1、第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、土的壓縮性一、土的壓縮性 土的壓縮性是指在外荷載作用下，土體體積變小的性質(zhì)土的壓縮性是指在外荷載作用下，土體體積變小的性質(zhì). .它反映的是土中應(yīng)力與其變形之間的變化關(guān)系，是土的基本它反映的是土中應(yīng)力與其變形之間的變化關(guān)系，是土的基本力學(xué)性質(zhì)之一。力學(xué)性質(zhì)之一。 土體壓縮變形一般包括：土體壓縮變形一般包括： 孔隙體積的減小；孔隙體積的減??； 孔隙中水被壓縮；孔隙中水被壓縮； 土粒本身被壓縮。土粒本身被壓縮。 二、沉降的概念二、沉降的概念 建筑物作為外荷載作用于地基上，使地基中產(chǎn)生附加應(yīng)建筑物作為外荷載作用于地基上，使地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力，而附加應(yīng)力的產(chǎn)生致使地基土出現(xiàn)壓

2、縮變形，通常將建力，而附加應(yīng)力的產(chǎn)生致使地基土出現(xiàn)壓縮變形，通常將建筑物基礎(chǔ)隨地基產(chǎn)生的豎向變位稱之為筑物基礎(chǔ)隨地基產(chǎn)生的豎向變位稱之為沉降沉降。 沉降量的大小沉降量的大小荷載作用情況荷載作用情況土的壓縮性土的壓縮性第二節(jié)第二節(jié) 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理u有效應(yīng)有效應(yīng)力力孔隙水孔隙水壓力壓力 有效應(yīng)力原理包含了兩個(gè)內(nèi)容：有效應(yīng)力原理包含了兩個(gè)內(nèi)容： 一一 是土的有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力是土的有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力； 二二 是僅僅作用在骨架上的有效應(yīng)力才是影響土的變形是僅僅作用在骨架上的有效應(yīng)力才是影響土的變形和強(qiáng)度的決定因素。和強(qiáng)度的決定因素。第三節(jié)第三節(jié) 土的壓縮性指標(biāo)和確

3、定方法土的壓縮性指標(biāo)和確定方法一、室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)一、室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn) 1. 1.試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法 根據(jù)壓縮過程中土樣變形與土的三相指標(biāo)的關(guān)系，可以導(dǎo)根據(jù)壓縮過程中土樣變形與土的三相指標(biāo)的關(guān)系，可以導(dǎo)出試驗(yàn)過程孔隙比出試驗(yàn)過程孔隙比e e與壓縮量的關(guān)系，從而可繪制出土樣壓縮與壓縮量的關(guān)系，從而可繪制出土樣壓縮試驗(yàn)的試驗(yàn)的e-pe-p 曲線及曲線及e e-lg-lgp p曲線等。曲線等。2. 2. 壓縮性指標(biāo)壓縮性指標(biāo) （1 1）壓縮系數(shù)）壓縮系數(shù)a a )1(211221aMPpeeppeea 壓縮系數(shù)愈大，土的壓縮性愈高。壓縮系數(shù)愈大，土的壓縮性愈高。壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a a值與土所受的荷載大小有關(guān)。

4、值與土所受的荷載大小有關(guān)。工程中一般采用工程中一般采用100100200 200 kPakPa壓力區(qū)壓力區(qū)間內(nèi)對應(yīng)的壓縮系數(shù)間內(nèi)對應(yīng)的壓縮系數(shù)a a1-21-2來評價(jià)土的壓來評價(jià)土的壓縮性?？s性。 a a1-21-20.1 MPa0.1 MPa-1 -1 屬低壓縮性土；屬低壓縮性土；0.1 0.1 MPaMPa-1-1a a1-21-20.5 MPa0.5 MPa-1 -1 屬中壓縮性土；屬中壓縮性土；a a1-21-20.5 MPa0.5 MPa-1 -1 屬高壓縮性土。屬高壓縮性土。 （2 2）壓縮模量）壓縮模量E Es s 土在完全側(cè)限的條件下，豎向應(yīng)力增量土在完全側(cè)限的條件下，豎向應(yīng)力

