土質土力學土的壓縮性與地基土的沉降計算學習教案

1、土質土質(t zh)土力學土的壓縮性與地基土的土力學土的壓縮性與地基土的沉降計算沉降計算第一頁，共60頁。第1頁/共60頁第二頁，共60頁。內移動，土體發(fā)生壓縮變形。內移動，土體發(fā)生壓縮變形。非飽和土的壓縮過程較飽和土要非飽和土的壓縮過程較飽和土要復雜一些。受壓初期，壓力作用復雜一些。受壓初期，壓力作用在土粒上，土體積壓縮，隨著土在土粒上，土體積壓縮，隨著土中孔隙體積的減少，土體逐漸達中孔隙體積的減少，土體逐漸達到飽和狀態(tài)，成為飽和土，以后到飽和狀態(tài)，成為飽和土，以后的壓縮過程與飽和土相同。的壓縮過程與飽和土相同。第2頁/共60頁第三頁，共60頁。壓縮量的組成(z chn)固體顆粒的壓縮土中水

2、的壓縮空氣的排出水的排出占總壓縮(y su)量的1/400不到，忽略不計壓縮量主要組成部分第3頁/共60頁第四頁，共60頁。無粘性土粘性土透水性好，水易于(yy)排出壓縮穩(wěn)定(wndng)很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間第4頁/共60頁第五頁，共60頁。第5頁/共60頁第六頁，共60頁。水槽內環(huán)環(huán)刀透水(tu shu)石試樣(sh yn)傳壓板百分表施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定逐級加大荷載測定：軸向應力軸向變形St1e2e0e3e1s2s3se試驗結果：Pt1p2pp3第6頁/共60頁第七頁，共60頁。第7頁/共60頁第八頁，共60頁。 101001111hhFeFhe 010

3、1010011011)1(hhhheeehheee Vve0Vs1h0/(1+e0)h0VveVs1h1/(1+e)ph1h1p受壓前后(qinhu)，土粒體積保持不變第8頁/共60頁第九頁，共60頁。e0eppee-p曲線(qxin)曲線A曲線B曲線(qxin)A壓縮性曲線(qxin)B壓縮性第9頁/共60頁第十頁，共60頁。 tgppeea 1221p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線(qxin)pe1221 ppeepea 斜斜率率第10頁/共60頁第十一頁，共60頁。通常的壓縮系數(shù)為通常的壓縮系數(shù)為p1=0.1MPap1=0.1MPa、p2=0.2MPap2=0.2MPa所對應的

4、壓縮系數(shù)所對應的壓縮系數(shù)a12a12。第11頁/共60頁第十二頁，共60頁。說，粗粒土的壓縮性較細粒土要說，粗粒土的壓縮性較細粒土要小，壓縮達到穩(wěn)定的時間也短；小，壓縮達到穩(wěn)定的時間也短；細粒土的壓縮性強，壓縮達到穩(wěn)細粒土的壓縮性強，壓縮達到穩(wěn)定的時間較長。擾動土的壓縮性定的時間較長。擾動土的壓縮性較原狀土強。較原狀土強。第12頁/共60頁第十三頁，共60頁。負值稱為壓縮指負值稱為壓縮指數(shù)數(shù)CcCc：12211221lglglgppeeppeeCc 第13頁/共60頁第十四頁，共60頁。)1(111 ehhe)(12ppae 第14頁/共60頁第十五頁，共60頁。sEhhppae 111211

5、第15頁/共60頁第十六頁，共60頁。l直徑，直徑，cmcm；l形狀系數(shù)，矩形取形狀系數(shù)，矩形取0.880.88，圓形，圓形取取0.790.79。sdPE)1(2 第16頁/共60頁第十七頁，共60頁。sEE 1212 11KKK或或第17頁/共60頁第十八頁，共60頁。yx 1zxK第18頁/共60頁第十九頁，共60頁。第19頁/共60頁第二十頁，共60頁。第20頁/共60頁第二十一頁，共60頁?，F(xiàn)在土自重應力。土層在目前現(xiàn)在土自重應力。土層在目前土自重下還沒有土自重下還沒有(mi yu)(mi yu)達達到完全固結。新近堆積的粘性到完全固結。新近堆積的粘性土常為欠固結土。土常為欠固結土。第

