土力學(xué)-知識(shí)單元四(土的壓縮性和固結(jié)及地基變形計(jì)算)

1、主講人：徐主講人：徐 亞亞 利利土力學(xué)土力學(xué)之知識(shí)單元四之知識(shí)單元四土的壓縮性與固結(jié)土的壓縮性與固結(jié)知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)實(shí)驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)知識(shí)點(diǎn)二 應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性影響知識(shí)點(diǎn)三 土的變形模量 提要土的壓縮變形問(wèn)題土的壓縮變形問(wèn)題 土的壓縮性與固結(jié)土的壓縮性與固結(jié)試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法壓縮性指標(biāo)壓縮性指標(biāo)先期固結(jié)壓力的確定先期固結(jié)壓力的確定土體實(shí)際變形土體實(shí)際變形F土的壓縮性測(cè)試方法土的壓縮性測(cè)試方法F一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)F應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性影響應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性影響F土的變形模量土的變形模量仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水墨西哥某宮殿墨西哥某宮殿左部：左部：1709年年右部：右部：16

2、22年年地基：地基：20多米厚粘土多米厚粘土工工 程程 實(shí)實(shí) 例例問(wèn)題：?jiǎn)栴}：沉降沉降2.2米，且左右米，且左右兩部分存在明顯的兩部分存在明顯的沉降差。左側(cè)建筑沉降差。左側(cè)建筑物于物于1969年加固年加固知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水工工 程程 實(shí)實(shí) 例例Kiss由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水工工 程程 實(shí)實(shí) 例例基坑開(kāi)挖，引起陽(yáng)臺(tái)裂縫基坑開(kāi)挖，引起陽(yáng)臺(tái)裂縫知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固

3、結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水新建筑引起原有新建筑引起原有建筑物開(kāi)裂建筑物開(kāi)裂知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水工工 程程 實(shí)實(shí) 例例高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水工工 程程 實(shí)實(shí) 例例建筑物立面高差過(guò)大建筑物立面高差過(guò)大知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水47m3915019419917587沉

4、降曲線沉降曲線(mm)工工 程程 實(shí)實(shí) 例例建筑物過(guò)長(zhǎng)：長(zhǎng)高比建筑物過(guò)長(zhǎng)：長(zhǎng)高比7.6:17.6:1知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水土的變形特性測(cè)定方土的變形特性測(cè)定方法法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 荷載試驗(yàn)荷載試驗(yàn) 旁壓試驗(yàn)旁壓試驗(yàn)三軸應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài) 側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn) 其他特殊試驗(yàn)其他特殊試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)一維問(wèn)題一維問(wèn)題知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn) 試樣試樣圍壓圍壓力力 3閥門(mén)閥門(mén)閥門(mén)閥門(mén)馬達(dá)馬達(dá)

5、橫梁橫梁量力環(huán)量力環(huán)百分表百分表量水管量水管孔壓孔壓量測(cè)量測(cè)類(lèi)型類(lèi)型施加施加 3 3施加施加 1 1- - 3 3量測(cè)量測(cè)固結(jié)固結(jié)排水排水固結(jié)固結(jié)排水排水體變體變固結(jié)固結(jié)不排水不排水固結(jié)固結(jié)不排水不排水孔隙水孔隙水壓力壓力不固結(jié)不固結(jié)不排水不排水不固結(jié)不固結(jié)不排水不排水孔隙水孔隙水壓力壓力常用試驗(yàn)類(lèi)型常用試驗(yàn)類(lèi)型知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水zzE 31xz 變形模量：變形模量： 泊松比：泊松比：n 一般化的應(yīng)力應(yīng)變曲線一般化的應(yīng)力應(yīng)變曲線31 1 e p 1 1Ei1 1Et土的一般化的應(yīng)力應(yīng)變曲線土的一般化的應(yīng)力應(yīng)變曲線 彈

6、性模量彈性模量固結(jié)排水試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn) 與圍壓有關(guān)與圍壓有關(guān) 非線性（彈塑性）非線性（彈塑性） 剪脹性剪脹性知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水F 固結(jié)容器：固結(jié)容器：環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水石、加壓上蓋和量表架等石、加壓上蓋和量表架等F 加壓設(shè)備：加壓設(shè)備：杠桿比例杠桿比例1:101:10F 變形測(cè)量設(shè)備變形測(cè)量設(shè)備側(cè)限壓縮（固結(jié)）儀側(cè)限壓縮（固結(jié)）儀支架支架加壓設(shè)備加壓設(shè)備固結(jié)容器固結(jié)容器變形測(cè)量變形測(cè)量知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水施加荷載，靜

