙比e e，根據(jù)一，根據(jù)一一對應(yīng)關(guān)系，以橫坐標(biāo)一對應(yīng)關(guān)系，以橫坐標(biāo)表示壓力，以縱坐標(biāo)表表示壓力，以縱坐標(biāo)表示孔隙比，繪制示孔隙比，繪制e-pe-p曲線，曲線，稱為緊縮曲線。稱為緊縮曲線。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形 曲線愈陡，闡明隨著壓力的添加，土孔隙比的減小愈顯著，曲線愈陡，闡

6、明隨著壓力的添加，土孔隙比的減小愈顯著，因此土的緊縮性愈高。因此土的緊縮性愈高。緊縮曲線的繪制方式緊縮曲線的繪制方式土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形1 1、緊縮系數(shù)、緊縮系數(shù)a a e-p曲線在壓力曲線在壓力p1土體自重應(yīng)力變到土體自重應(yīng)力變到p2土體自重應(yīng)力和附加應(yīng)力土體自重應(yīng)力和附加應(yīng)力之和時(shí)，其對應(yīng)的曲線段，可近似看作直線，這段直線的斜率曲線上之和時(shí)，其對應(yīng)的曲線段，可近似看作直線，這段直線的斜率曲線上恣意兩點(diǎn)割線的斜率恣意兩點(diǎn)割線的斜率 稱為土的緊縮系數(shù)。稱為土的緊縮系數(shù)。11221()eeeatgMPappp斜率p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線pe二緊縮性目的二緊縮性目的土

7、力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形土的類別土的類別a1-2 (MPa-1)高壓縮性土高壓縮性土0.5中壓縮性土中壓縮性土0.10.5低壓縮性土低壓縮性土0.1從曲線得知：從曲線得知：a a不是一個(gè)常數(shù)，與不是一個(gè)常數(shù)，與p1p1、p2 p2 的取值有關(guān)，的取值有關(guān)， 用用p1p1100kPa100kPa、p2p2200kPa200kPa對應(yīng)的緊縮系數(shù)對應(yīng)的緊縮系數(shù)a1-2a1-2評價(jià)土的緊縮性評價(jià)土的緊縮性p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線pe土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形【例】 某工程鉆孔3號土樣3-1粉質(zhì)黏土和3-2淤泥質(zhì)黏土的緊縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于下表，試計(jì)算緊縮系數(shù) ，并評價(jià)其緊縮性。

8、21緊縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)垂直壓力（垂直壓力（kPakPa）0 05050100100200200300300400400孔隙比孔隙比土樣土樣3 31 10.8660.8660.7990.7990.7700.7700.7360.7360.7210.7210.7140.714土樣土樣3 32 21.0851.0850.9600.9600.8900.8900.8030.8030.7480.7480.7070.7071121 2210.7700.7360.340.20.1eeMPapp1121 2210.8900.8030.870.20.1eeMPapp11 20.10.340.5MPa由于，故該土屬于中緊縮

9、性土11 20.870.5MPa由于，故該土屬于高緊縮性土解：土樣3-1：土樣3-2：土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形2 2、緊縮指數(shù)、緊縮指數(shù)CcCc12c2121/lg(/)lglgeeCepppp 土的類別土的類別Cc高壓縮性土高壓縮性土0.4中壓縮性土中壓縮性土0.20.4低壓縮性土低壓縮性土1，OCR愈大，土遭到超固結(jié)作用愈強(qiáng)，其它條件一樣，緊縮性愈低；土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形3、欠固結(jié)土 OCR1，土在自重作用下還沒有完全固結(jié)，土的固結(jié)應(yīng)力末全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，即尚有一部分由孔隙水所承當(dāng)，即pcp1,如人工填土或新近堆積粘性土。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形兩種常用方法：

10、兩種常用方法：1 1、分層總和法、分層總和法2 2、地基規(guī)范法、地基規(guī)范法 地基土層在建筑物荷載作用下，不斷產(chǎn)生緊縮，直至地基土層在建筑物荷載作用下，不斷產(chǎn)生緊縮，直至緊縮穩(wěn)定后地基外表的沉降量稱為地基的最終沉降量，緊縮穩(wěn)定后地基外表的沉降量稱為地基的最終沉降量，或根底的最終沉降?；蚋椎淖罱K沉降。4.2 4.2 地基沉降量的計(jì)算地基沉降量的計(jì)算土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形1 1、根本假定、根本假定一、分層總和法一、分層總和法l 1假定地基每一分層均質(zhì)，且應(yīng)力沿厚度均勻分布；l 2) 在建筑物荷載作用下，地基土層只產(chǎn)生豎向緊縮變形，不發(fā)生側(cè)向膨脹變形；l 3) 采用基底中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力計(jì)

