土的压缩性讲稿.ppt

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1、关于土的压缩性第一页，讲稿共四十八页哦荷载作用下土体的压缩性;土的压缩试验（固结试验）;地基最终沉降量的计算;土的变形与时间关系(一维固结理论)。主要内容主要内容:重点：重点：土的压缩性和压缩性指标的确定;计算基础沉降的分层总和法和规范法;了解固结原理和固结随时间变化的概念.第二页，讲稿共四十八页哦土具有压缩性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的压缩特性地基厚度一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用概述概述土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率第三页，讲稿共四十八页哦工程实例工程实例问题：问题：沉降沉降2.22.2米，米，且左右两部分且左右

2、两部分存在明显的沉存在明显的沉降差。左侧建降差。左侧建筑物于筑物于19691969年年加固。加固。墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：17091709年；右部：年；右部：16221622年；地基：年；地基：2020多米厚的粘土多米厚的粘土第四页，讲稿共四十八页哦由于沉降相互影响，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第五页，讲稿共四十八页哦基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝第六页，讲稿共四十八页哦修建新建筑物：引起原有建筑物开裂修建新建筑物：引起原有建筑物开裂第七页，讲稿共四十八页哦比萨斜塔地基的不均匀沉降比萨斜塔地基的不均匀沉降第八页，讲稿共四十八页哦4

3、.1 土的压缩性土的压缩性土压缩性的组成固体土颗粒被压缩土中水及封闭气体被压缩水和气体从孔隙中被挤出土体在压力作用下体积减小的特性称为土的土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性压缩性第九页，讲稿共四十八页哦水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形试验结果：试验结果：一、侧限压缩试验一、侧限压缩试验一、侧限压缩试验一、侧限压缩试验第十页，讲稿共四十八页哦压缩曲线的绘制方式压缩曲线的绘制方式e-e-曲线曲线e-lge-lg曲线曲线0100200 30

4、04000.60.70.80.91.0e ee-e-曲线曲线第十一页，讲稿共四十八页哦10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce ee-lge-lg曲线曲线第十二页，讲稿共四十八页哦二、压缩性指标二、压缩性指标，KPKPa a-1-1或或MPMPa a-1-11、压缩系数：压缩系数：压缩曲线上任一点的切线斜率压缩曲线上任一点的切线斜率a a的值，的值，称为土的压缩系数。称为土的压缩系数。实际工程中，往往用割线斜率表示：实际工程中，往往用割线斜率表示：0100200 3004000.60.70.80.91.0e ea a1-21-2常用作比常用作比较土的压缩较土

5、的压缩性大小性大小第十三页，讲稿共四十八页哦2、压缩指数压缩指数C Cc c：10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce e压缩指数压缩指数e-e-曲线缺点：曲线缺点：不能反映土的应力历史不能反映土的应力历史 特点特点：有一段较长的直线段有一段较长的直线段指标：指标：第十四页，讲稿共四十八页哦3、压缩模量压缩模量E Es s：土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。侧限压缩模量单位：侧限压缩模量单位：KpKpa a,Mp,Mpa a第十五页，讲稿共四十八页哦三、土的回弹曲线与三、土的回弹曲线与再压缩曲线

6、再压缩曲线土的回弹曲线与再压缩曲线土的回弹曲线与再压缩曲线第十六页，讲稿共四十八页哦4.2 地基最终沉降量的计算地基最终沉降量的计算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最大时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。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第十七页，讲稿共四十八页哦1 1、基本假定和基本原理、基本假定和基本原理理论上不够完备，缺乏统一理论；理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半经验性方法单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。一、地基最终沉降量分层总和法一、地基最终沉降量分层总和法（a a）假设基底压力为线性

7、分布）假设基底压力为线性分布 （b b）附加应力用弹性理论计算）附加应力用弹性理论计算（c c）只发生单向沉降：侧限应力状态）只发生单向沉降：侧限应力状态（d d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降（e e）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和各层沉降量之和：第十八页，讲稿共四十八页哦2 2、计算公式：、计算公式：最终沉降量最终沉降量：各分层沉降量各分层沉降量：第十九页，讲稿共四十八页哦3 3、计算步骤：、计算步骤：d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降

8、计算深度沉降计算深度sziziHi(a)(a)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(b)(b)基底附加压力基底附加压力p p0 0(c)(c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布(d)(d)确定计算深度确定计算深度z zn n(e)(e)地基分层地基分层HiHi不同土层界面不同土层界面；地下水位线地下水位线；每层厚度不宜每层厚度不宜0.4B4B或或4m4m；z z 变化明显的土层，适当取小变化明显的土层，适当取小。(g)(g)各层沉降量叠加各层沉降量叠加 S Si i(f)(f)计算每层沉降量计算每层沉降量S Si ip p0 0=p-=p-d dz z是由基底附加

