3第3章 土的压缩与地基沉降计算.pdf

本课程的重点之一

学习要求：

变形

掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法；

◆掌握地基最终沉降量计算方法；

◆熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法；

掌握太沙基一维固结理论；

掌握地基沉降随时间变化规律。

应力

◆掌握土中自重应力计算；

◆掌握基底压力和基底附加压力分布与计算；

掌握圆形面积均布荷载、矩形面积均布荷载、矩形面积三角形分布

荷载以及条形荷载等条件下的土中竖向附加应力计算方法；

了解地基中其他应力分量的计算公式。

3.1土的变形特性

如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本身的自重

应力，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附加应力作

用，这都将导致地基土体的变形。

土体变形可分为：体积变形和形状变形。

本章只讨论由正应力引起的体积变形，即由于外荷载导致地基内正应

力增加，使得土体体积缩小。

在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起建筑物基础的

竖直方向的位移（或下沉）称为沉降。

为什么研究沉降？

基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，将影响上部建筑物的正

常使用，甚至会危及建筑物的安全。

地基土层发生变形的主要因素

内因：土具有压缩性外因：主要是建筑物荷载的作用

固相矿物本身压缩建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素

土中液相水的压缩地下水位大幅度下降

土中孔隙的压缩施工影响，基槽持力层土的结构扰动

在外力作用下，土颗粒重振动影响，产生震沉

新排列，土体体积缩小的现象

称为压缩。通常，均认为土体温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化

压缩完全是由于土中孔隙体积

减小的结果。浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉

土的压缩随时间增长的过

程称为土的固结。

即在自重应力或附加应力作用下，地基土要产生附加变形，包括体积

变形和形状变形。对于土来说，体积变形通常表现为体积缩小。我们把这

种在外力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。

土的压缩性主要有两个特点：

☆土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的；

☆由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说需要时间，将

土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。

在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位

移称为沉降。研究建筑物沉降包含两方面的内容：

☆绝对沉降量的大小，亦即最终沉降；

☆沉降与时间的关系，主要介绍太沙基的一维固结理论。

二、土的应力应变关系

应力～应变关系的假定

真实土的应力～应变关系是非常复杂的，目前常把土当成线弹性体，

即假定其应力与应变呈线性关系，服从广义虎克定律，从而可直接应用弹

性理论得出应力的解析解。

1.关于连续介质问题

弹性理论要求：受力体是连续介质。而土是由三相物质组成的碎散颗

粒集合体，不是连续介质。

2.关于线弹性体问题

理想弹性体的应力与应变成正比直线关系，且应力卸除后变形可以完

全恢复。土体则是弹塑性物质，它的应力应变关系是呈非线性的和弹塑性

的，且应力卸除后，应变也不能完全恢复。

3.关于均质、等向问题

理想弹性体应是均质的各向同性体。而天然地基往往是由成层土组成，

为非均质各向异性体。

土中应力计算的目的及方法

土中应力增量将引起土的变形，从而使建筑物发生下沉、倾斜及水

平位移等；

土中应力过大时，也会导致土的强度破坏，甚至使土体发生滑动而

失稳。

1土中一点应力状态分析

•应力状态——一点所有截面应力矢量的集合。

通过平面应力问题分析，一点的应力状态可由sx，sy，txy或最大、最

小主应力s1，s3完全确定。