11、算地基變形量，且地基恣意深度處的附加應(yīng)力等于基底中心點(diǎn)下該深度處的附加應(yīng)力值；l 4地基變形發(fā)生在有限深度范圍內(nèi)；l 5地基最終沉降量等于各分層沉降量之和。 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形2 2、計(jì)算步驟：、計(jì)算步驟：(b)分別計(jì)算每分層界面處的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力，并畫出應(yīng)力圖形(c)確定地基沉降計(jì)算深度zn。采用應(yīng)力比:(a)地基土分層，根據(jù)實(shí)踐將地基土分成假設(shè)干薄層hi不同土層界面；地下水位標(biāo)高處；每層厚度0.4b(根底寬度；(f) (f) 計(jì)算地基最終沉降量，實(shí)踐就是將各薄層土沉降量之和計(jì)算地基最終沉降量，實(shí)踐就是將各薄層土沉降量之和S=S= SiSi(d)計(jì)算每薄層土沉降量Si 普通

12、土層：z/cz 0.2； 軟粘土層：z/cz 0.1 ；1i2iii1ieeSh1e 自重應(yīng)力自重應(yīng)力d地面地面基底基底pp0 d 附加應(yīng)力附加應(yīng)力緊縮層下限緊縮層下限(沉沉降計(jì)算深度降計(jì)算深度czizihizn土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形3 3、計(jì)算公式：、計(jì)算公式：1i2ii2i1iiziiiiii1i1isisieea (pp )pShhhh1e1eEE最終沉降量：最終沉降量：各分層沉降量：各分層沉降量：1niisse1ie1i由第由第i i層的自重應(yīng)力均值從土的緊縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比層的自重應(yīng)力均值從土的緊縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比e2ie2i由第由第i i層的自重應(yīng)力均值與附加

13、應(yīng)力均值之和從土的緊縮曲線層的自重應(yīng)力均值與附加應(yīng)力均值之和從土的緊縮曲線 上得到的相應(yīng)孔隙上得到的相應(yīng)孔隙EsiEsi第第i i分層土的緊縮模量；分層土的緊縮模量；zizi第第i i層土上下層面所受附加應(yīng)力的平均值。層土上下層面所受附加應(yīng)力的平均值。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形解：1計(jì)算基底壓力pk和基底附加壓力p0kpaAGFpkkk2301051055 . 12010000kpappcdk2005 . 12023002分層?；讓挾萣=5m，取0.4b=2m。由于地下水位間隔基底2.5m，將其分為1m和1.5m，其下每層為2m。3計(jì)算各分層層面處土的自

14、重應(yīng)力 計(jì)算過程略，結(jié)果見表ci水位以下用有效容重）水位以上用天然容重，(0niiicid土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形4計(jì)算各層層面處的附加應(yīng)力 由于根底底面為矩形，求根底中心點(diǎn)以下應(yīng)力，查表時(shí)，取b=2.5m，l=5m，l/b=2，根據(jù)各點(diǎn)z值，查得 值，求ziczi26.40.0332.05.012.5735.20.0442.04.210.5648.80.0612.03.48.5571.20.0892.02.66.54106.40.1332.01.84.531600.2002.01.02.52195.20.2442.00.41.012000.2502.0000(kpa)l/bz/bz

15、(m)位置c04pcz土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形5確定緊縮層厚度 在深度為12.5m處， ，滿足要求，所以緊縮層厚度為12.5m。nz2 . 014. 01904 .26zc6計(jì)算緊縮層內(nèi)各分層的自重應(yīng)力平均值 和平均附加應(yīng)力值 ，并求出 和ip1ip22)1(ciicci2)1(ziizzi7從ep曲線上根據(jù) 和 查出相應(yīng)的 和 值。ip1ip2ie1ie28計(jì)算各層在側(cè)限條件下的緊縮量isiiiiiheees12119計(jì)算根底的最終沉降量smmssnii15.1562 . 383. 643. 797.1756.3986.4256.381土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形點(diǎn)點(diǎn)0 00 0

16、30302002001.01.04040197.6197.6237.6237.60.9450.9450.8700.87038.5638.561 11.01.05050195.2195.21.51.56565177.6177.6142.6142.60.9250.9250.8700.87042.8642.862 22.52.580801601602.02.09191133.2133.2224.2224.20.9100.9100.8720.87239.5639.563 34.54.5102102106.4106.42.02.011311388.888.8201.8201.80.8920.8920.8

17、750.87517.9717.974 46.56.512412471.271.22.02.013513560601951950.8850.8850.8780.8787.437.435 58.58.514614648.848.82.02.015715742421971970.8780.8780.8750.8756.836.83610.510.516816835.235.22.02.017917930.830.8209.8209.80.8730.8730.8730.8733.203.207 712.512.519019026.426.4)(mz)(kpaci)(kpazi)(mhi)(1kpapi

