土力学1土的压缩性与地基沉降计算.pptx
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1、土力学土力学1 1之第四章之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 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:土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 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
2、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4-2 4-2(用用E Es1-2s1-2计算计算,不计沉降计算经验系数不计沉降计算经验系数 s s粗砂可以按一层计算粗砂可以按一层计算)4-3 4-3(D=1.5m,(D=1.5m,考虑沉降计算经验修正系数,考虑沉降计算经验修正系数,p p0 0=f=fk k)4-6 4-6(按一层
3、计算)(按一层计算)4-7(1)(2)(3)(4)(6)4-7(1)(2)(3)(4)(6)4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论第四章: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
4、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 概述概述 工工 程程 实实 例例基坑开挖,引起阳台裂缝基坑开挖,引起阳台裂缝仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 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
5、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 土的压缩性测试土的压缩性测试方法方法4.3 一维压缩性及一维
6、压缩性及其指标其指标一维压缩: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:三轴压缩室内:三轴压缩 侧限压缩侧限压缩室外:荷载试验室外:荷载试验 旁压试验旁压试验4.4 地基的最终沉降地基的最终沉降量计算量计算4.5 饱和土体的渗流饱和土体的渗流固结理论固结理论概概 述述F 主线、重点:一维问题!主线、重点:一维问题!4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和
7、土体的渗流固结理论第四章: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仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法土的变形特性测定方法土的变形特性测定方法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试验侧限压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验其他特殊试验其他特殊试验室内试验室内试验一维问题一维问题仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法常规三轴压缩试验常规三轴压缩试验 试试样样围压围压力力 3阀门阀门阀门阀门马达马达横梁横梁量力环量力环百分表百分表量量水水管管孔压
8、孔压量测量测类型类型施加施加 3 3施加施加 1 1-3 3量测量测固结固结排水排水固结固结排水排水体变体变固结固结不排水不排水固结固结不排水不排水孔隙水孔隙水压力压力不固结不固结不排水不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水孔隙水压力压力常用试验类型常用试验类型仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 变形模量:变形模量:泊松比:泊松比:n一般化的应力应变曲线一般化的应力应变曲线1 1Ei1 1Et土的一般化的应力应变曲线土的一般化的应力应变曲线 弹性模量弹性模量固结排水试验固结排水试验 与围压有关与围压有关 非线性(弹塑性)非线性(弹塑性)剪胀性剪
9、胀性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法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仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法施加荷载,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
10、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P2s2e2P3s3e3仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法侧限压缩试验侧限压缩试验 侧限变形(压缩)模量:侧限变形(压缩)模量:n压缩曲线及特点压缩曲线及特点土的一般化的压缩曲线土的一般化的压缩曲线1 1Es1 1Eez=pz非线性非线性弹塑性弹塑性加载:加载:卸载和重加载:卸载和重加载:仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法常规三轴与侧限压缩试验常规三轴与侧限压缩试验n
