5土力学与基础工程第四章土的压缩性与地基沉降计算讲解.ppt

第四章 土的压缩性与地基沉降计算;学习目标 　　在学习土的压缩性指标确定方法的基础上，掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。 学习基本要求 　　1．掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法 　　2．掌握地基最终沉降量计算方法 　　3．熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法 　　4．掌握有效应力原理 　　5．掌握太沙基一维固结理论 　　6．掌握地基沉降随时间变化规律;地基不均匀沉降导致的墙体开裂;（墨西哥城）;墨西哥某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。 地基为20多米厚的粘土，沉降达2.2米，连结处地下基岩突起，左右两部分存在明显的沉降差。 左侧建筑物于1969年加固。;地基沉降引起的损害（意大利）;关于比萨斜塔的纠偏情况;关于比萨斜塔的纠偏情况; 在建筑物基底附加应力的作用下，地基土要产生新的变形，这种变形一般包括体积变形和形状变形。 土在外力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。;;第二节 研究土压缩性的试验及指标;;切有土样的环刀置于刚性护环中，由于金属环刀及刚性护环的限制，使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形； 在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙水的两个界面；在水槽内注水，以使土样在试验过程中保持浸在水中，因为室内压缩试验主要用于饱和土。 如需做不饱和土的侧限压缩试验，就不能浸土样于水中，但需要用湿棉纱或湿海绵覆盖于容器上，以免土样内水分蒸发； 竖向的压力通过刚性板施加给土样; 土样产生的压缩量可通过百分表量测。; 压缩仪详图; 压缩试验加荷： 常规加荷等级p为：50、100、200、300、400kPa。 每一级荷载要求恒压24小时或当在1小时内的压缩量不超过0.005mm时，认为变形已经稳定，并测定稳定时的总压缩量 ，这称为慢速压缩试验法。;;(一) e-p曲线及有关指标;图中给出了两条典型的软粘土和密实砂土的压缩曲线。 从图4-3 (a)可以看出，由于软粘土的压缩性大，当发生压力变化△p时，则相应的孔隙比的变化△e也大，因而曲线就比较陡； 反之，像密实砂土的压缩性小，当发生相同压力变化△P时，相应的孔隙比的变化△e就小，因而曲线比较平缓。 因此，可用曲线的斜率来反映土压缩性的大小。;设压力由p1增至p2，相应的孔隙比由e1减小到e2，当压力变化范围不大时，可将M1M2一小段曲线用割线来代替，用割线M1M2的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性，即： ;; 土在完全侧限条件下竖向应力增量Δp与相应的应变增量Δε的比值，称为侧限压缩模量，简称压缩模量，用Es表示。;说明： 压缩模量也不是常数，而是随着压力大小而变化。 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。 因此，在运用到沉降计算中时，比较合理的做法是根据实际竖向应力的大小在压缩曲线上取相应的孔隙比计算这些指标。;（二）土的侧限回弹曲线和再压缩曲线;可以看到不同于一般的弹性材料的是，回弹曲线不和初始加载的曲线ab重合，卸载至零时，土样的孔隙比没有恢复到初始压力为零时的孔隙比哟。 这就显示了土残留了一部分压缩变形，称之为残余变形，但也恢复了一部分压缩变形，称之为弹性变形。;(三) 室内压缩试验e-lgp曲线及有关指标;1、压缩指数Cc、 回弹指数Ce 将e-lg p曲线直线段的斜率用Cc来表示，称为压缩指数，它是无量纲量： ;卸载段和再压缩段的平均斜率称为回弹指数或再压缩指数Ce。 通常Ce＜＜Cc，一般粘性土的Ce≈（0.l～0.2）Cc。 ;2、前期固结压力 试验表明，在右图的e-lgp曲线上，对应于曲线段过渡到直线段的某拐弯点的压力值是土层历史上所曾经承受过的最大的固结压力，也就是土体在固结过程中所受的最大有效应力，称为前期固结压力，用pc来表示。 它是一个非常有用的量和概念，是了解土层应力历史的重要指标。;目前最为常用的是根据室内压缩试验作出e-lgp曲线确定pc，较简便明了的方法是卡萨格兰德（Cassagrande）1936年提出的经验作图法，具体步骤如下： （1）在e-lgp曲线拐弯处找出曲率半径最小的点A，过A点作水平线A1和切线A2； （2）作∠1A2的平分线A3，与e-lgp曲线直线段的延长线交于B点； （3）B点所对应的有效应力即为前期固结压力。 必须指出，采用这种简易的经验作图法，要求取土质量较高，绘制e-lgp曲线时还应注意选用合适的比例，否则，很难找到曲率半径最小的点A，就不一定能得出可靠的结果。 还应结合现场的调查资料综合分析确定。 ;通过测定的前期固结压力pc和土层自重应力p0（即自重作用下固结稳定的有效竖向应力）