1、土的压缩性及 地基沉降计算第四章本章主要内容 土的压缩性 什么是土的压缩性？为什么研究土的压缩性？侧限压缩试验试验方法测定土的变形模量 地基沉降计算应力历史对粘性土的压缩性的影响 饱和粘土的渗透固结和太沙基一维固结理论。一、土的压缩性 compresibility压缩性 在压力作用下土的体积减小。 压缩性的原因 压缩性的原因 压缩性的原因 压缩性的原因 土颗粒的压缩 孔隙水的压缩 孔隙的减小 0 0压缩性1、什么是土的压缩性 、什么是土的压缩性 、什么是土的压缩性 、什么是土的压缩性 固结 固结 固结 固结 -土的压缩随时间而增长的过程。 土的压缩随时间而增长的过程。 土的压缩随时间而增长的过
2、程。 土的压缩随时间而增长的过程。 饱和粘土：历时很长。 无粘性土：短时间内完成2、为什么要研究土的压缩性 、为什么要研究土的压缩性 、为什么要研究土的压缩性 、为什么要研究土的压缩性2m 4m地基沉降（ 竖向位移 ）Palcio de las Belas Artes,Mexico City墨西哥城艺术宫的下沉墨西哥城下的土层为：表层为人工填土与砂夹卵石硬壳层，厚度 5m ，其下为火山灰形成的 超高压缩性淤泥，天然孔隙比高达 7 12，含水率 15060%，层厚达数十米。该艺术宫沉降量高达 4m ，并造成临近的公路下沉 2m 。建筑物的不均匀沉降，墨西哥城3、压缩试验及压缩曲线 、压缩试验及压
3、缩曲线 、压缩试验及压缩曲线 、压缩试验及压缩曲线刚性护环 加压活塞 透水石 环刀底座透水石土 样荷 载 压缩仪 oedometr 构造侧限条件 侧限条件 侧限条件 侧限条件 ： 土在压缩过程中，只能在竖向压缩，而 土在压缩过程中，只能在竖向压缩，而 土在压缩过程中，只能在竖向压缩，而 土在压缩过程中，只能在竖向压缩，而 侧向受限不能变形 侧向受限不能变形 侧向受限不能变形 侧向受限不能变形 。 。 。 。e p0s 01hhe=+11he=+011hse=+01001ees he=+或 0 00(1)see eh=+0e1 01e+sh0h 0p 1e1 1e+sh1 1ps压缩量计算公式
4、压缩系数 压缩系数 压缩系数 压缩系数 coeficent of com presibilty 01v10=eeappep= 1010eepp=ddep= ep0e0p1e 1p 标准压缩系数 标准压缩系数 标准压缩系数 标准压缩系数 a1-2010kPap=120kap4、 、 、 、 压缩指标 压缩指标 压缩指标 压缩指标0.1 0.5低压缩性 中压缩性 高压缩性 112/MPaa 压缩指数 压缩指数 压缩指数 压缩指数 12 12c 22 11lglglg = =eeeeC ppp 压缩模量 压缩模量 压缩模量 压缩模量 m oduls of com presibilty 完全侧限时 ，
5、土的应力与应变之比。 0s v1eEa+= 2s(1)E E=10 2050 808 15260变形模量 (MPa) 密实砾、石密实砂较硬粘土C20砼材料名称 体积压缩系数 体积压缩系数 体积压缩系数 体积压缩系数 coeficent of volum e com presibilty 压缩系数、体积压缩系数、压缩模量、变形模量是否为常数？ 压缩系数、体积压缩系数、压缩模量、变形模量是否为常数？ 压缩系数、体积压缩系数、压缩模量、变形模量是否为常数？ 压缩系数、体积压缩系数、压缩模量、变形模量是否为常数？vv 01+ae= p p压缩模量 变形模量1s2s侧 向 约 束01001eeS he=
6、+ 0101zeee=+v01ape=+01v10eeapp=0v1z epa+= sE=v1m=0s v1eEa+=证 明1 ( )1 ( )1 ( )x x yzy y xzz z xyEEE=+=+=+ 0xy= 1=x z 广义 Hoke定律 xzy证 明 2s(1)E E=x y2s(1)E E=土层侧限压缩 土层侧限压缩 土层侧限压缩 土层侧限压缩 变形量 变形量 变形量 变形量 计算公式 计算公式 计算公式 计算公式121=+ees he( )2111= +apps hes21pps hE=1e1 11+esh1h 1p 2e1 21+esh2h 2ps二、试验方法确定土的变形模
7、量确定变形模量 现场试验 室内试验 荷载试验 旁压试验三轴试验反压重物反力梁千斤顶基准梁 荷载板百分表压力 p沉 降 sap kp 14E pDS=12E pBS=圆形压板方形压板三、地基沉降计算 分层总和法z s1ds1、基本原理 、基本原理 、基本原理 、基本原理（ 1）基础中心处的沉降代表基础的沉降。（ 2）中心土柱完全 侧限 ，其压缩量为沉降。 基本假设 基本假设 基本假设 基本假设 沉降计算 沉降计算 沉降计算 沉降计算0dss= s2 s3 s4 s8c0dhsn1ii s= 计算深度 计算深度 计算深度 计算深度 hc至变形很小、可忽略不计的深度。 无侧向膨胀，直接利用压缩试验的