9、应力是由基底附加应力 p-d p-d 引起的引起的 一般土层一般土层：z z=0.2=0.2 szsz；软粘土层软粘土层：z z=0.1=0.1 szsz；一般房屋基础一般房屋基础：Z Zn n=B(2.5-0.4lnB)=B(2.5-0.4lnB)；基岩或不可压缩土层基岩或不可压缩土层。第二十页，讲稿共四十八页哦二、二、建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范方法方法 在总结大量实践经验的基础上，对分层总和法的计算结果，作必要的在总结大量实践经验的基础上，对分层总和法的计算结果，作必要的修正。修正。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007-2002GB50007-2002）提

10、出的一种计算方法）提出的一种计算方法简称简称“规范法规范法”。规范规范法的实质：法的实质：(1)(1)引入平均附加应力系数的概念引入平均附加应力系数的概念(2)(2)引入一个沉降计算经验系数引入一个沉降计算经验系数ss则修正后则修正后的地基沉降量为：的地基沉降量为：软粘土软粘土（应力集中）（应力集中）S偏小偏小,s1 硬粘土硬粘土（应力扩散）（应力扩散）S偏大偏大,s1沉降经验修正系数沉降经验修正系数第二十一页，讲稿共四十八页哦1.计算原理设地基土层均质、压缩模量不随深度变化设地基土层均质、压缩模量不随深度变化，则：，则：A应力面积应力面积:深度深度Z Z范围内竖范围内竖向平均附加应力向平均附

11、加应力系数系数第二十二页，讲稿共四十八页哦第二十三页，讲稿共四十八页哦2.地基沉降深度计算对于地基的计算深度，即受压层深度，可分两种情况：对于地基的计算深度，即受压层深度，可分两种情况：无相邻荷载的基础中点下无相邻荷载的基础中点下:式中式中b-b-基础宽度，适用于基础宽度，适用于1m50m1m50m范围。范围。存在相邻荷载影响存在相邻荷载影响:：在计算深度：在计算深度znzn范围内，第范围内，第i i层土的沉降值层土的沉降值：在：在z zn n处向上取厚度处向上取厚度z z土层的计算沉降量，土层的计算沉降量，z z按规定确定。按规定确定。计算层厚度计算层厚度 z z值的选取值的选取：第二十四页

12、，讲稿共四十八页哦作业：习题3.1，3.3，3.4，3.8，3.11，3.13第二十五页，讲稿共四十八页哦第二十六页，讲稿共四十八页哦第二十七页，讲稿共四十八页哦第二十八页，讲稿共四十八页哦4.3 单向固结理论单向固结理论一、饱和土的渗透固结一、饱和土的渗透固结 实践背景：大面积均布荷载实践背景：大面积均布荷载p不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z=pp侧限应力状态侧限应力状态1 1、一维渗流固结理论（一维渗流固结理论（TerzaghiTerzaghi渗流固结理论）渗流固结理论）第二十九页，讲稿共四十八页哦 物理模型物理模型ppp附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=z=p有效应

13、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:z=p第三十页，讲稿共四十八页哦土层均匀且完全饱和；土层均匀且完全饱和；土颗粒与水不可压缩；土颗粒与水不可压缩；变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；荷载均布且一次施加；荷载均布且一次施加；假定假定 z z=const=const渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；压缩系数压缩系数a a是常数。是常数。基本假定：基本假定：求解思路：求解思路：总应力已知总应力已知有效应力原理有

14、效应力原理超静孔隙水压力的时空分布超静孔隙水压力的时空分布 数学模型数学模型第三十一页，讲稿共四十八页哦建立方程：建立方程：微小单元（微小单元（11dz）微小时段（微小时段（dt）孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量土的压缩特性土的压缩特性有效应力原理有效应力原理达西定律达西定律超静孔隙水压力的时空分布超静孔隙水压力的时空分布超静孔隙水压力超静孔隙水压力超静孔隙水压力超静孔隙水压力土骨架的体积变化土骨架的体积变化不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z z第三十二页，讲稿共四十八页哦固体体积：固体体积：孔隙体积：孔隙体积：dt时段内：时段内：孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化