6、21頁/共60頁第二十二頁，共60頁。(lg) eABCDmrmin1233）先期(xinq)固結壓力p的確定：(Casagrande 法)(f) B點對應于先期(xinq)固結壓力p(b) 作水平線m1(c) 作m點切線(qixin)m2(d) 作m1,m2 的角分線m3(e) m3與試驗曲線的直線段交于點B(a) 在e-lg壓縮試驗曲線上，找曲率最大點 mp第22頁/共60頁第二十三頁，共60頁。第23頁/共60頁第二十四頁，共60頁。第24頁/共60頁第二十五頁，共60頁。第25頁/共60頁第二十六頁，共60頁。第26頁/共60頁第二十七頁，共60頁。第27頁/共60頁第二十八頁，共60

7、頁。isiziihEs iziiiheas 11iiiheees 1211 niinsssss121.第28頁/共60頁第二十九頁，共60頁。b b）計算所用的指標的代表性、取）計算所用的指標的代表性、取樣樣(qyng)(qyng)與試驗條件存在問題；與試驗條件存在問題；c c）計算中沒有考慮地基、基礎、）計算中沒有考慮地基、基礎、上部結構三者之間的作用關系。上部結構三者之間的作用關系。第29頁/共60頁第三十頁，共60頁。 niiiiisissazazEpss1110 第30頁/共60頁第三十一頁，共60頁。第31頁/共60頁第三十二頁，共60頁。由于在公式推導過程中以及計算壓縮模量時需要計

8、算一定(ydng)深度范圍內附加應力面積，所以本計算方法又稱為應力面積法(實際上是應力面積法的改進)。第32頁/共60頁第三十三頁，共60頁。 niinss1025. 0 bbznln4 . 05 . 2 第33頁/共60頁第三十四頁，共60頁。第34頁/共60頁第三十五頁，共60頁。第35頁/共60頁第三十六頁，共60頁。 niciziczicizicieiiiniiiinpCpCehhees1010lglg11 micziziczieiiimiiiimCehhees1010lg11 第36頁/共60頁第三十七頁，共60頁。 niciziczieiiiniiiicpCehhees1010lg

9、11 第37頁/共60頁第三十八頁，共60頁。【解答】 (1)繪制(huzh)柱基剖面圖及地基土的剖面圖。 (2)計算地基土的自重應力： 基礎(jch)底面處 cd=16.01.0=16kPa 地下水位處 cw=16.03.4=54.4kPa 地面以下2b處 c8=54.4+8.24.6=92.1kPa 繪制出自重應力分布曲線。 (3)計算基底壓力： 設基底以上基礎和回填土的平均重度m=20kN/m3，則基底壓力p=P/(LB)+ md=110.0kPad=1.0mb=4.0m3.4m8m54.492.1P=1440第38頁/共60頁第三十九頁，共60頁。 (4)計算基底(j d)附加壓力：

10、基底(j d)附加壓力p0=p-d=110-161=94kPa (5)計算地基中的附加應力： 基礎底面為正方形，用角點法計算，分成4等份，計算邊長為2m。附加應力z=4Kcp0，附加應力系數(shù)Kc可查表確定(qudng)： z=0m，l/b=1.0，z/b=0，Kc=0.25，z=94.0kPa z=1.2m，l/b=1.0，z/b=0.6，Kc=0.2229，z=84.0kPa z=2.4m，l/b=1.0，z/b=1.2，Kc=0.1516，z=57.0kPa z=4.0m，l/b=1.0，z/b=2.0，Kc=0.0840，z=31.6kPa z=6.0m，l/b=1.0，z/b=3.0，

11、Kc=0.0447，z=16.8kPa 繪制出附加應力分布曲線。d=1.0mb=4.0m3.4m8m54.492.11.2m1.2m1.6m2.0m16.831.657.094.084.0P=144083.9第39頁/共60頁第四十頁，共60頁。 (6)地基受壓層深度(shnd)(自基礎底面起算)： 由圖中自重應力和附加應力分布曲線，找出附加應力等于自重應力的20%所對應的深度(shnd)：當深度(shnd)z=6.0m時，附加應力為16.8kPa，自重應力為83.9kPa，附加應力約為自重應力的20%，因此，受壓層深度(shnd)定為zn=6m。 (7)地基沉降計算(j sun)分層： 計算

