土力学-土的压缩性和地基沉降计算.ppt

第五章 土的压缩性与地基沉降计算(compression of soil and the calculation of settlement of subgrade)土的压缩与固结 基本内容： 土的侧限压缩试验 地基沉降计算 应力历史 固结理论----沉降与时间的关系 沉降观测 重点内容： 侧限压缩曲线 地基沉降的计算方法-------分层法与规范法 及其二者的区别。 土的变形特征 基本概念 土的压缩: 土层在荷载作用下体积减小的现象 地基产生沉降或变形的内因和外因: 内因:地基土本身具有压缩性 土颗粒变形，土颗粒的重新排列，土中孔隙体积的缩小 外因:建筑物荷载在地层中引起附加应力 瞬时沉降； S=S1+S2+S3 主固结沉降 次固结沉降 饱和土体的压缩过程 蠕变效应:作为一种弹塑性材料,在长期荷载作用下,粘性土的变形随时间缓慢持续增长的现象,称为蠕变. 假定固体颗粒和水是不可压缩的 5.1 土体的压缩与沉降计算 土的压缩试验与压缩曲线 1、侧限压缩试验 圆柱土体:曲线的应力---应变关系, e---?曲线,得到侧限压缩模 量Es 2、直剪试验: 可测得土的剪应力--剪应变的关系曲线 3、三轴压缩试验:可测得土的应力--应变的关系曲线 工程应用 简化法: 符合工程所要求的精度 小应力条件下,假设土体为线性弹性体, 运用弹性力学解答进行土力学计算; 较大应力条件下,假设土体为刚性塑性体, 进行整体受力分析和计算. 5.2.2 固结系数的确定 CV=K/mVγw=K(1+e0)/ γwaV K:土体渗透系数； mV：体积压缩系数； γw：水的重度 aV：压缩系数 固结系数一般通过试验测定， 1、时间平方根拟合法 TV=πU2/4 固结度与时间因子呈直线关系 2、时间对数拟合法 P137,138 5.3.2 简单边界条件下固结度的计算1、荷载作用面积有限UF=UaFa+UbFb根据α法查表U-Tv的关系2、荷载随时间变化时固结度的计算 相邻荷载 对地基沉降的影响 1、相邻荷载影响的原因 1) 附加应力在地层中具有扩散作用 2）附加应力在相邻基础的地基中产生应力叠加 3）重叠的附加应力导致附加沉降 举例： 2、相邻荷载影响因素 *1）两基础的距离 2）荷载大小 3）地基土的性质 4）施工先后顺序 距离愈近，荷载愈大，地基愈软弱，影响愈大。 （1）软弱地基上的间隔距离 （2）不限制基础间距，但需符合一定的条件 （3）不考虑相邻荷载影响的情况 3、相邻荷载对地基沉降影响的计算 1）先用角点发计算由相邻荷载引起的附加应力 2）再计算附加应力引起的附加沉降 举例：甲、乙两个基础相邻，要求计算乙基础底面的P0对甲基础底面中心点 O引起的附加沉降。 甲：被影响建筑物 乙：影响建筑物 第1步：用角点法计算P0范围（2?abed)的荷载在O点下任意深度引起的附加应力σz 划分网格：I区：oabc II区：odec （σz ）O= 2 (?cI- ?CII) P0 第2步：用分层法或规范法计算σz 在甲地基中查生的沉降即为所求。 地基沉降与时间的关系 前面讲述的是地基的最终沉降量计算，有时对于饱和软粘土地基尚需研究地基的沉降过程或在某一个时间点的沉降大小。所以要研究地基沉降与时间的关系。 地基完成沉降（孔隙中水完全排出）所需要的时间 t 与以下因素有关： 1）土层的排水距离；2）土粒的粗细；3）孔隙的大小。 这三者统称为土的渗透性要素。渗透性影响土的沉降过程，所以影响土体完成沉降所需要的时间。 （渗透性，压缩性，剪变性是土的三大力学性质） 5.2 饱和土的渗透固结（土的固结理论） 饱和土的压缩过程又称为饱和土的固结过程。它 是一个过程的三个方面： 1）土体孔隙中自由水的逐渐排出 2) 孔隙体积逐渐缩小 3)孔隙水压力u逐渐转移为土骨架上的有效应力σ′ 模拟饱和土体的实验： 弹簧：土骨架 水：饱和土孔隙中的水 带孔活塞：排水面 活塞上σ：总应力 活塞在整个试验过程中是平衡的。 a) 加载和排水方向 b)任意时间t和u、 σ′的关系曲线 建立三个单轴坐标： σ′、u、z 注意：任意时刻饱和土体有： u+ σ′= σ 结论： u= u（t , z) 5.2.1 一维固结理论（单向固结理论