18、)(kpapi)(2kpapiie1ie2)(1121mmheeesiiiii計(jì)算結(jié)果見表土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形二、應(yīng)力面積法計(jì)算沉降量二、應(yīng)力面積法計(jì)算沉降量 所引薦的地基最終沉降量計(jì)算方法是另所引薦的地基最終沉降量計(jì)算方法是另一種方式的分層總和法。它也采用側(cè)限條件的緊縮性目的，并運(yùn)用了一種方式的分層總和法。它也采用側(cè)限條件的緊縮性目的，并運(yùn)用了平均附加應(yīng)力系數(shù)計(jì)算；還規(guī)定了地基沉降計(jì)算深度的規(guī)范以及提出平均附加應(yīng)力系數(shù)計(jì)算；還規(guī)定了地基沉降計(jì)算深度的規(guī)范以及提出了地基的沉降計(jì)算閱歷系數(shù)，使得計(jì)算成果接近于實(shí)測值。了地基的沉降計(jì)算閱歷系數(shù)，使得計(jì)算成果接近于實(shí)測值。 平均附加應(yīng)力系

19、數(shù)的物理意義：分層總和法中地基附加應(yīng)力按均平均附加應(yīng)力系數(shù)的物理意義：分層總和法中地基附加應(yīng)力按均質(zhì)地基計(jì)算，即地基土的緊縮模量質(zhì)地基計(jì)算，即地基土的緊縮模量EsEs不隨深度而變化。從基底至地基不隨深度而變化。從基底至地基恣意深度恣意深度z z范圍內(nèi)的緊縮量為：范圍內(nèi)的緊縮量為： szzszszEAdzEdzEs001土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形 引薦公式引薦公式由上式乘以沉降計(jì)算閱歷系數(shù)由上式乘以沉降計(jì)算閱歷系數(shù)ss，即為，即為 引引薦的沉降計(jì)算公式：薦的沉降計(jì)算公式：式中：式中：s-s-沉降計(jì)算閱歷系數(shù)，應(yīng)根據(jù)同類地域沉降計(jì)算閱歷系數(shù)，應(yīng)根據(jù)同類地域已有房屋和構(gòu)筑物實(shí)測最終沉降量與計(jì)算

20、沉降量已有房屋和構(gòu)筑物實(shí)測最終沉降量與計(jì)算沉降量對比確定，查書對比確定，查書9898表表5-25-2）表查豎向平均附加應(yīng)力系數(shù)3598()(1110iiiinisisszzEpss土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形地基受壓層計(jì)算深度確實(shí)定地基受壓層計(jì)算深度確實(shí)定計(jì)算深度計(jì)算深度znzn可按下述方法確定：可按下述方法確定：1 1規(guī)范規(guī)定應(yīng)滿足下式要求：規(guī)范規(guī)定應(yīng)滿足下式要求：niinss1025.0式中：式中：Sn-Sn-在深度在深度znzn處，向上取計(jì)算厚度為處，向上取計(jì)算厚度為z z的計(jì)算的計(jì)算變形值；變形值；z z查查9797表表5-15-1；Si-Si-在深度在深度znzn范圍內(nèi)，第范圍內(nèi)

21、，第i i層土的計(jì)算變形量。層土的計(jì)算變形量。如確定的沉降計(jì)算深度下部仍有較脆弱土層時(shí)如確定的沉降計(jì)算深度下部仍有較脆弱土層時(shí), ,應(yīng)繼續(xù)往下應(yīng)繼續(xù)往下計(jì)算計(jì)算, ,同樣也應(yīng)滿足上式。同樣也應(yīng)滿足上式。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形 2 2對無相鄰荷載的獨(dú)立根底，可按以下簡化的閱歷公對無相鄰荷載的獨(dú)立根底，可按以下簡化的閱歷公式確定沉降計(jì)算深度式確定沉降計(jì)算深度znzn： 在計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，取至基巖外表。在計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，取至基巖外表。)ln4 .05 .2(bbzn土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的壓縮性及變形例題：例題：F=1800kN1.5m2.4m3.2m1.8m0.6m粘土3/18mkN粉土淤泥質(zhì)粘土粉土asMPE66. 31asMPE60. 22asMPE20. 63asMPE20. 63如圖，根底底面尺寸為4.83.2m2，F(xiàn)=1800kN，地基土層分層及各層土側(cè)限緊縮模量見圖中數(shù)據(jù)，用應(yīng)力面積法求根底中點(diǎn)的沉降量。【解】1基底附加壓力KPap1205 .