8、结果。 chp土柱的侧限p2、计算步骤 、计算步骤 、计算步骤 、计算步骤（ （ （ （ 1）分层 ）分层 ）分层 ）分层 0.4ihb 细 砂粘 土 粉 质 粘土0ppH=0ppH=1234657890123465789（ （ （ （ 2） ） ） ） 计算基底净压力 计算基底净压力 计算基底净压力 计算基底净压力 （附加压力） （附加压力） （附加压力） （附加压力）H b（ （ （ （ 3）计算原存应力（自重应力） ）计算原存应力（自重应力） ）计算原存应力（自重应力） ）计算原存应力（自重应力） zi iqHh =+（ （ （ （ 4）计算中心点以下的附加应力 ）计算中心点以下的附加应
9、力 ）计算中心点以下的附加应力 ）计算中心点以下的附加应力（ （ （ （ 5）确定压缩底层 ）确定压缩底层 ）确定压缩底层 ）确定压缩底层为什么要分层？为什么要采用基底附加压力？ 应力随深度变化。 压缩性随深度变化（包括同一土层）。自重应力 zq附加应力 zqzx 均匀满布荷载 均匀满布荷载 均匀满布荷载 均匀满布荷载 作用下的 作用下的 作用下的 作用下的 均质土层 均质土层 均质土层 均质土层 是否需要分层？ 是否需要分层？ 是否需要分层？ 是否需要分层？自重应力 zq 附加应力 ze p为什么要采用 为什么要采用 为什么要采用 为什么要采用 基底净压力 基底净压力 基底净压力 基底净压力
10、 计算地基沉降？ 计算地基沉降？ 计算地基沉降？ 计算地基沉降？开挖前 开挖H 完成后 pzq()zH ( )z zqpH=+ 卸载zq应力场 z ()zH ()zp+（ 5）确定压缩底层 (压缩层厚度 hc)z z5i iqc/40z hSS目标： 之下土层的变形可忽略不计。方法： 附加应力控制 ： 00.1z p缺点：不能直接反映土层性质变化对 hc的影响。 细 砂粘 土 粉 质粘 土0ppH=123465789123465789H b自重应力 附加应力细 砂 细 砂粘土 粘 土 粉 质 粘 土 粉 质 粘 土自重应力 附加应力 附加应力及自重应力控制 ：或 z z10i iq（软弱地基）
11、铁路桥涵地基和基础设计规范 由底层相对压缩量控制 ： 建筑地基基础设计规范下部有软弱土层时继续计算。 经验公式 ：c (2.50.4ln)hb b=优点：能够反映出土层变化对 hc的影响。 在 hc范围内有基岩等不可压缩土时 ：算至其顶面。zch缺点：不能直接反映土层性质变化对 hc的影响。（ 6） 计算每一层土的压缩量 方法 1：利用 e p压缩关系121i ii iis he=+问题 1：如何确定 e1i、 e2i ?ziqz(-1)iq ziz(-1)iz z(1) z1( )2i i iqqq=+ z z(1) z1( )2i i i=+i-1iihi自重应力 附加应力e1i 初始状态
12、 自重应力e2i 终止状态 自重应力附加应力（基底净压力产生）ziq ziziq+问题 2：为何采用平均值 ? e p1ieziqzi ziq+2ie同一层中的应力分布不均匀2ie1ie 方法 2： 利用压缩模量 Es、变形模量 E121i ii iiees he=+问题 ：对同一土层， Es、 E是否为常数 ? 同一层中，将 s、 作为常数，只是一种简化算法。实际上，深度不同，应力状态就不同， Es、 E也随之而变。v11iziiiahe=+ sziiihE= 2s(1)E E= 2(1)i zii ii is hE=zii iihE=i 利用压缩模量 Es szii iis hE= 利用变
13、形模量 Ezii i iis h=e p 方法 3： 利用 e-lgp曲线正常固结土 c1 lg1i zi zii ii zih qs Ce q+=+超固结土 zi zi ciq p+ s1 lg1i zi zii ii zih qs Ce q+=+zi zi ciq p+ 1(lg lg )1i ci zi zii si cii zi cih p qs CCe q p+= +（ 7） 计算总沉降量1niis s= 计算方法与步骤（ 1）绘制地基土层分布图和基础剖面图。 （ 2）分层a. 每层厚度不大于 0.4b。 b. 不同土层的交界面应作为分层面。 c. 地下水位作为分层面。 d. 基础底
14、面附近附加应力的变化较大，分层 厚度应小一些。（ 3） 计算基础底面接触压力 +=FGpA（ 4） 计算基础底面附加压力0=ppd（ 5） 计算各分层面处的自重应力 zq （ 6） 计算各分层面处的附加应力 z （ 7） 确定受压层深度 ，其判断准则是nz一般土 软 土z z5i iq z z10i iq（ 8） 计算各土层的压缩量121( )i iiees he=+szii iis hE=1()1i iziias he=+（ 9） 计算地基最终沉降量 =ni iss1例题一试用分层总和法计算下图所示柱下方形独立基础的最终沉降量。 自地表起各土层的重度为：粉土： r=18kN/m3；粉质粘土r=19kN/m3， rsat=19.5kN/m3;粘土 rsat20/3。分别从粉质粘土层和粘土层中取土样做室内压缩试验，其 e-p曲线见例图。柱传给基础的轴心荷载 F=20kN，方形基础底面边长为 4m。
