土的压缩性和地基沉降计算学习教案

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1、土的压缩性和地基土的压缩性和地基(dj)沉降计算沉降计算第一页，共30页。土的压缩性是指土在压力作用(zuyng)下体积缩小的特性压缩量的组成固体颗粒(kl)的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出占总压缩(y su)量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程第1页/共30页第二页，共30页。无粘性土地基上的建筑物土的透水性强，压缩性低沉降(chnjing)很快完成粘性土地基上的建筑物土的透水性弱，压缩性高

2、达到沉降稳定所需时间(shjin)十分漫长n播放动画n饱和土的压缩主要是由于土的外荷作用下孔隙水被挤出，以致孔隙体积减小所引起的n饱和土孔隙中自由水的挤出速度，主要取决于土的渗透性和土的厚度n渗透固结：与自由水的渗透速度有关的饱和土固结过程第2页/共30页第三页，共30页。土体中由孔隙(kngx)水所传递的压力n有效应力是指由土骨架所传递的压力(yl)，即颗粒间接触应力模型演示得到：饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力(yl)向有效力应力转化的过程，在任一时刻，有效应力和孔隙水压力(yl)u之和始终等于饱和土体的总应力u饱和土体有效应力原理n孔隙水压力u是指外荷p在土孔隙水中所引起的超静水压力第

3、3页/共30页第四页，共30页。有效应力的概念：通过土颗粒(kl)骨架传递的应力孔隙水压力的概念：通过(tnggu)孔隙水来传递的压力第4页/共30页第五页，共30页。有效(yuxio)应力原理u加在饱和土体任意(rny)点的总应力 ，应由土颗粒和孔隙水应力共同承担 ，即：当地面以上水深h1发生升降变化时，可以引起土中总应力(yngl) 的变化，但是有效应力(yngl)不会随水位的升降发生变化，同时土骨架也不会发生变形第5页/共30页第六页，共30页。研究土在侧向受限，只有竖向产生压缩变形下的压缩性大小及其特征的室内试验(shyn)方法，亦称固结试验(shyn)主要试验(shyn)仪器：侧限压

4、缩仪三联固结仪第6页/共30页第七页，共30页。刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩(y su)，不产生侧向变形第7页/共30页第八页，共30页。2.压缩(y su)试验原理一固结( ji)土样，受荷前A，V0，H0，e0，土粒体积Vs0土样在任意一级荷载作用下达到稳定后的高度为 ，孔隙比ei ，土粒体积不变，0iiHHs0sisVV压缩(y su)前 且000001svsVVVVe00VAH压缩后 且 1ivisisiiVVVVeiiVAH得00011siiisVeHHVe0001iiseeeH第8页/共30页第九页

5、，共30页。研究土在不同(b tn)压力作用下，孔隙比变化规律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土样在压缩(y su)前后变形量为s，整个过程中土粒体积和底面积不变01011HHee土粒高度在受压前后不变)1(000eHsee整理1)1(000wswGe其中根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线p第9页/共30页第十页，共30页。n1.土的回弹(hu dn)与再压缩pe弹性变形塑性变形adbcb 压缩曲线回弹曲线再压缩曲线n1.土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是(b shi)完全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性

6、变形n2.土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低n2.粘性土沉降的三个组成部分scdssssn1.sd 瞬时沉降n2.sc 固结沉降n3. ss 次固结沉降第10页/共30页第十一页，共30页。e0eppee-p曲线(qxin)压缩性不同(b tn)的土，曲线形状不同(b tn)，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高根据压缩曲线可以得到四个压缩性指标1.压缩系数a 2.压缩指数Cc3.压缩模量Es 4. 变形模量E0曲线A曲线B曲线A压缩性曲线B压缩性第11页/共30页第十二页，共30页。土体在侧限条件下孔

7、隙比减少量与竖向压应力增量(zn lin)的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线(qxin)pe利用单位(dnwi)压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性，不是常量规范用p1100kPa、 p2200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性n a1-20.1MPa-1低压缩性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中压缩性土n a1-20.5MPa-1高压缩性土1221 ppeepea斜斜率率第12页/共30页第十三页，共30页。在曲线上其后部很长一段为直线(zhxin)，此直线(zhxin)段的斜率为土体的压缩系数Cc1221

