土力学4土的压缩性与固结.pptx
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1、 本章提要本章提要 本章特点本章特点 学习难点学习难点第四章:第四章:土的压缩与固结土的压缩与固结 土的压缩性土的压缩性-测试方法和指标测试方法和指标 地基的最终沉降量地基的最终沉降量-分层总合法分层总合法 地基的沉降过程地基的沉降过程-饱和土渗流固结理论饱和土渗流固结理论 有一些较严格的理论有一些较严格的理论 有较多经验性假设和公式有较多经验性假设和公式 应力历史及先期固结压力应力历史及先期固结压力 不同条件下的总沉降量计算不同条件下的总沉降量计算 渗流固结理论及参数渗流固结理论及参数土的压缩变形问题土的压缩变形问题土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算试验方法试验方法压缩性指标压
2、缩性指标沉降的大小沉降的大小沉降的过程沉降的过程F土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法F一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标F地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算F饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性4.3 4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式4.4 4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-pe-p曲线法曲线法4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法4.6 4.6 地基沉降与时间关系土的单向固结理论地基沉降与时间关系土的单向固结理论4.7 4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地
3、基沉降第四章:第四章:土的压缩与固结土的压缩与固结仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部:左部:1709年年右部:右部:1622年年地基:地基:20多米厚粘土多米厚粘土工工 程程 实实 例例问题:问题:沉降沉降2.2米,且左右米,且左右两部分存在明显的两部分存在明显的沉降差。左侧建筑沉降差。左侧建筑物于物于1969年加固年加固仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例Kiss由于沉降相互影响,两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响,两栋相邻的建筑物上部接触仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1
4、 概述概述 新新建建筑筑引引起起原原有有建建筑筑物物开开裂裂仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例建建筑筑物物立立面面高高差差过过大大仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水47m3915019419917587沉降曲线沉降曲线(mm)工工 程程 实实 例例建筑物过长:长高比建筑物过长:长高比7.6:17.6:14.1 4.1 概述概述 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 F压缩性
5、压缩性测试测试F最终沉最终沉降量降量F沉降沉降速率速率4.2 土的压缩特性土的压缩特性一维压缩:基本方法一维压缩:基本方法 复杂条件:修正复杂条件:修正 一维固结一维固结 三维固结三维固结室内:固结试验室内:固结试验室外:荷载试验室外:荷载试验 旁压试验旁压试验4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-p曲线曲线4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgp曲线曲线4.6 土的单向固结理论土的单向固结理论4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降概概 述述F 主线、重点:一维问题!主线、重点:一维问题!第四章:第四章:土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与
6、地基沉降计算4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性4.3 4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式4.4 4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-pe-p曲线法曲线法4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法4.6 4.6 地基沉降与时间关系土的单向固结理论地基沉降与时间关系土的单向固结理论4.7 4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性土的压缩土的压缩颗粒间孔隙与颗粒间孔隙与所受到的外力所受到的外力大小有关大小有关土体的变形特性土体的变形特性土体的特点:
7、散粒体土体的特点:散粒体F外力增加,土颗粒将重新排列,导致土体发生体外力增加,土颗粒将重新排列,导致土体发生体积缩小。这种在外力作用下,土体体积缩小的现积缩小。这种在外力作用下,土体体积缩小的现象称为压缩象称为压缩仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的固结土的固结必然伴随着土中孔隙水必然伴随着土中孔隙水或孔隙气的排出,对于或孔隙气的排出,对于饱和土体,只可能是孔饱和土体,只可能是孔隙水的排出,这个排出隙水的排出,这个排出有一个过程,这种土的有一个过程,这种土的压缩随时间增长的过程压缩随时间增长的过程称为土的固结称为土的固结土体的压缩性均认土体的压缩性均认为是由于土中孔隙为是由于土中孔隙减小的结
8、果减小的结果土粒本身和孔隙水土粒本身和孔隙水 的压缩量极其微小的压缩量极其微小固结的快慢与土固结的快慢与土体渗透性有关体渗透性有关4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型l 实践背景:大面积均布荷载实践背景:大面积均布荷载侧限状态的简化模型侧限状态的简化模型pz=p不透水不透水岩层岩层饱和饱和压缩层压缩层pK0pK0pF处于侧限状态,渗流和土体的变形只沿竖向发生处于侧限状态,渗流和土体的变形只沿竖向发生p不变形不变形的钢筒的钢筒4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水Terzag
9、hi一维渗流固结模型一维渗流固结模型钢筒钢筒弹簧弹簧 水体水体 带孔活塞带孔活塞 活塞小孔大小活塞小孔大小渗透固结过程渗透固结过程初始状态初始状态边界条件边界条件物理模型物理模型p侧限条件侧限条件 土骨架土骨架 孔隙水孔隙水 排水顶面排水顶面 渗透性大小渗透性大小土体的固结土体的固结p4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型p附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=z=p有效应力有效应力:z=0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u 0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=0有效应力有效应力:
