土力学课件-第4章-土的压缩性与地基沉降计算..ppt

第四章土的压缩性与地基沉降计算一、概述地基土层发生变形的主要因素沉降值的大小取决于

地基土的压缩实质◇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、土的压缩性侧限压缩试验
侧限压缩试验亦称固结试验。所谓侧限，就是使土样在竖向压力作用
下只能发生竖向变形，而无侧向变形。
室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪(下图)。试验时将切有土样的
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。压缩过程中竖向压力通过刚性板施
加给土样，土样产生的压缩量可通过百分表量测。常规压缩试验通过逐级
加荷进行试验，常用的分级加荷量p为：100，200，300，400kPa。
土的压缩是由于孔隙体积减小，所以土的变形常用孔隙比e表示。

单向固结试验或侧限固结试验单向固结试验或侧限固结试验土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。根据固结试验的结果可建立压力p与相应的稳定孔隙比的关系曲线，称为土的压缩曲线。
压缩曲线可以按两种方式绘制，一种是按普通直角坐标绘制的e-p曲线（常用）；另一种是用半对数直角坐标绘制的e-lgp曲线。要绘制e－p曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比
——e。
如何求e？看示意图：
设试样的初始高度为H0，S为某级压力下土样高度变化（用百分表量测），cm。设土粒体积为VS=1(不变)，压缩稳定后的孔隙体积为Vv1，根据土的孔隙比的定义,则受压前后土的孔隙体积分别为e0和ei。

常规试验中，一般按P=100kPa、200kPa、300kPa、400kPa四级加荷，测定各级压力下的稳定变形量S，然后由式（4-1）计算相应的孔隙比e。
压缩指标
反映土的压缩性的指标主要有压缩系数、压缩指数、压缩模量和变形
模量、体积压缩系数。
压缩系数：曲线上任意两点割线的斜率。可表示为：

式中，负号表示随着压力P的增加，e逐渐减
少。压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是
不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加
，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性
愈高。工程上，自重应力P1增加到外荷作用土
中应力P2(自重与附加应力之和)为了便于应用和比较，通常采用压力由P1＝100kPa增加到P2＝200kPa时所得的压缩系数a1-2来评定土的压缩性：

工程中，为减少土的孔隙比，从而达到加固土体的目的,常采用砂桩挤
密、重锤夯实、灌浆加固等方法压缩模量：土体在完全侧限的条件下，竖向应力增量与竖向应变增量
的比值。

现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上的载荷板
施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量s，将上述试验
得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成p-s曲线，即获得了地基土载荷
试验的结果。

1－承压板2－千斤顶3－百分表4－平台5－支墩6－堆载
地基土现场载荷试验图三、基础最终沉降量计算（一）分层总和法
计算步骤
1.确定沉降计算深度范围内的分层界面
沉降计算分层面可按下述原则确定：
第一，不同土层的分界面与地下水位
面;
第二，每一分层厚度不大于基础宽度的0.4倍。

2.计算各分层界面处土的自重应力，计算各分层界面处基底中心下竖向附加应力。
3.确定地基沉降计算深度
(1)一般取附加应力与自重应力的比值为20％处，即处的深度作为沉降计算深度的下限;
(2)若在该深度以下为高压缩性土（软土），则应取附加应力与自重应力的比值为10％处;
(3)在沉降计算深度范围内存在基岩时，zn可取至基岩表面为止。

4.计算各分层沉降量Si

5.最终变形量【例4--1】某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为4m×4m，埋深d＝1.0m，地基为粉质粘土，地下水位距天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面F＝1440kN,土的天然重度＝16.0kN/m³,饱和重度sat＝18.2kN/m³，试分别用分层总和法计算基础最终沉降（已知fak=94kPa）。
实用计算步骤：分层——→计算每一层的自重应力和附加应力——→确定计算深度——→计算每一层的平均自重应力（）

和平均附加应力()——→【例题2】有一矩形基础放置在均质粘土层上，如图所示。基础长度L=10m，宽度B=5m，埋置深度d=1.5m，其上作用着中心荷载F=10000kN。