5、增量P P與相應(yīng)的應(yīng)與相應(yīng)的應(yīng)變增量的比值。反映了土體在無側(cè)膨脹條件下抵抗壓縮變變增量的比值。反映了土體在無側(cè)膨脹條件下抵抗壓縮變形的能力，形的能力，E E值越大，說明了土的壓縮性越小。值越大，說明了土的壓縮性越小。11111sePPPEHeaHe（3 3）壓縮指數(shù)）壓縮指數(shù)C Cc c在在e e-lg -lg p p曲線中可以看到，當(dāng)壓力較大時(shí)，曲線中可以看到，當(dāng)壓力較大時(shí)，e e-lg-lg p p曲線接近直線。曲線接近直線。將將e e-lg -lg p p曲線直線段的斜率用曲線直線段的斜率用C Cc c來表示，稱為壓縮指數(shù)來表示，稱為壓縮指數(shù)。 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)C Cc c與壓縮系數(shù)與壓

6、縮系數(shù) a a 不同，它在壓力較大時(shí)不同，它在壓力較大時(shí)為常數(shù)，不隨壓力變化而變化。為常數(shù)，不隨壓力變化而變化。C Cc c值越大，土的壓縮性越高，低壓縮性土的值越大，土的壓縮性越高，低壓縮性土的C Cc c一般一般小于小于0.20.2，高壓縮性土的，高壓縮性土的C Cc c值一般大于值一般大于0.40.4。121221lglglgppeppeecc二、現(xiàn)場荷載試驗(yàn)二、現(xiàn)場荷載試驗(yàn) 1.1.試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法 現(xiàn)場載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場現(xiàn)場載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場通過千斤頂逐級對置于地基土通過千斤頂逐級對置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測記上的載荷板施加荷載，觀測記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定錄沉降隨時(shí)

7、間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量時(shí)的沉降量s s，將上述試驗(yàn)得到將上述試驗(yàn)得到的各級荷載與相應(yīng)的穩(wěn)定沉降的各級荷載與相應(yīng)的穩(wěn)定沉降量繪制成量繪制成p-sp-s曲線，即獲得了地曲線，即獲得了地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。 加載由小到大分級進(jìn)行，每級增加的壓力值視土質(zhì)軟硬加載由小到大分級進(jìn)行，每級增加的壓力值視土質(zhì)軟硬程度而定，程度而定， 對較松軟的土，一般為對較松軟的土，一般為10251025kPakPa； 對較堅(jiān)硬的土，一般按對較堅(jiān)硬的土，一般按5050一一lOOkPalOOkPa的等級增加。的等級增加。 每加一級荷載，必須待沉降基本穩(wěn)定時(shí)，量測承壓板的每加一級荷載，必須待沉降基本穩(wěn)定時(shí)，

8、量測承壓板的沉降量后，再加下一級荷載。沉降量后，再加下一級荷載。沉降基本穩(wěn)定，通常指：沉降基本穩(wěn)定，通常指：對于粘性土，對于粘性土，3030minmin內(nèi)的沉降值小于內(nèi)的沉降值小于0.050.05mmmm；對于砂性土對于砂性土3030minmin內(nèi)的沉降值小于內(nèi)的沉降值小于0.10.1mmmm。 2. 2.地基變形模量地基變形模量 在在p-sp-s曲線中，當(dāng)荷載曲線中，當(dāng)荷載p p小于某數(shù)值時(shí)，荷載小于某數(shù)值時(shí)，荷載p p與載荷板沉與載荷板沉降之間基本呈直線關(guān)系。在這段直線關(guān)系內(nèi)，可根據(jù)彈性理降之間基本呈直線關(guān)系。在這段直線關(guān)系內(nèi)，可根據(jù)彈性理論計(jì)算沉降的公式反求地基的變形模量論計(jì)算沉降的公式