8、lglgceeCpp0.2cC 低压缩性土 中压缩性土0.20.35cC 高压缩性土0.35cC 第13页/共30页第十四页，共30页。土在侧限条件下竖向压应力(yngl)与竖向总应变的比值，或称为侧限模量11seEa说明(shumng)：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比， Es愈大， a愈小，土的压缩性愈低规范用p1100kPa、 p2200kPa对应的压缩模量Es评价土的压缩性n Es 1-24MPa 高压缩性土n4MPa Es 1-215MPa中压缩性土n Es 1-215MPa 低压缩性土第14页/共30页第十五页，共30页。n4.变形(bin xng)模量E0土在无侧限条件下

9、竖向压应力(yngl)与竖向总应变的比值。变形(bin xng)模量与压缩模量之间关系其中sEE01212土的泊松比，一般00.5之间第15页/共30页第十六页，共30页。地基最终(zu zhn)沉降量地基变形稳定后基础底面的最大竖向位移1.基本假设n地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力n在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标 为了弥补假定所引起误差，取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降2.计算原理n分层总和法是将地基压缩层范围内的土层分为若干薄层，根据压缩试验得到的e-p或e-lgp曲线计算每一层的变形量，

10、然后求和作为地基土压缩的最终沉降量第16页/共30页第十七页，共30页。3.单一压缩土层的沉降计算在一定均匀厚度土层上施加连续(linx)均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。压缩层范围的确定 以下的土层(t cn)可以不计变形量但是下部有软弱土层(t cn)时，压缩层计算深度应满足/0.2zcz/0.1zcz第17页/共30页第十八页，共30页。p可压缩土层(t cn)H1H0s土层(t cn)竖向应力由p1增加到p2，引起孔隙比从e1减小到e2，竖向应力增量为p1121211HeeeHHs1221 ppeepea由于(yuy)所以11121)(1HEpHp

11、peass4.单向压缩分层总和法n分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量si,基础的平均沉降量s等于si的总和1niiss第18页/共30页第十九页，共30页。122111()11iiiiiiiiiiiisieeapppsHHHeeEe1i由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线(qxin)上得到的相应孔隙比 e2i由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线(qxin)上得到的相应孔隙比n1.按比例(bl)绘制土层分布图和基础剖面图n2.将地基土分层n3.计算基底压力和基底附加压力n4.计算各分层上、下层面处的自重应力和附加应力n5.确定压缩层深度znn6.计算压缩层内各层土

12、的平均自重应力 和平均附加应力n4.在e-p曲线上根据 和 查出相应的孔隙比；然后计算各分层沉降量n5.计算基础最终沉降量czizi1czip2czizipis第19页/共30页第二十页，共30页。n确定基础(jch)沉降计算深度 一般取附加应力与自重(zzhng)应力的比值为20处，即z=0.2cz处的深度作为沉降计算深度的下限n确定地基分层1.不同土层的分界面与地下水位面为天然分层面2.每层厚度hi 0.4b；基底面积很大时，分层厚度hi 0.25bn计算各分层沉降量 根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量 对于软土，应该取z=0.1cz处n计算基础最终沉降量iiii

13、iheees1211niiss1d地基沉降计算深度cz线z线第20页/共30页第二十一页，共30页。（1）优点：适用于各种成层土和各种荷载的沉降量计算；压缩指标a,Es等易确定。（2）缺点：作了许多假设，与实际情况不符(bf)，侧限条件，基底压力计算有一定误差；室内试验指标也有一定误差；计算工作量大；利用该法计算结果，对坚实地基，其结果偏大，对软弱地基，其结果偏小。第21页/共30页第二十二页，共30页。n由建筑地基基础设计规范（GB500072002）提出n分层总和法的另一种形式n沿用分层总和法的假设(jish)，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数 均质地基土，在侧限条件下，压缩(