15、流出的水量第三十三页，讲稿共四十八页哦dt时段内：时段内：孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量土的压缩性：土的压缩性：有效应力原理：有效应力原理：达西定律达西定律:孔隙体积的变化土骨架的体积变化孔隙体积的变化土骨架的体积变化第三十四页，讲稿共四十八页哦C Cv v 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度；反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度；C Cv v 与渗透系数与渗透系数k k成正比，与压缩系数成正比，与压缩系数a a成反比；成反比；（cmcm2 2/s/s；m m2 2/year/year）固结系数固结系数第三十五页，讲稿共四十八页哦 线性齐次抛物线型微分方程式，一

16、般可用分离变量方法求解。线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出uz,t。（1 1）求解思路：）求解思路：求解方程：求解方程：第三十六页，讲稿共四十八页哦不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z=pp0 z H:u=pz=0:u=0z=H:u z 0 z H:u=0（2 2）边界、初始条件：）边界、初始条件：z z第三十七页，讲稿共四十八页哦(3)(3)微分方程的解微分方程的解时间因数时间因数m1，3，5，70 z H:u=pz=0:u=0z=H:u z 0 z H:u=0基本微分方程：基本微分

17、方程：初始边界条件：初始边界条件：微分方程的解：微分方程的解：反映孔隙水压力的消散程度固结程度反映孔隙水压力的消散程度固结程度第三十八页，讲稿共四十八页哦H单面排水时孔隙水压力分布单面排水时孔隙水压力分布双面排水时孔隙水压力分布双面排水时孔隙水压力分布z zz z排水面排水面不透水层不透水层排水面排水面排水面排水面渗流渗流渗流渗流渗流渗流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u u0 0=p=pu u0 0=p=p时间因数时间因数m1，3，5，7HH第三十九页，讲稿共四十八页哦4.4 固结沉降随时间变化的预测固结沉降随时间变化的

18、预测一、一、固结度的计算固结度的计算 一点一点M：地地 层：层：一层土的平均固结度一层土的平均固结度Uz,t=01：表征总应力中有效应力所占比例表征总应力中有效应力所占比例1 1、基本概念、基本概念第四十页，讲稿共四十八页哦2 2、平均固结度、平均固结度U Ut t与沉降量与沉降量S St t之间的关系之间的关系t时刻：时刻：确定确定St的关键是确定的关键是确定Ut 确定确定Ut的核心问题是确定的核心问题是确定uz.t在时间在时间t t的沉降与最终沉降量之比的沉降与最终沉降量之比第四十一页，讲稿共四十八页哦3.3.地基沉降过程计算地基沉降过程计算1)基本计算方法基本计算方法均布荷载，单向排水情

19、况均布荷载，单向排水情况确定地基的平均固结度确定地基的平均固结度Ut已知已知解得解得近似近似Tv反映固结程度反映固结程度第四十二页，讲稿共四十八页哦不透水边界不透水边界透水边界透水边界渗渗流流123固结度固结度UzUz与时间因数与时间因数TvTv的关系曲线的关系曲线第四十三页，讲稿共四十八页哦（1）压缩应力分布不同时压缩应力分布不同时2)2)常见计算常见计算条件条件实践背景：实践背景：H H小，小，p p大大自重应力自重应力附加应力附加应力自重应力自重应力附加应力附加应力压缩土层底面的附加应力压缩土层底面的附加应力还不接近零还不接近零应力分布：应力分布：12534基本情况：基本情况：不透水边界

20、不透水边界透水边界透水边界第四十四页，讲稿共四十八页哦（2）双面排水时双面排水时无论哪种情况，均按情况无论哪种情况，均按情况1计算；计算；压缩土层深度压缩土层深度H取取1/2值值透水边界应力分布：应力分布：12534基本情况：基本情况：透水边界H第四十五页，讲稿共四十八页哦二、有关沉降时间的工程问题二、有关沉降时间的工程问题1 1、次固结沉降问题、次固结沉降问题2 2、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉降时间关系降时间关系3 3、与固结相关的施工方法、与固结相关的施工方法见教材见教材P105-107第四十六页，讲稿共四十八页哦土的压缩性测

21、试方法土的压缩性测试方法一、侧限压缩试验及其表示方法一、侧限压缩试验及其表示方法一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e-e-曲线曲线二、二、e-lge-lg曲线曲线三、原位压缩曲线及再压缩曲线三、原位压缩曲线及再压缩曲线一、单一土层一维压缩问题一、单一土层一维压缩问题二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法三、地基最终沉降量规范法三、地基最终沉降量规范法地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算一、一、一维渗流固结理论一维渗流固结理论二、固结度的计算二、固结度的计算三、固结沉降随时间的变化关系三、固结沉降随时间的变化关系四、四、与固结有关的施工方法与固结有关的施工方法饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论小结小结第四十七页，讲稿共四十八页哦感谢大家观看第四十八页，讲稿共四十八页哦