9、反求地基的變形模量E E0 0：SPBE21三、旁壓試驗(yàn)三、旁壓試驗(yàn) 用于測定地下較深土層的壓縮性指標(biāo)。將豎向加載改為水用于測定地下較深土層的壓縮性指標(biāo)。將豎向加載改為水平方向加載，試驗(yàn)原理基本同荷載試驗(yàn)。平方向加載，試驗(yàn)原理基本同荷載試驗(yàn)。第四節(jié)第四節(jié) 分層總和法計(jì)算分層總和法計(jì)算基礎(chǔ)沉降量基礎(chǔ)沉降量最終沉降量最終沉降量最終沉降量最終沉降量是指建筑物地基從開是指建筑物地基從開始變形到變形穩(wěn)定時(shí)基礎(chǔ)的總沉始變形到變形穩(wěn)定時(shí)基礎(chǔ)的總沉降值。降值。 分層總和法分層總和法是將地基土在一定深度范圍內(nèi)劃分成是將地基土在一定深度范圍內(nèi)劃分成若干薄層，先求得各個(gè)薄層的壓縮量，再將各個(gè)薄層的壓若干薄層，先求得

10、各個(gè)薄層的壓縮量，再將各個(gè)薄層的壓縮量累加起來，即為總的壓縮量?？s量累加起來，即為總的壓縮量。 計(jì)算沉降時(shí)，由于采用了一系列計(jì)算假定，還需對總的計(jì)算沉降時(shí)，由于采用了一系列計(jì)算假定，還需對總的壓縮量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。壓縮量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。 一、計(jì)算假定一、計(jì)算假定 1 1. .地基中劃分的各薄層均在無側(cè)向膨地基中劃分的各薄層均在無側(cè)向膨脹情況下產(chǎn)生豎向壓縮變形。脹情況下產(chǎn)生豎向壓縮變形。 2. 2.基礎(chǔ)沉降量按基礎(chǔ)底面中心垂線上基礎(chǔ)沉降量按基礎(chǔ)底面中心垂線上的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。 3. 3.對于每一薄層來說，從層頂?shù)綄拥讓τ诿恳槐觼碚f，從層頂?shù)綄拥椎膽?yīng)力是變化的，計(jì)算時(shí)均

11、近似地取層的應(yīng)力是變化的，計(jì)算時(shí)均近似地取層頂和層底應(yīng)力的平均值。頂和層底應(yīng)力的平均值。 4. 4.只計(jì)算只計(jì)算“壓縮層壓縮層”范圍內(nèi)的變形。范圍內(nèi)的變形。所謂所謂“壓縮層壓縮層”是指基礎(chǔ)底面以下地基是指基礎(chǔ)底面以下地基中有顯著變形的那部分土層。中有顯著變形的那部分土層。iiiiizeeehs1211iiiiiheees1211isiiiisihEpshspEisiziihEs 二、計(jì)算公式二、計(jì)算公式 1.1.各薄層壓縮量計(jì)算公式各薄層壓縮量計(jì)算公式 設(shè)第設(shè)第i i薄層土的豎應(yīng)力從薄層土的豎應(yīng)力從p p1i1i增加到增加到p p2i2i，其變形穩(wěn)定后其變形穩(wěn)定后的壓縮量為的壓縮量為sisi，

12、薄層厚度為薄層厚度為h hi i，由壓縮模量的定義知：由壓縮模量的定義知：ninSS1iniiisheeemS11211iisizishEmS1 2. 2.各薄層壓縮量求和公式各薄層壓縮量求和公式基礎(chǔ)的總沉降量就是在壓縮層范圍內(nèi)各薄層壓縮量的總和基礎(chǔ)的總沉降量就是在壓縮層范圍內(nèi)各薄層壓縮量的總和 3. 3.基礎(chǔ)總沉降量的規(guī)范公式基礎(chǔ)總沉降量的規(guī)范公式 由于采用了一系列計(jì)算假定，求出的總壓縮量與工程實(shí)際有一定出入，由于采用了一系列計(jì)算假定，求出的總壓縮量與工程實(shí)際有一定出入，故現(xiàn)行規(guī)范用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行修正。故現(xiàn)行規(guī)范用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行修正。iniiisheeemS11211 三、計(jì)算步驟三、計(jì)算步驟v