12、(j sun)分層厚度hi0.4b=1.6m。地下水位以上2.4m分兩層，各1.2m；第三層1.6m，第四層因附加應力很小，可取2.0m。d=1.0mb=4.0m3.4m8m54.492.11.2m1.2m1.6m2.0m16.831.657.094.084.0P=1440Zn=6.0m83.9第40頁/共60頁第四十一頁，共60頁。 (8)地基沉降計算： 計算公式： 第一層，土層(t cn)厚度1.2m，土的壓縮系數(shù)0.30，孔隙比0.97， 平均附加應力為(94+84)/2=89.0，沉降量為16.3mm； 第二層，土層(t cn)厚度1.2m，土的壓縮系數(shù)0.30，孔隙比0.97， 平均

13、附加應力為(84+57)/2=70.5，沉降量為12.9mm； 第三層，土層(t cn)厚度1.6m，土的壓縮系數(shù)0.25，孔隙比0.97， 平均附加應力為(57+31.6)/2=44.3，沉降量為9.0mm； 第四層，土層(t cn)厚度2.0m，土的壓縮系數(shù)0.25，孔隙比0.97， 平均附加應力為(31.6+16.8)/2=24.2，沉降量為6.1mm。iziiiheas 11 (9)柱基中點(zhn din)總沉降量： mmsssssniin3 .441 . 60 . 99 .123 .16.121 第41頁/共60頁第四十二頁，共60頁?！窘獯稹?(1)繪制(huzh)柱基剖面圖及地

14、基土的剖面圖。 (2)地基受壓層深度zn： 由公式(gngsh)zn=b(2.5-0.4lnb)計算得zn=7.8m (3)柱基中點沉降計算公式： 地基土層只有兩層，因此計算公式為 1122201110azazEpazEpssss d=1.0mb=4.0m2.4m5.4mP=1440zn=7.8m第42頁/共60頁第四十三頁，共60頁。 (4)確定公式中的各符號的量值： p0=94kPa； z1=2.4m，z2=7.8m； 根據l/b=4/4=1.0、z0/b=0/4.0=0查表得1.0； 根據l/b=4/4=1.0、z1/b=2.4/4.0=0.6查表得0.858； 根據l/b=4/4=1.

15、0、z2/b=7.8/4.0=0.1.95查表得0.455； 第一層土的附加(fji)應力面積A1=(1+0.858)2.4/2=2.23； 第二層土的附加(fji)應力面積A2=(0.858+0.455)5.4/2=3.54；0a1a2ad=1.0mb=4.0m2.4m5.4mP=1440A1A21.00.8580.455zn=7.8m第43頁/共60頁第四十四頁，共60頁。 第一層土的壓縮模量Es1=(1+e1)/a1=1.97/0.30=6.57MPa； 第二層土的壓縮模量Es2=(1+e1)/a2=1.97/0.25=7.88MPa; 地基(dj)土壓縮模量加權平均值計算公式為計算得7

16、.32MPa； 根據p0、地基(dj)土壓縮模量加權平均值及承載力特征值，查表得沉降計算經驗系數(shù)s=0.976。 (5)將上述各項數(shù)值代入公式，得221121EAEAAAEs d=1.0mb=4.0m2.4m5.4mP=1440A1A21.00.8580.455zn=7.8m mmazazEpazEpssss1 .4688. 7858. 04 . 2455. 08 . 757. 6858. 04 . 294976. 01122201110 第44頁/共60頁第四十五頁，共60頁。第45頁/共60頁第四十六頁，共60頁。第46頁/共60頁第四十七頁，共60頁。第47頁/共60頁第四十八頁，共60

17、頁。對變化，太沙基于對變化，太沙基于19251925年提出年提出了薄粘性土層的一維固結理論。了薄粘性土層的一維固結理論。第48頁/共60頁第四十九頁，共60頁。第49頁/共60頁第五十頁，共60頁。tuzuCv 22 wmvaeKC 1第50頁/共60頁第五十一頁，共60頁。0z第51頁/共60頁第五十二頁，共60頁。 14222sin14mTmveHzmmu 221HateKtHCvTvW 第52頁/共60頁第五十三頁，共60頁。H單面排水時孔隙水壓力(yl)分布雙面排水時孔隙水壓力(yl)分布zz排水面不透水層排水面排水面HH滲流(shn li)滲流滲流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u0=pu0=p解所反映的孔隙水壓力變化規(guī)律：第53頁/共60頁第五十四頁，共60頁。ssUt zzztuussU 1第54頁/共60頁第五十五頁，共60頁。雙面排水時，雙面排