土力學(xué)-第三章

1、土的壓縮性基本概念、土的壓縮性指標(biāo)2、地基的最終沉降量計(jì)算分層總和法、規(guī)范方法、三種特殊情況下的地基沉降計(jì)算3、沉積土層的應(yīng)力歷史超固結(jié)土、正常固結(jié)土、欠固結(jié)土、前期固結(jié)壓力4、地基沉降與時(shí)間的關(guān)系第三章土的壓縮性及地基沉降一、土的壓縮性

compressibility在壓力作用下土的體積減小。壓縮性的原因

土顆粒的壓縮

孔隙水的壓縮

孔隙的減小≈0≈0壓縮性第一節(jié)、土的壓縮性固結(jié)-土的壓縮隨時(shí)間而增長(zhǎng)的過程。飽和粘土：歷時(shí)很長(zhǎng)。無粘性土：短時(shí)間內(nèi)完成1.為什么要研究土的壓縮性2m4m地基沉降（豎向位移）PalaciodelasBellasArtes,MexicoCity墨西哥城藝術(shù)宮的下沉

墨西哥城下的土層為：表層為人工填土與砂夾卵石硬殼層，厚度5m，其下為火山灰形成的超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達(dá)7～12，含水率150～600%，層厚達(dá)數(shù)十米。該藝術(shù)宮沉降量高達(dá)4m，并造成臨近的公路下沉2m。建筑物的不均勻沉降，墨西哥城剛性護(hù)環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土樣荷載

壓縮儀

oedometer

構(gòu)造二、側(cè)限條件下土的壓縮性1、側(cè)限條件：土在壓縮過程中，只能在豎向壓縮，而側(cè)向受限不能變形?；驂嚎s量計(jì)算公式2.側(cè)限壓縮性指標(biāo)壓縮系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)壓縮系數(shù)

0.1

0.5低壓縮性中壓縮性高壓縮性壓縮指數(shù)側(cè)限壓縮模量Es土在完全側(cè)限條件下，豎向應(yīng)力增量與應(yīng)變?cè)隽恐?。?cè)限壓縮模量與壓縮系數(shù)的關(guān)系推導(dǎo)過程設(shè)土樣中土粒的高度為1，壓縮前的孔隙比為e1，壓縮后的孔隙比為e2

。則壓縮前土樣的高度為1+e1，壓縮后的高度為1+e2，土樣的壓縮量為e1-e2，相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽繛?e1-e2)/(1+e1)，按照定義，壓縮模量3.土層側(cè)限壓縮變形量計(jì)算設(shè)土樣壓縮前的厚度為h，則其壓縮量可按以下公式計(jì)算或或第二節(jié)、地基的最終沉降量地基土層在建筑物荷載作用下產(chǎn)生的變形穩(wěn)定后地基的下沉量。兩種常用計(jì)算方法（1）分層總和法（2）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007－2002）推薦的方法一、地基沉降計(jì)算——分層總和法zΔs1ds1.基本原理（1）基礎(chǔ)中心處的沉降代表基礎(chǔ)的沉降。（2）中心土柱完全側(cè)限，其壓縮量為沉降。

基本假設(shè)

沉降計(jì)算Δs2Δs3Δs4Δs8計(jì)算深度Zn至變形很小、可忽略不計(jì)的深度。無側(cè)向膨脹，直接利用壓縮試驗(yàn)的結(jié)果。2.計(jì)算步驟（1）分層細(xì)砂粘土粉質(zhì)粘土1234657890123465789（2）計(jì)算基底附加壓力Hb（3）計(jì)算自重應(yīng)力（4）計(jì)算中心點(diǎn)以下的附加應(yīng)力（5）確定壓縮底層為什么要分層？為什么要采用基底凈壓力？

應(yīng)力隨深度變化。

壓縮性隨深度變化（包括同一土層）。自重應(yīng)力附加應(yīng)力為什么要采用基底附加壓力計(jì)算地基沉降？開挖前開挖完成后卸載再加載→卸載應(yīng)力場(chǎng)（5）確定壓縮底層(地基沉降計(jì)算深度zn)目標(biāo)：之下土層的變形可忽略不計(jì)。方法：（6）計(jì)算每一層土的壓縮量問題1：如何確定e1i、e2i?e1i初始狀態(tài)自重應(yīng)力e2i終止?fàn)顟B(tài)自重應(yīng)力＋附加應(yīng)力（基底附加壓力產(chǎn)生）問題2：為何采用平均值

?同一層中的應(yīng)力分布不均勻i-1iihi自重應(yīng)力附加應(yīng)力問題：對(duì)同一土層，Es是否為常數(shù)?

同一層中，將Es作為常數(shù)，只是一種簡(jiǎn)化算法。實(shí)際上，深度不同，應(yīng)力狀態(tài)就不同，Es也隨之而變。

利用壓縮模量Es（7）計(jì)算總沉降量計(jì)算方法與步驟（1）繪制地基土層分布圖和基礎(chǔ)剖面圖。（2）地基土層分層

a.每層厚度不大于0.4b。

b.不同土層的交界面應(yīng)作為分層面。

c.