10、z=p4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水u0=pt=0u=p z=0t=u=0 z=pzu0t u0p 不透水岩层不透水岩层z排水面排水面Hu:超静孔压:超静孔压z:有效应力:有效应力p:总附加应力:总附加应力u+z=ppF土层超静孔压是土层超静孔压是z z和和t t的函数,渗流固的函数,渗流固结的过程取决于土层可压缩性(总排结的过程取决于土层可压缩性(总排水量)和渗透性(渗透速度)水量)和渗透性(渗透速度)Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的压缩性指标土的压缩性指
11、标现场试验现场试验荷载试验荷载试验旁压试验旁压试验三轴应力状态三轴应力状态侧限压缩(固侧限压缩(固结)试验结)试验三轴压缩试验三轴压缩试验室内试验室内试验一维问题一维问题4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 固结容器:固结容器:环刀、护环、导环、透水环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等石、加压上盖和量表架等F 加压设备:加压设备:杠杆比例杠杆比例1:101:10F 变形测量设备变形测量设备侧限压缩(固结)仪侧限压缩(固结)仪支架支架加加压压设设备备固结容器固结容器变形测量变形测量4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智
12、者乐水施加荷载,静置至施加荷载,静置至变形稳定变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器n 侧限压缩试验P1s1e1e0pte stn 测定:测定:轴向压缩应力轴向压缩应力 轴向压缩变形轴向压缩变形P2s2e2P3s3e34.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1e0e孔隙孔隙固体固体颗粒颗粒H0Se侧限压缩试验侧限压缩试验由三相草图:由三相草图:可得到可得到e-p关系关系4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水0p1p2p3e3e2e1e0e ep(kPa
13、)e-pe-p曲线曲线注意注意:即使对于同一种土,稳:即使对于同一种土,稳定孔隙比也不是一个绝对的值,定孔隙比也不是一个绝对的值,它与每级荷载历时的长短及荷它与每级荷载历时的长短及荷载级的大小有关。载级的大小有关。标准固结试验标准固结试验:以:以24h24h作为固结作为固结稳定标准稳定标准 。荷载级的大小可用。荷载级的大小可用荷载率表示,即新增加的荷载荷载率表示,即新增加的荷载与原有荷载比值,现行规范荷与原有荷载比值,现行规范荷载率为载率为1 1,即,即p p等于等于5050、100100、200200、400400、800kpa800kpa等等4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山
14、仁者乐山 智者乐水智者乐水荷载试验与旁压试验荷载试验与旁压试验自学4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 压缩系数压缩系数F 压缩指数与回弹再压缩指数压缩指数与回弹再压缩指数F 其它压缩性指标(体积压缩系数、其它压缩性指标(体积压缩系数、压缩模量、变形模量等)压缩模量、变形模量等)土的压缩性指标土的压缩性指标4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水e-pe-p曲线压缩系数曲线压缩系数ep0100200 3000.60.70.80.91.0e ep(kPa)F不同土的压缩系数不同,不同土的压缩系数不同,a越大,土的压缩性越大
15、越大,土的压缩性越大F同种土的压缩系数同种土的压缩系数a不是不是常数,与应力常数,与应力p有关有关F通常用通常用a1-2即应力范围为即应力范围为100-200 kPa的的a值对不值对不同土的压缩性进行比较同土的压缩性进行比较n压缩系数压缩系数KPa-1,MPa-14.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土0.1压缩系数压缩系数a1-2常用作常用作比较土的压缩性大小比较土的压缩性大小压缩系数:压缩系数:0100200 3000.60.70.80.9
16、1.0e epep(kPa)e-pe-p曲线压缩系数曲线压缩系数4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce ep(kPa,lg)e-lgp曲线压缩指数曲线压缩指数Ce 指标:指标:回弹指数(再压缩指数)回弹指数(再压缩指数)Ce Cc,一般一般Ce0.1-0.2Ccn 固结试验固结试验e elgplgp曲线:曲线:在在压力较大部分,接近直线段压力较大部分,接近直线段 指标指标:压缩指数:压缩指数n 回弹和再压缩曲线:回弹和再压缩曲线:反映了反映了土的应力历史对压缩性的影响土的应力历史对压缩性
17、的影响4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 -p曲线其它压缩指标曲线其它压缩指标初始加载初始加载Es卸载和重加载卸载和重加载EeP1s1e1e0pte stP2s2e2P3s3e31 1Es1 1Eep(kPa)=s/H0n 体积压缩系数:体积压缩系数:单位压应力变化引单位压应力变化引起的单位体积的体起的单位体积的体积变化积变化n侧限压缩模量侧限压缩模量KPa,MPa土体在单向压缩条土体在单向压缩条件下对压缩变形的件下对压缩变形的抵抗能力抵抗能力4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n变形模量变形模量 E:土体在无侧限条
18、件下应力与应变之比。土体在无侧限条件下应力与应变之比。与侧限压缩模量与侧限压缩模量 Es间的间的关系关系:则则:E s:超固结土超固结土 p1OCR1:超固结超固结OCR1OCR p pc c 当当p p2 2 p pc ce-lgpe-lgp曲线法计算地基最终沉降量曲线法计算地基最终沉降量p p0 0p p2 24.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 计算公式:计算公式:e-lgpe-lgp曲线曲线-欠固结土欠固结土e-lgpe-lgp曲线法计算地基最终沉降量曲线法计算地基最终沉降量p(lg)原位压原位压缩曲线缩曲线p
19、 pc cp p0 0Ap p0 0 p p e eCc4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法第四章:第四章:土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性 4.3 4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式 4.4 4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-pe-p曲线法曲线法 4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法 4.6 4.6 地基沉降与时间关系土的单向固结理论地基沉降与时间关系土的单向固结理论4.7 4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降仁
20、者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系19861986年:开工年:开工19901990年:人工岛完成年:人工岛完成19941994年:机场运营年:机场运营面积:面积:4370m1250m4370m1250m填筑量:填筑量:18010180106 6m m3 3平均厚度:平均厚度:33m33m地基:地基:15-21m15-21m厚粘土厚粘土问题:沉降大问题:沉降大 且不均匀且不均匀日本关西国际机场日本关西国际机场世界最大人工岛世界最大人工岛仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水关西国际机场关西国际机场设计预测沉降:设计预测沉降:5.75.77.5 m7.
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