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1、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力学土力学之第四章之第四章 集美大学港口与环境工程学院集美大学港口与环境工程学院 潘潘 以以 恒恒 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
2、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第四章：本章概要第四章：本章概要 2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3第四章：本章概要第四章：本章概要 4-24-24-34-34-6 4-6 4-7 (1)(2)(3)(4)(6)4-7 (1)(2)(3)(4)(6)4本章作业本章作业 第四章：本章
3、概要第四章：本章概要 4.1 概述概述 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算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4.1 4.1 概述概述6墨西哥城的一幢
4、建筑，墨西哥城的一幢建筑，可清晰地看见其发生的可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该沉降及不均匀沉降。该地的土层为深厚的湖相地的土层为深厚的湖相沉积层，土的天然含水沉积层，土的天然含水量高达量高达 650，液限，液限 500%，塑性指数，塑性指数 350，孔隙比为孔隙比为 15，具有极，具有极高的压缩性。高的压缩性。4.1 4.1 概述概述7工工 程程 实实 例例工工 程程 实实 例例Kiss由于沉降相互影由于沉降相互影响，两栋相邻的响，两栋相邻的建筑物上部接触建筑物上部接触4.1 4.1 概述概述8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4.1 4.1 概述概述9
5、新建筑引起原有新建筑引起原有建筑物开裂建筑物开裂4.1 4.1 概述概述10工工 程程 实实 例例建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大4.1 4.1 概述概述1147m3915019419917587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12F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 土的压缩性测土的压缩性测试方法试方法4.3 一维压缩性及一维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
6、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 地基的最终沉地基的最终沉降量计算降量计算4.5 饱和土体的渗饱和土体的渗流固结理论流固结理论概概 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134.1 概述概述 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算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土的变形特性测定方土的变形特性测定方法法现场试验现场试验 荷载试
7、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4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法15F 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1:10F 变形测量设备变形测量设备侧限压缩侧限压缩(固结固结)仪仪支架支架加压设备加压设备固结容器固结容器变形测量变形测量4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 压缩试验压缩试验16施加荷载，静置至施加荷载，静置至
8、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P1s1ptstn 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P2s2P3s3174.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 压缩试验压缩试验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)(ee1 1Es1 1Ee z=p z非线性非线性弹塑性弹塑性zzEs 加载：加载：zzEe 卸载和重加载：卸载和重加载：184.2 4.2 土的压
9、缩性测试方法土的压缩性测试方法 压缩试验压缩试验常规三轴压缩试验常规三轴压缩试验 试样试样围压围压力力 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水管量水管孔压孔压量测量测类型类型施加施加 3施加施加 1-3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194.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 三轴试验三轴试验20应力特点与试验方法应力特点与试验方法n 方法：方法：固结：加围压力固结：加围压力 1=2=3 剪
10、切：加偏差应力剪切：加偏差应力 1=1-3 n 应力特点：应力特点：试样是轴对称应力状态试样是轴对称应力状态 垂直应力垂直应力一般是大主应力一般是大主应力 1 侧向应力相等且为中、小主应侧向应力相等且为中、小主应力力 2=35.3 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验 三轴试验三轴试验试样试样水压力水压力 c轴向力轴向力F 3=c 3=c 1 3=c 1-3=F/A 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31 1e p 1 1Ei1 1Et土一般化的应力应变曲线土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
11、与围压有关 非线性（弹塑性）非线性（弹塑性）剪胀性剪胀性21131)(Et 13t 5.3 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验 三轴试验三轴试验常规三轴与侧限压缩试验常规三轴与侧限压缩试验n 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)(ee z=p z侧限压侧限压缩试验缩试验常规三常规三轴试验轴试验4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法22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 Et 与侧限变
12、形模量与侧限变形模量 Es间的间的关系关系 x xt tt tt ty yy yy yt tt tt tx xx xy yx xt tt tt tE EE EE EE EE EE E zzzz则则:ttttttttEEEzzzEt Esz1ttyx stttEE 1212zz虎克定虎克定律律yxyx 0侧限条件侧限条件4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法23土体变形的机理土体变形的机理 弹性变形弹性变形 接触点处弹性变形接触点处弹性变形 弹性挠曲变形弹性挠曲变形 颗粒翻转的可逆性颗粒翻转的可逆性 封闭气泡受压封闭气泡受压 塑性变形塑性变形 大孔隙消失大孔隙消失 接触点颗粒破碎接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂扁平颗粒断裂土体的变形特性土体的变形特性土体的特点：散粒体土体的特点：散粒体F体应变主要由孔隙体积变化引起体应变主要由孔隙体积变化引起F剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法24土的本构模型土的本构模型1E 1-3 f 1 1-3 112 1-3 11234线弹性线弹性-理想塑性理想塑性非线性弹性非线性弹性弹塑性弹塑性4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法25
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