7、置至施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定變形穩(wěn)定逐級(jí)加大荷載逐級(jí)加大荷載百分表百分表加壓上蓋加壓上蓋試樣試樣透水石透水石護(hù)環(huán)護(hù)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀壓縮壓縮容器容器n 側(cè)限壓縮試驗(yàn)P1s1e1e0pte stn 測(cè)定：測(cè)定： 軸向壓縮應(yīng)力軸向壓縮應(yīng)力 軸向壓縮變形軸向壓縮變形P2s2e2P3s3e3知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn) 側(cè)限變形（壓縮）模量：側(cè)限變形（壓縮）模量：n 壓縮曲線及特點(diǎn)壓縮曲線及特點(diǎn)土的一般化的壓縮曲線土的一般化的壓縮曲線)(00e1e 1 1Es1 1Eez=pz非線性非線性彈塑性彈塑性zzsE 加載：加

8、載：zzeE 卸載和重加載：卸載和重加載：知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水常規(guī)三軸與側(cè)限壓縮試驗(yàn)常規(guī)三軸與側(cè)限壓縮試驗(yàn)n 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線的比較曲線的比較F 常規(guī)三軸：常規(guī)三軸： 存在破壞應(yīng)力存在破壞應(yīng)力F 側(cè)限壓縮試驗(yàn)：側(cè)限壓縮試驗(yàn)： 不存在破壞應(yīng)力不存在破壞應(yīng)力 存在體積壓縮極限存在體積壓縮極限)(00e1e z=pz側(cè)限壓側(cè)限壓縮試驗(yàn)縮試驗(yàn)常規(guī)三常規(guī)三軸試驗(yàn)軸試驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水土體變形的機(jī)理土體變形的機(jī)理 彈性變形彈性變形 接觸點(diǎn)處

9、彈性變形接觸點(diǎn)處彈性變形 彈性撓曲變形彈性撓曲變形 顆粒翻轉(zhuǎn)的可逆性顆粒翻轉(zhuǎn)的可逆性 封閉氣泡受壓封閉氣泡受壓 塑性變形塑性變形 大孔隙消失大孔隙消失 接觸點(diǎn)顆粒破碎接觸點(diǎn)顆粒破碎 顆粒相對(duì)滑移顆粒相對(duì)滑移 扁平顆粒斷裂扁平顆粒斷裂土體的變形特性土體的變形特性土體的特點(diǎn)：散粒體土體的特點(diǎn)：散粒體F體應(yīng)變主要由孔隙體積變化引起體應(yīng)變主要由孔隙體積變化引起F剪應(yīng)變主要由土顆粒的大小和排列形態(tài)變化引起剪應(yīng)變主要由土顆粒的大小和排列形態(tài)變化引起知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水土的本構(gòu)模型土的本構(gòu)模型1E1-3f 11-3 1121-3 1

10、1234線彈性線彈性- -理想塑性理想塑性非線性彈性非線性彈性彈塑性彈塑性知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)F - p（或（或）曲線）曲線F e p（或（或）曲線）曲線F e lgp（或（或lg）曲線）曲線F 先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力F 原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線由側(cè)限壓縮試由側(cè)限壓縮試驗(yàn)整理得到的驗(yàn)整理得到的三條常用曲線三條常用曲線知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)百分表百分表試樣

11、試樣環(huán)刀環(huán)刀P1S1e1e0pte stP2S2e2P3S3e3n 已知：已知： 試樣初始高度試樣初始高度H H0 0 試樣初始孔隙比試樣初始孔隙比e e0 0n 試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果：每級(jí)壓力每級(jí)壓力p p作用下，作用下，試樣的壓縮變形試樣的壓縮變形S S知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水 - p曲線曲線 pEs初始加載初始加載Es卸載和重加載卸載和重加載EeP1s1e1e0pte stP2s2e2P3s3e31 1Es1 1Eep(kPa) =s/H0n 體積壓縮系數(shù)：體積壓縮系數(shù)：svE1m 單位壓應(yīng)力變化引單位壓應(yīng)力變化引起的

