土體壓縮與變形

1、概 述自重應力下壓縮變形已穩(wěn)定，不考慮附加應力導致地基土體變形變形原因第3章 土的壓縮性目前我們在研究土的壓縮性，均認為土的壓縮完至是由于孔隙中水和氣體向外排出而引起的。土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性壓縮量的組成固體顆粒的壓縮土中水的壓縮空氣的排出水的排出占總壓縮量的1/400不到，忽略不計壓縮量主要組成局部說明：土的壓縮被認為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果無粘性土粘性土透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程概 述沉降豎向變形： 在附加應力作用下，地基土產(chǎn)生體積縮小，從而引起建筑物根底的豎直方向

2、的位移或下沉稱為沉降為什么研究沉降？根底的沉降量或者各部位的沉降差過大，那么將影響上部建筑物的正常使用，甚至會危及建筑物的平安。壓縮與變形主要內(nèi)容土的壓縮性試驗及壓縮指標；地基最終變形計算方法；沉降與時間的關系。剛性護環(huán)加壓上蓋透水石環(huán)刀基座透水石土樣荷載壓縮儀示意圖一、室內(nèi)固結(jié)試驗與壓縮曲線注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形一、室內(nèi)固結(jié)試驗與壓縮曲線e-p曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土樣在壓縮前后變形量為s，整個過程中土粒體積和底面積不變土粒高度在受壓前后不

3、變整理其中根據(jù)不同壓力p作用下，到達穩(wěn)定的孔隙比e，繪制e-p曲線，為壓縮曲線p假定試樣土粒本身體積不變，土的壓縮僅由于孔隙體積的減小，因此土的壓縮變形常用孔隙比e的變化來表示。壓力p與相應的穩(wěn)定孔隙比e的關系曲線稱為e - p壓縮曲線e - p 曲 線e0eppee-p曲線壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高曲線A曲線B曲線A壓縮性曲線B壓縮性二、壓縮指標用單位壓力增量所引起的孔隙比的改變，即壓縮曲線的割線坡度表征土的壓縮性的上下。1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a是表征土壓縮性的重要指標之一。在工程中，習慣上采用100kPa和

4、200kPa范圍的壓縮系數(shù)來衡量土的壓縮性上下。我國的?建筑地基根底設計標準?按a1-2的大小，劃分地基土的壓縮性。 當a1-20.1MPa-1時 屬低壓縮性土 當0.1MPa -1 a1-20.5MPa -1時 屬中壓縮性土 當a1-2 0.5MPa -1時 屬高壓縮性土2.壓縮模量Es土在側(cè)限條件下豎向壓應力與豎向總應變的比值，或稱為側(cè)限模量說明：土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù) a成反比， Es愈大，a 愈小，土的壓縮性愈低。 當ES4MPa時 屬高壓縮性土 當4MPa ES 20MPa 時 屬中壓縮性土 當ES 20MPa 時 屬低壓縮性土Vve1Vs1H1Vs1P2H2s土樣穩(wěn)定變形

5、量為s，整個過程中土粒體積和底面積不變土粒高度在受壓前后不變P1Vve23.3 地基最終沉降量計算1計算假設 1、土的壓縮完全是由于孔隙體積減小導致骨架變形的結(jié)果，土粒本身的壓縮可忽略不計； 2、土層僅產(chǎn)生豎向壓縮，而無側(cè)向變形，并以根底中心點的沉降代表根底的沉降量； 3、土層均質(zhì)且在土層厚度范圍內(nèi)，壓力是均勻分布的。一、分層總和法2單向壓縮量公式土層豎向應力由p1增加到p2，引起孔隙比從e1減小到e2，豎向應力增量為p工程計算地基的沉降時，在地基可能產(chǎn)生壓縮的土層深度內(nèi)，按土的特性和應力狀態(tài)的變化將地基分為假設干層，假定每一層土質(zhì)均勻且應力沿厚度均勻分布，然后對每一土層分別計算其壓縮量，最后

6、將各分層的壓縮量總和起來，即得地基外表的最終沉降量3計算方法分別計算根底中心點下地基中各個分層土的壓縮變形量si,根底的平均沉降量s等于si的總和e1i由第i層的自重應力均值從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比 e2i由第i層的自重應力均值與附加應力均值之和從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比4單向壓縮分層總和法計算步驟1.將地基分層2.計算地基中土的自重應力分布3.計算基底附加應力4.計算地基中豎向附加應力分布5.確定地基沉降計算深度6.計算各分層平均自重應力和平均附加應力7.計算各分層沉降量8.計算根底最終沉降量地基分層1.不同土層的分界面與地下水位面為天然層面2. 每層厚度hi 0.4b，對每一