14、y su)模量Es不随深度而变，从基底至深度z的压缩(y su)量为szzszszEAdzEdzEs001附加应力面积深度z范围内的附加应力面积dzAzz0附加应力通式z=K p0代入引入平均附加应力系数zpAzKdzz00因此附加应力面积表示为zpA0sEzps0因此zKdzp00第22页/共30页第二十三页，共30页。利用附加应力面积A的等代值计算地基任意(rny)深度范围内的沉降量，因此第i层沉降量为)(11011iiiisisiiiiiizzEpEAAsss根据分层总和法基本(jbn)原理可得成层地基最终沉降量的基本(jbn)公式zi-1地基沉降计算深度znzizzi-153 4612

15、b12345612ip0i-1p0p0p0第n层第i层zi)(11101iiiinisiniizzEpssAiAi-1第23页/共30页第二十四页，共30页。地基沉降(chnjing)计算深度zn应该满足的条件)(1110iiiinisisszzEpsszi、zi-1基础(jch)底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)i、i-1基础底面至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数niinss1025.0 当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面(biomin)为止 当无相邻荷载

16、影响，基础宽度在130m范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算)ln4 .05 .2(bbzn 为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经验系数s，可以查有关系数表得到地基最终沉降量修正公式第24页/共30页第二十五页，共30页。n【例】某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为4m4m，埋深d1.0m，地基为粉质粘土，地下水位距天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面F1440kN,土的天然重度16.0kN/m,饱和重度 sat17.2kN/m，有关计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算基础最终(zu zhn)沉降（已知fk=94kPa）3.4md=1mb=4mF=

17、1440kN501002003000.900.920.940.96e第25页/共30页第二十六页，共30页。nA.分层总和(zngh)法计算1.计算(j sun)分层厚度每层厚度hi 0.4b=1.6m，地下水位以上分两层，各1.2m，地下水位以下按1.6m分层2.计算地基土的自重应力自重应力从天然地面起算，z的取值从基底面起算z(m)cz(kPa)01.22.44.05.67.21635.2 54.4 65.9 77.4 89.03.计算基底压力kNAdGG320kPaAGFp1104.计算基底附加压力kPadpp9403.4md=1mF=1440kNb=4m自重应力曲线附加应力曲线第26页

18、/共30页第二十七页，共30页。5.计算基础中点下地基中附加(fji)应力用角点法计算，过基底中点将荷载面四等(s dn)分，计算边长l=b=2m， z=4Kcp0,Kc由表确定z(m)z/bKcz(kPa)c(kPa)z /czn (m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.60.25000.22290.15160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.26.确定(qudng)沉降计算深度zn根据z = 0.2c的确定原则，由计算结果，取zn=7.2m7.最终沉降

19、计算根据e-曲线，计算各层的沉降量第27页/共30页第二十八页，共30页。z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.0c(kPa)h(mm)12001600160016001600c(kPa)25.644.860.271.783.2z(kPa)88.970.444.325.315.6z+ c(kPa)114.5115.2104.597.098.8e10.9700.9600.9540.9480.944e20.9370.9360.9400.9420.940e1i- e2i1+ e1i0.06180.

20、01220.00720.00310.0021si(mm)20.214.611.55.03.4按分层总和法求得基础(jch)最终沉降量为s=si =54.7mmnB.规范(gufn)法计算1. c 、z分布及p0计算(j sun)值见分层总和法计算(j sun)过程2. 确定沉降计算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m3. 确定各层Esi)(112211iiiiisippeeeE4. 根据计算尺寸，查表得到平均附加应力系数第28页/共30页第二十九页，共30页。5.列表计算(j sun)各层沉降量siz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.615292577

21、1615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94054.77.8l/bz/b3.9z(m)0.25000.24230.21490.17460.14330.12050.113600.29080.51580.69840.80250.867608861izi- i-1zi-1(m)0.29080.22500.18260.10410.06510.0185Esi(kPa)7448s(mm)20.714.711.24.83.30.9s(mm)55.6根据(gnj)计算表所示z=0.6m, sn =0.9mm 0.025 si =55.6mm满足(mnz)规范要求 6.沉降修正系数s根据Es =6.0MPa， fk=p0 ，查表得到s =1.17.基础最终沉降量 s= s s =61.2mm第29页/共30页第三十页，共30页。