地下水位作為分層面。

d.基礎(chǔ)底面附近附加應(yīng)力的變化較大，分層厚度應(yīng)小一些。

（3）計(jì)算基礎(chǔ)底面接觸壓力

（4）計(jì)算基礎(chǔ)底面附加壓力

（5）計(jì)算各分層面處的自重應(yīng)力

（6）計(jì)算各分層面處的附加應(yīng)力

（7）確定受壓層深度，其判斷準(zhǔn)則是一般土軟土

（8）計(jì)算各土層的壓縮量

（9）計(jì)算地基最終沉降量例題3-1三、三種特殊情況下的地基沉降計(jì)算薄壓縮層地基地下水位下降大面積堆載

薄壓縮層地基圖示條形基礎(chǔ)，基巖以上為同一土層，其重度為18kN/m3，壓縮特性如下表所示，此外，基底附加壓力所產(chǎn)生的豎向應(yīng)力如圖中所示。試用分層總和法計(jì)算地基的沉降。p(kPa)020406080100120140160180e0.80.7650.740.7250.710.70.6910.6830.6760.671大面積堆載如圖所示的砂層中夾有厚度為0.2m軟弱薄層，砂的容重，壓縮模量見圖，薄層中取土樣進(jìn)行壓縮試驗(yàn)的結(jié)果見下表。試計(jì)算在圖示滿布均載由60kPa增大到100kPa的過程中，薄層產(chǎn)生的壓縮量占整個(gè)土層發(fā)生的壓縮量的百分比。（說明：薄層中豎向應(yīng)力的變化可忽略）p(kPa)020406080100120140160180e1.1001.0350.9700.9250.8950.8700.8450.82000.8000.785地下水位下降Hbi-1izi-1zihi

2.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

GB50007－2002）推薦的方法沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)（1）中等強(qiáng)度地基（2）軟弱地基（3）堅(jiān)實(shí)地基計(jì)算公式若地基為均勻土層，可由壓縮模量Es直接查表確定。否則由沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)Es的當(dāng)量值確定。其中Ai為第i層土附加應(yīng)力系數(shù)沿土層厚度的積分。地基沉降計(jì)算深度

（1）無相鄰荷載作用

b為基礎(chǔ)寬度，單位是m，適用于1～30m的范圍。（2）存在相鄰荷載影響3.相鄰荷載對(duì)地基沉降的影響兩座建筑物同時(shí)修建時(shí)本建筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力對(duì)方建筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力建筑物在對(duì)方地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力，且較近一端下的附加應(yīng)力較大，較遠(yuǎn)一端較小，兩建筑物向內(nèi)傾斜。在舊建筑旁修新建筑舊建筑新建筑本建筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力對(duì)方建筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力本建筑產(chǎn)生的自重應(yīng)力

對(duì)新建筑，舊建筑在其地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力相當(dāng)于原存壓力，對(duì)新建筑沉降的影響不大。對(duì)舊建筑，在較近的一端，新建筑在其下產(chǎn)生的附加應(yīng)力較大，而較遠(yuǎn)一端較小，故舊建筑向新建筑傾斜。（1）正常固結(jié)土

前期固結(jié)壓力：土層在歷史上所經(jīng)受的最大固結(jié)壓力，以表示。（2）超固結(jié)土（3）欠固結(jié)土第三節(jié)沉積土層的應(yīng)力歷史第四節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系1.地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和土的變形：荷載孔隙水排出變形土的滲透性、壓縮性、排水距離等碎石土和砂土：基本完成。地基沉降在施工期間完成的比例低壓縮性粘性土：50～80％中壓縮性粘性土：20～50％高壓縮性粘性土：5～20％2.飽和土的滲流固結(jié)（1）飽和土的滲流固結(jié)孔隙水排出；孔隙體積減小；由孔隙水承擔(dān)的壓力轉(zhuǎn)移到土骨架，成為有效應(yīng)力。（2）滲流固結(jié)的力學(xué)模型或

H為土層的最大排水距離，雙面排水時(shí)取土層厚度的一半，單面排水時(shí)取土層總厚度。為時(shí)間因子。若取一項(xiàng)，則有（適用于）（3）結(jié)論以上公式適用于雙面排水附加應(yīng)力線性分布的情況。單面排水時(shí)，可按α查相應(yīng)的曲線確定在附加應(yīng)力分布相同的情況下，兩個(gè)土質(zhì)相同（即cv相同）而厚度不同的土層，在達(dá)到相同的固結(jié)度時(shí)，其時(shí)間因數(shù)也相等。4.地基沉降與時(shí)間關(guān)系計(jì)算

例題5已知某工程地基為飽和粘土層，厚度為8.0