12、單位體積的體起的單位體積的體積變化積變化n 側(cè)限壓縮（變形）模量側(cè)限壓縮（變形）模量KPa ,MPa知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水1e0e孔隙孔隙固體固體顆粒顆粒H0See1e1SHH000 000HS)e1(ee 側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)由三相草圖：由三相草圖：可得到可得到e-p關(guān)系關(guān)系知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水e-pe-p曲線曲線ep0100200 3000.60.70.80.91.0e ep(kPa)pea F不同土的壓縮系數(shù)不同，不同土的壓縮系數(shù)不同，

13、a越大，土的壓縮性越越大，土的壓縮性越大大F同種土的壓縮系數(shù)同種土的壓縮系數(shù)a不不是常數(shù)，與應(yīng)力是常數(shù)，與應(yīng)力p有關(guān)有關(guān)F通常用通常用a1-2即應(yīng)力范圍為即應(yīng)力范圍為100-200 kPa的的a值對(duì)不值對(duì)不同土的壓縮性進(jìn)行比較同土的壓縮性進(jìn)行比較n 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)KPa-1，MPa-1知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水e-p曲線曲線壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a土的類(lèi)別土的類(lèi)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0.1-0.5低壓縮性土低壓縮性土0.1壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a1-2常用作常用作比較土的壓縮性大小比較

14、土的壓縮性大小壓縮系數(shù)：壓縮系數(shù)：pea 0100200 3000.60.70.80.91.0e epep(kPa)知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水n 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)n 側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量0s1eEa vs01amE1e n 體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)壓縮指標(biāo)間的關(guān)系壓縮指標(biāo)間的關(guān)系1e0e孔隙孔隙固體固體顆粒顆粒e pEspea 0e1e 知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)土的固結(jié)試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce ep(kPa，l

15、g)e-lgp曲線曲線Ce 回彈指數(shù)回彈指數(shù) （再壓縮指數(shù)）（再壓縮指數(shù)）Ce s：超固結(jié)土超固結(jié)土 p1OCR1：超固結(jié)超固結(jié)OCR1OCR s, ,點(diǎn)點(diǎn)D(eD(e0 0, , s s) )位于再位于再壓縮曲線上壓縮曲線上F過(guò)過(guò)D D點(diǎn)作斜率為點(diǎn)作斜率為CeCe的直線的直線DBDB，DBDB為原位再壓縮曲線為原位再壓縮曲線F以以0.420.42e e0 0在壓縮曲線上確定在壓縮曲線上確定C C點(diǎn)，點(diǎn)，BCBC為原位初始?jí)嚎s曲線為原位初始?jí)嚎s曲線FDBCDBC即為所求的原位再壓縮和即為所求的原位再壓縮和壓縮曲線壓縮曲線n 推定方法推定方法原位再壓原位再壓縮曲線縮曲線知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)二 應(yīng)力歷史

16、對(duì)土的壓縮性的影響應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水知識(shí)點(diǎn)三知識(shí)點(diǎn)三 土的變形模量土的變形模量 y yz xy zx x z zx z xz x問(wèn)題1、兩種狀態(tài)的變形是否相同？問(wèn)題2、變形量是否相同？問(wèn)題3：兩種變形量的計(jì)算是否相同？仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水知識(shí)點(diǎn)三知識(shí)點(diǎn)三 土的變形模量土的變形模量土的變形模量：指土體在無(wú)側(cè)限條件下單軸受壓時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變之比，用符號(hào)E0表示。土的變形模量包括彈性變形和殘余變形兩部分，這也是土的變形模量與一般材料的變形模量的區(qū)別。仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水知識(shí)點(diǎn)三知識(shí)點(diǎn)三 土的變形模量土的變形模量土的變形模量的測(cè)試方法 載荷試驗(yàn)試驗(yàn)方法： 仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水SP0用彈性力學(xué)公式可以求得：注：b的大小反映了承壓板的不同。2(1)PusEr2(1)pbEus知識(shí)點(diǎn)三知識(shí)點(diǎn)三 土的變形模量土的變形模量仁者樂(lè)山仁者樂(lè)山 智者樂(lè)水智者樂(lè)水常規(guī)三軸與側(cè)限壓縮試驗(yàn)常規(guī)三軸與側(cè)限壓縮試驗(yàn)n 變形模量變形模量 E 與側(cè)限變形模量與側(cè)限變形模量 Es間的間的關(guān)系關(guān)系 xzyyzyxxyxzzEEEEEE 則則: 121E12EE12zzzE Eszyx1 s2zzE12