13、 地基土分層地基土分層 成層土的層面及地下水面是當(dāng)然的分層界面，分層厚度成層土的層面及地下水面是當(dāng)然的分層界面，分層厚度一般不宜大于一般不宜大于0.40.4b b（b b為基底寬度）。為基底寬度）。v 計(jì)算各分層界面處土自重應(yīng)力和基底中心下豎向附加應(yīng)計(jì)算各分層界面處土自重應(yīng)力和基底中心下豎向附加應(yīng)力。土自重應(yīng)力應(yīng)從天然地面起算。力。土自重應(yīng)力應(yīng)從天然地面起算。v 確定地基沉降計(jì)算深度（或壓縮層厚度）確定地基沉降計(jì)算深度（或壓縮層厚度）v 計(jì)算各分層土的壓縮量。計(jì)算各分層土的壓縮量。v 疊加計(jì)算基礎(chǔ)的平均沉降量。疊加計(jì)算基礎(chǔ)的平均沉降量。v 確定壓縮層的計(jì)算深度確定壓縮層的計(jì)算深度ninSS1i

14、iiiiheees1211 確定壓縮層的計(jì)算深度確定壓縮層的計(jì)算深度 壓縮層的計(jì)算深度一般要經(jīng)過試算才能得到。規(guī)范規(guī)定：如已確定壓縮層的計(jì)算深度一般要經(jīng)過試算才能得到。規(guī)范規(guī)定：如已確定的計(jì)算深度下有較軟土層時(shí)，尚應(yīng)繼續(xù)計(jì)算，直到軟弱土層中的計(jì)算深度下有較軟土層時(shí)，尚應(yīng)繼續(xù)計(jì)算，直到軟弱土層中1 1米厚的壓米厚的壓縮量滿足下式要求為止縮量滿足下式要求為止nnSS025. 0/ 某水中基礎(chǔ)如圖所示，基底尺寸為某水中基礎(chǔ)如圖所示，基底尺寸為6m12m，作用于基底作用于基底的中心荷載的中心荷載：17490kN(只考慮恒載作用，其中包括基礎(chǔ)只考慮恒載作用，其中包括基礎(chǔ)重力及水的浮力重力及水的浮力)，基

15、礎(chǔ)埋置深度，基礎(chǔ)埋置深度h=3.5m，地基上層為透水地基上層為透水的亞砂土，其的亞砂土，其r=193lkNm3，下層為硬塑粘土，下層為硬塑粘土，r=18.6kNm3，求基礎(chǔ)中心下各點(diǎn)求基礎(chǔ)中心下各點(diǎn)(17點(diǎn)點(diǎn))的豎向自重應(yīng)力的豎向自重應(yīng)力和附加應(yīng)力，并畫出應(yīng)力分布圖。和附加應(yīng)力，并畫出應(yīng)力分布圖。 第五節(jié)第五節(jié) 基礎(chǔ)沉降與時(shí)間的關(guān)系基礎(chǔ)沉降與時(shí)間的關(guān)系一、飽和土體滲透固結(jié)概念一、飽和土體滲透固結(jié)概念 1.1.飽和土體的滲流固結(jié)過程飽和土體的滲流固結(jié)過程 飽和土體排水時(shí)間長短主要取決于土層排水距離長短、土飽和土體排水時(shí)間長短主要取決于土層排水距離長短、土粒粒徑與孔隙大小，土層滲透系數(shù)和荷載大小以

16、及土的壓縮系粒粒徑與孔隙大小，土層滲透系數(shù)和荷載大小以及土的壓縮系數(shù)高低等因素。數(shù)高低等因素。 飽和土體的滲流固結(jié)過程，就是土中的孔隙水壓力消散飽和土體的滲流固結(jié)過程，就是土中的孔隙水壓力消散并逐漸轉(zhuǎn)移為有效應(yīng)力的過程。并逐漸轉(zhuǎn)移為有效應(yīng)力的過程。0, 0utuut.,0u（1 1）壓力施加瞬間）壓力施加瞬間（2 2）隨著時(shí)間增長，有效應(yīng)力逐漸增大，）隨著時(shí)間增長，有效應(yīng)力逐漸增大，孔隙水壓力逐漸減?。豢紫端畨毫χ饾u減小；(3) (3) 當(dāng)彈簧壓力當(dāng)彈簧壓力筒中水停止向外流出，筒中水停止向外流出， 2.2.有效壓力與孔隙水壓力在深度上隨時(shí)間的分布有效壓力與孔隙水壓力在深度上隨時(shí)間的分布 二、單

