福建工程學(xué)院土木工程學(xué)院

2016年3月第五章土的壓縮性和地基沉降1土的壓縮性1應(yīng)力歷史與土的壓縮性的關(guān)系2地基沉降的計(jì)算方法3第五章土的壓縮性和地基沉降2§5~

1土的壓縮性第五章土的壓縮性和地基沉降一、基本概念（一）壓縮試驗(yàn)（二）壓縮性指標(biāo)二、側(cè)限壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)3土中固體顆粒、水體積的壓縮。（占總壓縮量的1/400不到，忽略不計(jì)）。土中空氣、水的排出。同時(shí)土顆粒重新排列，靠攏擠緊，體積減小。（壓縮量主要組成部分）§5~

1土的壓縮性結(jié)論：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果。地基土在壓力作用下體積減小的性質(zhì)叫做土的壓縮性。一、基本概念4土中固體顆粒、水體積的壓縮。（占總壓縮量的1/400不到，忽略不計(jì)）。土中空氣、水的排出。同時(shí)土顆粒重新排列，靠攏擠緊，體積減小。（壓縮量主要組成部分）§5~

1土的壓縮性結(jié)論：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果。地基土在壓力作用下體積減小的性質(zhì)叫做土的壓縮性。一、基本概念5§5~

1土的壓縮性注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形。

壓縮儀示意圖試驗(yàn)時(shí)，豎向荷載分級(jí)施加，每級(jí)荷載下壓縮穩(wěn)定后再施加下一級(jí)荷載，通過(guò)百分表測(cè)的的變形量可計(jì)算得到各級(jí)荷載下的孔隙比。6§5~

1土的壓縮性根據(jù)不同壓力p作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比e，繪制e-p曲線(xiàn)，稱(chēng)為壓縮曲線(xiàn)，研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律。e0Aeppee-p曲線(xiàn)曲線(xiàn)A曲線(xiàn)B曲線(xiàn)A壓縮性壓縮性不同的土，曲線(xiàn)形狀不同，曲線(xiàn)愈陡，說(shuō)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。

e-p曲線(xiàn)e0B＞曲線(xiàn)B壓縮性7§5~

1土的壓縮性評(píng)價(jià)土體的壓縮性通常有如下幾個(gè)指標(biāo)。1.壓縮系數(shù)a，單位為MPa-1

2.壓縮指數(shù)Cc（不予了解）3.壓縮模量Es，單位為MPa4.變形模量E0（載荷實(shí)驗(yàn)求得）單位為MPa（二）壓縮性指標(biāo)室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)求得8§5~

1土的壓縮性1.壓縮系數(shù)a土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)力增量的比值。p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線(xiàn)△p△e利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓縮性高低。在壓縮曲線(xiàn)中，實(shí)際采用割線(xiàn)斜率表示土的壓縮性。有什么問(wèn)題？9不同壓力作用下，a

的值不是一個(gè)定值。為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，工程實(shí)踐中常用p1＝100kPa、p2＝200kPa對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評(píng)價(jià)土的壓縮性。

a1-2＜0.1MPa-1

低壓縮性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1

中壓縮性土

a1-2≥0.5MPa-1

高壓縮性土§5~

1土的壓縮性壓縮系數(shù)越大，土的壓縮性越？103.壓縮模量Es土在側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱(chēng)為側(cè)限模量?？砂聪率接?jì)算。說(shuō)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。§5~

1土的壓縮性11Vv1＝e1VsVsH1/(1+e1)H1Vv2＝e2VsVsH2/(1+e2)△pH2△H土樣在壓縮前后變形量為△H，整個(gè)過(guò)程中土粒體積和底面積不變。土粒高度在受壓前后不變§5~

1土的壓縮性則壓縮模量為：12§5~

1土的壓縮性工程上常采用Es1-2作為判別土的壓縮性高低的標(biāo)準(zhǔn)：

Es1-2＜4MPa

高壓縮性土4MPa≤Es1-2＜15MPa

中等壓縮性土

Es1-2≥15MPa

低壓縮性土13§5~

1土的壓縮性4.變形模量E0土在無(wú)側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。變形模量與壓縮模量之間關(guān)系其中土的泊松比，一般0～0.5之間14§5~

2應(yīng)力歷史與

土的壓縮性的關(guān)系第五章土的壓縮性和地基沉降一.土的回彈與再壓縮曲線(xiàn)三.土的超固結(jié)比與固結(jié)狀態(tài)二.土的先期固結(jié)壓力的確定土體歷史上的受力過(guò)程稱(chēng)為應(yīng)力歷史。土的壓縮性與其應(yīng)力歷史有密切關(guān)系。15§5~