7、分層可以認為壓力是均勻分布的。計算地基中土的自重應力分布求出計算點垂線上各分層層面處的豎向自重應力，并繪出它的分布曲線 計算地基中豎向附加應力分布求出計算點垂線上各分層層面處的豎向附加應力，并繪出它的分布曲線沉降計算深度通常是按照附加豎向應力與自重應力之比確定壓縮層的厚度，假設沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時，計算至基巖外表為止。 一般粘土軟粘土多深適宜呢？平均自重應力和平均附加應力計算各分層的壓縮量 根據(jù)e-p壓縮曲線計算任一分層沉降量 地基的總沉降量最后將每一分層的壓縮量累加，即得地基的總沉降量為：【例】某廠房柱下單獨方形根底，根底底面積尺寸為4m4m，埋深d1.0m，地基為粉質(zhì)粘土，地下水位距天

8、然地面3.4m。上部荷重傳至根底頂面F1440kN,土的天然重度16.0kN/m,飽和重度 sat17.2kN/m，有關計算資料如以下圖。試用分層總和法計算根底最終沉降fk=94kPa3.4md=1mb=4mF=1440kN501002003000.900.920.940.96e【解答】1.計算分層厚度每層厚度hi 0.4b=1.6m，地下水位以上分兩層，各1.2m，地下水位以下按1.6m分層2.計算地基土的自重應力自重應力從天然地面起算，z的取值從基底面起算z(m)c(kPa)01.22.44.05.67.21635.254.465.977.489.03.計算基底壓力4.計算基底附加壓力3.

9、4md=1mF=1440kNb=4m自重應力曲線附加應力曲線5.計算根底中點下地基中附加應力用角點法計算，過基底中點將荷載面四等分，計算邊長l=b=2m， z=4Kcp0,Kc由表確定z(m)z/bKcz(kPa)c(kPa)z /czn (m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.60.25000.22290.15160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.26.確定沉降計算深度zn根據(jù)z = 0.2c確實定原那么，由計算結(jié)果，取zn=7.2m7.最終沉降計算根

10、據(jù)e-p曲線，計算各層的沉降量z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.0c(kPa)h(mm)12001600160016001600c(kPa)25.644.860.271.783.2z(kPa)88.970.444.325.315.6z+ c(kPa)114.5115.2104.597.098.8e10.9700.9600.9540.9480.944e20.9370.9360.9400.9420.940e1i- e2i1+ e1i0.01680.01220.00720.00310.0021

11、si(mm)20.214.611.55.03.4按分層總和法求得根底最終沉降量為s=si =54.7mm二、?標準?法由?建筑地基根底設計標準?GB500072021提出分層總和法的另一種形式沿用分層總和法的假設，并引入平均附加應力系數(shù)和地基沉降計算經(jīng)驗系數(shù) 均質(zhì)地基土，在側(cè)限條件下，從基底至深度z的壓縮量為引入平均附加應力系數(shù)地基沉降計算深度znzi34121234p0ziAi34第i層沉降量為最終沉降量zi-1地基沉降計算深度znzizzi-1534612b12345612aip0ai-1p0p0p0第n層第i層ziAiAi-1計算深度zn表36zi、zi-1根底底面至第i層土、第i-1層

12、土底面的距離(m)ai、ai-1基礎底面至第i層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應力系數(shù)假設計算深度范圍內(nèi)存在基巖，zn可取至基巖外表為止。 當無相鄰荷載影響，根底寬度在130m范圍內(nèi)，根底中點的地基沉降計算深度可以按簡化公式計算 為了提高計算精度，地基沉降量乘以一個沉降計算經(jīng)驗系數(shù)ys，可以查表34得到。地基最終沉降量修正公式?標準?法計算步驟1. p0 及c、z分布計算值見分層總和法計算過程2. 確定沉降計算深度zn=b(2.50.4lnb) 或4. 確定各層Esi3. 根據(jù)計算尺寸，查表35得到平均附加應力系數(shù)5. 最終沉降量引入沉降經(jīng)驗系數(shù)【例】 ?標準?法計算1. c 、z分布及p0計算值見分層總和法計算過程2. 確定沉降計算深度zn=b(2.50.4lnb)=7.8m4. 確定各層Esi3. 根據(jù)計算尺寸，查表得到平均附加應力系數(shù)5.列表計算各層沉降量siz(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.6152925771615381617429e20.9370.9360.9400.9420.94054.77.8l/bz/b3.9aaz(m)0.25000.24230.21490.17460.14330.12050.113600.29080.51580.69840.80250.867608861aizi- ai-1zi-1(m)0.2908