17、向固結(jié)理論二、單向固結(jié)理論 單向固結(jié)是指土孔隙水在孔隙水壓力作用下，只產(chǎn)生豎直單向固結(jié)是指土孔隙水在孔隙水壓力作用下，只產(chǎn)生豎直一個(gè)方向滲流，同時(shí)土顆粒在有效應(yīng)力的作用下，也只沿豎直一個(gè)方向滲流，同時(shí)土顆粒在有效應(yīng)力的作用下，也只沿豎直一個(gè)方向位移。一個(gè)方向位移。 1.1.基本假定基本假定 土層是均勻的，而且是完全飽和的土層是均勻的，而且是完全飽和的 土粒和水自身是不可壓縮的；土粒和水自身是不可壓縮的； 土的壓縮和水的滲透，只在豎直單向上發(fā)生，而水平土的壓縮和水的滲透，只在豎直單向上發(fā)生，而水平方向不排水，不壓縮；方向不排水，不壓縮； 在壓縮過程中，滲透系數(shù)和壓縮模量不發(fā)生變化；在壓縮過程中，

18、滲透系數(shù)和壓縮模量不發(fā)生變化； 附加應(yīng)力一次驟加，且沿土層深度呈均勻分布。附加應(yīng)力一次驟加，且沿土層深度呈均勻分布。 2.2.單向固結(jié)微分方程的建立單向固結(jié)微分方程的建立 在土層任意深度在土層任意深度z z處，取一個(gè)微單元體進(jìn)行分析。假定處，取一個(gè)微單元體進(jìn)行分析。假定單位時(shí)間內(nèi)單元體內(nèi)擠出的水量等于單元體壓縮量單位時(shí)間內(nèi)單元體內(nèi)擠出的水量等于單元體壓縮量. .推出推出22zuCtuv土的固結(jié)系數(shù)土的固結(jié)系數(shù)aekCwv1vTmmeHzmmu41222sin14 3.3.單向固結(jié)微分方程解單向固結(jié)微分方程解 根據(jù)圖初始條件和邊界條件：根據(jù)圖初始條件和邊界條件：tHCTvv2 三、固結(jié)度三、固結(jié)

19、度 1.1.固結(jié)度的概念固結(jié)度的概念 它表示地基在外荷載作用下，經(jīng)歷時(shí)間它表示地基在外荷載作用下，經(jīng)歷時(shí)間t t所完成的固結(jié)所完成的固結(jié)程度。沉降量程度。沉降量S St t與最終沉降量與最終沉降量S S之比值，稱之為固結(jié)度之比值，稱之為固結(jié)度U U，即：，即：SSUtuuSSUt1vTeU2420812.2.計(jì)算公式計(jì)算公式 當(dāng)?shù)鼗懈郊討?yīng)力上下均勻分布時(shí)當(dāng)?shù)鼗懈郊討?yīng)力上下均勻分布時(shí) a a計(jì)算地基中某一點(diǎn)的固結(jié)度計(jì)算地基中某一點(diǎn)的固結(jié)度u u 此時(shí)若荷載不大，土中應(yīng)力與應(yīng)變可采用直線關(guān)系。地基此時(shí)若荷載不大，土中應(yīng)力與應(yīng)變可采用直線關(guān)系。地基中某一點(diǎn)的固結(jié)度為有效應(yīng)力對總應(yīng)力的比值：中某一點(diǎn)的固結(jié)度為有效應(yīng)力對總應(yīng)力的比值： b b計(jì)算地基平均固結(jié)度計(jì)算地基平均固結(jié)度u u。實(shí)際上