2應(yīng)力歷史與土的壓縮性的關(guān)系一.土的回彈與再壓縮pe彈性變形塑性變形acbcb

壓縮曲線(xiàn)回彈曲線(xiàn)再壓縮曲線(xiàn)1.土的卸荷回彈曲線(xiàn)不與原壓縮曲線(xiàn)重合，說(shuō)明土不是完全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形。2.土的再壓縮曲線(xiàn)與原壓縮曲線(xiàn)是近光滑連接的。而且再壓縮曲線(xiàn)比原壓縮曲線(xiàn)斜率要小得多，說(shuō)明土經(jīng)過(guò)壓縮后，卸荷再壓縮時(shí)，其壓縮性明顯降低?；貜椩賶嚎s系數(shù)小于壓縮系數(shù)。pb16二.土的先期固結(jié)壓力的確定先(前）期固結(jié)壓力pc

：

土在其生成歷史中曾受過(guò)的最大有效固結(jié)壓力，又稱(chēng)前期固結(jié)壓力?！?~

2應(yīng)力歷史與土的壓縮性的關(guān)系土的受荷歷史是非常復(fù)雜地，所以很難精確確定先期固結(jié)壓力的數(shù)值。但根據(jù)前面的分析，在壓縮試驗(yàn)中，只有當(dāng)土所受到的壓力大于先期固結(jié)壓力時(shí)，土樣才發(fā)生較明顯的壓縮，故先期固結(jié)壓力必然應(yīng)位于e-lgp曲線(xiàn)較平緩的前半段與較陡的后半段交接處附近。17三.土的超固結(jié)比與固結(jié)狀態(tài)1.正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力不大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pc＝p0，且p0下固結(jié)已經(jīng)完成，OCR=12.超固結(jié)土先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pc>p0，且pc下已固結(jié)完成，OCR>13.欠固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力pc<p0，OCR<1先期固結(jié)壓力Pc與現(xiàn)在土所受的壓力P0的比值，定義為土的超固結(jié)比，用OCR表示?！?~

2應(yīng)力歷史與土的壓縮性的關(guān)系先期固結(jié)壓力可用于判斷土的固結(jié)狀態(tài)。18§5~

3地基沉降的計(jì)算第五章土的壓縮性和地基沉降外因：主要是建筑物荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力內(nèi)因：土的孔隙壓縮變形地基最終沉降量：地基變形穩(wěn)定后基礎(chǔ)底面（地基表面）的沉降量。預(yù)測(cè)建筑物建成之后將產(chǎn)生的最終沉降量，可以判斷地基變形值是否超過(guò)允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計(jì)和施工時(shí)，采取相應(yīng)的工程措施來(lái)保證建筑物的安全。19接下來(lái)是新課~20§5~

3地基沉降的計(jì)算第五章土的壓縮性和地基沉降一、普通分層總和法二、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范法21第五章土的壓縮性和地基沉降一、普通分層總和法1、計(jì)算原理

將地基土分為若干水平土層，各土層的厚度分別為h1，h2，h3，…，hn。分別計(jì)算每層土的壓縮量s1,s2,s3,…sn，然后累加起來(lái)即為地基土的總沉降量S。為了能應(yīng)用地基中的附加應(yīng)力計(jì)算公式和室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)的指標(biāo)，需要做一些假定。22基本假定地基土的變形為側(cè)限變形，無(wú)側(cè)限膨脹。可采用壓縮實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算。取基礎(chǔ)中心點(diǎn)下附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，此處最大。地基土均勻、等向，半無(wú)限。應(yīng)力應(yīng)變線(xiàn)性關(guān)系。彈性理論求解。沉降計(jì)算深度取受壓層深度。若以下有軟土，則至軟土層底。§5~

3地基沉降的計(jì)算2、幾點(diǎn)假定23首先計(jì)算各分層的沉降量；各分層沉降量的和即為基礎(chǔ)最終沉降量。計(jì)算沉降量4每層土厚度hi不大于0.4b；天然層面及地下水位面皆應(yīng)作為分層界面。分層3計(jì)算并繪制自重應(yīng)力曲線(xiàn)；算基底壓力及基底附加應(yīng)力；計(jì)算并繪制地基附加應(yīng)力曲線(xiàn)。由自重應(yīng)力和附加應(yīng)力兩條分布曲線(xiàn)確定。一般土σz=0.2σcz繪制應(yīng)力分布曲線(xiàn)1確定計(jì)算深度2