11、应力应变关系应力应变关系曲线的比较曲线的比较F 常规三轴:常规三轴:存在破坏应力存在破坏应力F 侧限压缩试验:侧限压缩试验:不存在破坏应力不存在破坏应力 存在体积压缩极限存在体积压缩极限z=pz侧限压侧限压缩试验缩试验常规三常规三轴试验轴试验仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法常规三轴与侧限压缩试验常规三轴与侧限压缩试验n变形模量变形模量 E 与侧限变形模量与侧限变形模量 Es间的间的关系关系则则:E 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
12、数:压缩系数:0100200 3000.60.70.80.91.0e epep(kPa)仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标n压缩系数压缩系数n侧限压缩模量侧限压缩模量n 体积压缩系数体积压缩系数压缩指标间的关系压缩指标间的关系1e0e孔隙孔隙固体固体颗粒颗粒e仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce ep(kPa,lg)e-lgp曲线曲线Ce 回弹指数回弹指数 (再压缩指数)(再压缩指数)Ce s:超固结土超固结土 p1OCR
13、1:超固结超固结OCR1OCR s,点点D(eD(e0 0,s s)位于再位于再压缩曲线上压缩曲线上F过过D D点作斜率为点作斜率为CeCe的直线的直线DBDB,DBDB为原位再压缩曲线为原位再压缩曲线F以以0.420.42e e0 0在压缩曲线上确定在压缩曲线上确定C C点,点,BCBC为原位初始压缩曲线为原位初始压缩曲线FDBCDBC即为所求的原位再压缩和即为所求的原位再压缩和压缩曲线压缩曲线n 推定方法推定方法原位再压原位再压缩曲线缩曲线仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标小小 结结F -p(或(或)曲线)曲线F e p(或(或)曲线)曲
14、线F e lgp(或(或lg)曲线)曲线F 先期固结压力先期固结压力F 原位压缩曲线及原位再压缩曲线原位压缩曲线及原位再压缩曲线由侧限压缩试由侧限压缩试验整理得到的验整理得到的三条常用曲线三条常用曲线4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论第四章: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仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量
15、计算tSn粘性土地基的沉降量粘性土地基的沉降量S由机由机理不同的三部分沉降组成:理不同的三部分沉降组成:F初始瞬时沉降初始瞬时沉降 Sd:在不排在不排水条件下,由剪应变引起水条件下,由剪应变引起侧向变形导致侧向变形导致F主固结沉降主固结沉降 Sc:由超静孔由超静孔压消散导致的沉降,通常压消散导致的沉降,通常是地基变形的主要部分是地基变形的主要部分F次固结沉降次固结沉降 Ss:由于土骨由于土骨架的蠕变特性引起的变形架的蠕变特性引起的变形粘性地基的沉降类型粘性地基的沉降类型S Sd d:初始瞬时沉降:初始瞬时沉降Ss:次固结沉降次固结沉降S Sc c:主固结沉降:主固结沉降总变形:总变形:仁者乐山
16、仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 最终沉降量最终沉降量S:t t时地基最终沉降稳定以后的时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量,不考虑沉降过程。最大沉降量,不考虑沉降过程。不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层z=pp以一维侧限应力状态土的压缩特性为以一维侧限应力状态土的压缩特性为基础的基础的分层总和法分层总和法n 计算方法计算方法:仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算F单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题F地基
17、最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法F地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算HH/2H/2,e,e1 1单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题n 计算简图计算简图pz=p压缩前压缩前压缩后压缩后(a a)e-pe-p曲线曲线(b b)e-lgpe-lgp曲线曲线仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 计算公式:计算公式:e-pe-p曲线曲线单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题e ee e1 1e e2 2p p1 1p p2 2p
18、pp自重应自重应力状态力状态附加应附加应力状态力状态仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算优点优点:F可使用推定的原位压缩和再压缩可使用推定的原位压缩和再压缩曲线曲线F可考虑土层的应力历史,区分正可考虑土层的应力历史,区分正常固结土和超固结土分别进行常固结土和超固结土分别进行计算计算n 计算公式:计算公式:e-lgpe-lgp曲线曲线单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 计算公式:计算公式:e-lgpe-lgp曲线曲线-正常固结土正常固结土单一土层