3、計(jì)算方法與步驟§5~

3地基沉降的計(jì)算24確定基礎(chǔ)沉降計(jì)算深度一般取附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值為20％處，即σz=0.2σcz處的深度作為沉降計(jì)算深度的下限。若遇軟土，延伸至軟土層底面。對(duì)于軟土，取σz=0.1σc處，若沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，計(jì)算至基巖表面為止。d地基沉降計(jì)算深度σcz線(xiàn)§5~

3地基沉降的計(jì)算σz線(xiàn)σz=0.2σczσz=0.1σcz25計(jì)算各層沉降量計(jì)算最終沉降量§5~

3地基沉降的計(jì)算26例題5-1§5~

3地基沉降的計(jì)算27二、《規(guī)范》法由來(lái)經(jīng)過(guò)沉降觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，分層總和法計(jì)算的最終沉降量，只較好的適用于中等地基，而對(duì)于軟弱地基與堅(jiān)實(shí)地基則存在偏小和偏大的缺點(diǎn)。因此，為了使計(jì)算值與觀測(cè)值相符，且同時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，《規(guī)范》提出了改進(jìn)的分層總和法。1、規(guī)范法的實(shí)質(zhì)1、為使計(jì)算值與實(shí)測(cè)值更相符，引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，軟弱地基大于1，對(duì)于堅(jiān)實(shí)地基小于1。

2、為使計(jì)算簡(jiǎn)便，引入平均附加應(yīng)力系數(shù)。§5~

3地基沉降的計(jì)算28zi、zi-1——基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面的距離(m)ai、ai-1——基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)地基最終沉降量修正公式§5~

3地基沉降的計(jì)算2、規(guī)范法地基沉降計(jì)算公式29§5~

3地基沉降的計(jì)算注：1.為變形計(jì)算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值，應(yīng)按下式計(jì)算：式中：Ai

為第i層土附加應(yīng)力系數(shù)沿厚度的積分值。2.fak

為地基承載力的特征值。30§5~

3地基沉降的計(jì)算3、規(guī)范法地基變形計(jì)算深度確定31當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有軟弱土層時(shí)，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計(jì)算沉降量也滿(mǎn)足上式；若計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，zn可取至基巖表面為止。當(dāng)存在較厚的堅(jiān)硬粘土層，其孔隙比小于0.5、壓縮模量大于50MPa，或存在較厚的密實(shí)砂卵石層，其壓縮模量大于80MPa時(shí)，計(jì)算深度可取至該層土表面?！?~

3地基沉降的計(jì)算32§5~

3地基沉降的計(jì)算例題5-233§5~

4地基沉降與時(shí)間的關(guān)系第五章土的壓縮性和地基沉降透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成粘性土（尤其飽和的）無(wú)粘性土透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長(zhǎng)一段時(shí)間本章只討論飽和粘性土中地基沉降與時(shí)間的關(guān)系。34§5~

4地基沉降與時(shí)間的關(guān)系第五章土的壓縮性和地基沉降一、飽和土的滲透固結(jié)二、太沙基一維固結(jié)理論三、實(shí)測(cè)沉降-時(shí)間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式四、地基瞬時(shí)沉降與次固結(jié)沉降有效應(yīng)力原理35一、飽和土的滲透固結(jié)飽和粘性土在壓力作用下，孔隙水將隨時(shí)間的延續(xù)而逐漸排出，同時(shí)孔隙體積也隨之縮小，這一過(guò)程稱(chēng)為飽和土的滲透固結(jié)。滲透固結(jié)所需時(shí)間長(zhǎng)短與土的滲透性和土的厚度有關(guān)。土的滲透性越小，土層越厚，孔隙水被擠出所需的時(shí)間越長(zhǎng)?！?~

4地基沉降與時(shí)間的關(guān)系36§5~

4地基沉降與時(shí)間的關(guān)系活塞彈簧力學(xué)模型側(cè)限條件土骨架孔隙水排水頂面滲透性大小鋼筒彈簧水體帶孔活塞活塞小孔大小設(shè)其中彈簧承擔(dān)的壓力為有效應(yīng)力σ

，圓筒中水承擔(dān)的壓力為孔隙水壓力u，則根據(jù)靜力平衡條件有:△p（σ）

=σ+u飽和土體有效應(yīng)力原理37§5~

4地基沉降與時(shí)間的關(guān)系有效應(yīng)力原理物理意義：飽和土體上所受到的外荷載由土顆粒骨架和孔隙水共同承擔(dān)，土顆粒骨架承擔(dān)的部分為有效應(yīng)力σ，水承擔(dān)的部分為孔隙水壓力u。而土體的變形是由有效應(yīng)力σ引起的。

注意：上面提到的孔隙水壓力實(shí)際上是由外荷載引起的超出靜水壓力的那部分