19、一维压缩问题单一土层一维压缩问题F可使用推定的原位可使用推定的原位压缩曲线的压缩曲线的Cc值进值进行计算:行计算:p(lg)推定的原位推定的原位压缩曲线压缩曲线实验室试验结果实验室试验结果Cc仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 计算公式:计算公式:e-lgpe-lgp曲线曲线-超固结土超固结土单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题F可使用推定的原位压缩和再压可使用推定的原位压缩和再压缩曲线的缩曲线的Cc和和Ce值进行计算:值进行计算:p pp(lg)推定的原位推定的原位压缩曲线压缩曲线推定的原位推定的原位再压缩曲线再压缩曲线CcCe
20、当当p p2 2 p p 当当p p2 2 pipi 当当p p2i2i 1s1 硬粘土(应力扩散)硬粘土(应力扩散)S S偏大偏大,s1s1 s经验修正系数经验修正系数基底压力线性分布基底压力线性分布弹性附加应力计算弹性附加应力计算单向压缩单向压缩只计主固结沉降只计主固结沉降原状土现场取样的扰动原状土现场取样的扰动参数为常数参数为常数按中点下附加应力计算按中点下附加应力计算仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法n 结果修正结果修正地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法经验修正系数经验
21、修正系数 s s=1.4-0.2,=1.4-0.2,F与土质软硬有关与土质软硬有关F与基底附加应力与基底附加应力p p0 0/f/fk k的大小有关的大小有关20.015.07.04.02.50.20.40.71.01.1p0 0.75 fk0.20.41.01.31.4 p0 fk基底基底附加应力附加应力表表4-6 沉降计算经验系数沉降计算经验系数 sfk:地基承载力标准值:地基承载力标准值仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 准备资料准备资料 应力分布应力分布 沉降计算沉降计算建筑基础(形状、大小、重量、埋深)建筑基础(形状、大小、重量
22、、埋深)地基各土层的压缩曲线地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线原状土压缩曲线计算断面和计算点计算断面和计算点确定计算深度确定计算深度确定分层界面确定分层界面计算各土层的计算各土层的 sziszi,zizi计算各层沉降量计算各层沉降量地基总沉降量地基总沉降量自重应力自重应力基底压力基底压力基底附加应力基底附加应力附加应力附加应力 结果修正结果修正分层总和法分层总和法要点小结要点小结仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题F粘土地基的沉降量计算粘土地基的沉降量计算F砂性土地基的沉降计算砂性土地基的沉降计
23、算F单向分层总和法的评价单向分层总和法的评价仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算tSF初始瞬时沉降初始瞬时沉降 S Sd d,取决于,取决于剪切变形剪切变形F主固结沉降主固结沉降 Sc,取决于渗,取决于渗透固结过程,通常是地基透固结过程,通常是地基变形的主要部分变形的主要部分F次固结沉降次固结沉降 Ss,取决于土,取决于土骨架的蠕变变形骨架的蠕变变形粘性地基的沉降量计算粘性地基的沉降量计算总变形:总变形:S Sd d:初始瞬时沉降:初始瞬时沉降Ss:次固结沉降次固结沉降S Sc c:主固结沉降:主固结沉降仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4
24、.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算自学(详见(详见P136-140P136-140)粘土地基的沉降量计算粘土地基的沉降量计算仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算原位试验原位试验砂性土地基的沉降速率较快,沉降绝对值一般不大,且砂性土地基的沉降速率较快,沉降绝对值一般不大,且大部分在施工期完成,运用期沉降量一般不会很大大部分在施工期完成,运用期沉降量一般不会很大难以取到有代表性的土样难以取到有代表性的土样标准贯入试验标准贯入试验 静力触探试验静力触探试验 载荷板试验载荷板试验 Schmertman(薛迈脱曼)薛迈脱曼)建议的
25、简易算法建议的简易算法(P142)基于经验公式的估算方法基于经验公式的估算方法(P126,公式公式4-16)u 办法:办法:u 特点:特点:u 问题:问题:原位冻结取样原位冻结取样 单向分层总和法单向分层总和法 S S S砂性土地基的沉降量计算砂性土地基的沉降量计算仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算C 可计算成层地基可计算成层地基C 可计算不同形状基础可计算不同形状基础 -条性、矩形和园形等条性、矩形和园形等C 可计算不同基底压力分布可计算不同基底压力分布 -均匀、三角和梯形分布均匀、三角和梯形分布C 参数的试验测定方法简单参数的试验测定
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