5土力学与基础工程第四章-土的压缩性与地基沉降计算
122页1、第四章 土的压缩性与地基沉降计算,第一节 概述 第二节 研究土压缩性的试验及指标 第三节 地基沉降实用计算方法 第四节 饱和粘性土地基沉降与时间的关系,1,学习目标在学习土的压缩性指标确定方法的基础上,掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。学习基本要求1掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法2掌握地基最终沉降量计算方法3熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法4掌握有效应力原理5掌握太沙基一维固结理论6掌握地基沉降随时间变化规律,2,地基不均匀沉降导致的墙体开裂,3,(墨西哥城),地基的沉降及不均匀沉降,4,墨西哥某宫殿,左部分建于1709年;右部分建于1622年。地基为20多米厚的粘土,沉降达2.2米,连结处地下基岩突起,左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固。,5,地基沉降引起的损害(意大利),6,关于比萨斜塔的纠偏情况,7,关于比萨斜塔的纠偏情况,以“斜而不倒”闻名天下。 始建于1174年,1350年完工,完工时已偏离2.1 m。 1590年,意大利伟大科学家伽俐略曾在斜塔的顶层做过自由落体运动的实验。 1990年代,比萨斜塔的塔心已经偏离垂直线超过4.5
2、米。意大利政府成立了“比萨斜塔拯救委员会”并向全世界征集“扶正”和延缓比萨斜塔倾斜速度的办法。,8,在建筑物基底附加应力的作用下,地基土要产生新的变形,这种变形一般包括体积变形和形状变形。土在外力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。,压缩量的组成: 固体颗粒的压缩 土中水的压缩 空气的排出 水的排出,占总压缩量的1/400不到,忽略不计。,压缩量主要组成部分。,第一节 概述,土的压缩性主要有两个特点: (1) 土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引起的。,饱和土是由固体颗粒和水组成,在工程上一般的压力(100600kPa)作用下,固体颗粒和水本身的体积压缩量非常微小,可不予考虑。但由于土中水具有流动性,在外力作用下会沿着土中孔隙排出,从而引起土体积减少而发生压缩。,9,透水性好,水易于排出,压缩稳定很快完成,透水性差,水不易排出,压缩稳定需要很长一段时间,(2) 由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需要时间的,土的压缩会随时间增长的过程就称为土的固结。这是由于粘性土的透水性很差,土中水沿着孔隙排出速度很慢。,沉降: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。,
3、(1) 绝对沉降量的大小(最终沉降); (2) 沉降与时间的关系。,由于土压缩性的两个特点,因此研究建筑物地基沉降包含两方面的内容:,10,第二节 研究土压缩性的试验及指标,一、室内侧限压缩试验及压缩模量室内侧限压缩试验亦称固结试验。 试验装置:压缩仪,环刀内径通常有6.18cm和8cm两种,相应的截面积为30cm2和50cm2,高度为2cm。,用金属环刀切取土样。,11,12,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;在水槽内注水,以使土样在试验过程中保持浸在水中,因为室内压缩试验主要用于饱和土。如需做不饱和土的侧限压缩试验, 就不能浸土样于水中,但需要用湿 棉纱或湿海绵覆盖于容器上,以免 土样内水分蒸发;竖向的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。,13,压缩仪详图,14,压缩试验加荷: 常规加荷等级p为:50、100、200、300、400kPa。每一级荷载要求恒压24小时或当在1小时内的压缩量不超过0.005mm时,认为变形已
4、经稳定,并测定稳定时的总压缩量 ,这称为慢速压缩试验法。,实际工程中,为减少室内试验工作量,每级荷载恒压12小时测定其压缩量,在最后一级荷载下才压缩到24小时,这成为快速压缩试验法。,试验时用环刀切取钻探取得的保持天然结构的原状土样,由于地基沉降主要与土竖直方向的压缩性有关,且土是各向异性的,所以切土方向还应与土天然状态时的垂直方向一致。,15,Vve0,Vs1,Vve,Vs1,土样在压缩前后变形量为H,整个压缩过程中土粒体积和截面积不变,所以固体颗粒高度不变。,土粒高度在受压前后不变,根据上述压缩试验可得到的 关系,可以得到土样的孔隙比与加荷等级之间的 关系。,得到各级荷载p所对应的e,可绘出ep曲线及elg p曲线等。,分别为土粒密度、土样的初始含水量及初始密度,它们可根据室内试验测定。,16,(一) e-p曲线及有关指标,通常可将常规压缩试验所得的e-p 数据采用普通直角坐标绘制成e-p 曲线 。1、压缩系数a土体在侧限条件下孔隙 比减少量与竖向压应力增 量的比值。,17,图中给出了两条典型的软粘土和密实砂土的压缩曲线。从图4-3 (a)可以看出,由于软粘土的压缩性大,当发生压力
5、变化p时,则相应的孔隙比的变化e也大,因而曲线就比较陡;反之,像密实砂土的压缩性小,当发生相同压力变化P时,相应的孔隙比的变化e就小,因而曲线比较平缓。因此,可用曲线的斜率来反映土压缩性的大小。,18,设压力由p1增至p2,相应的孔隙比由e1减小到e2,当压力变化范围不大时,可将M1M2一小段曲线用割线来代替,用割线M1M2的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性,即:,式中a 为压缩系数,MPa-1; 压缩系数愈大,土的压缩性愈高。,图4-4(a)由e-p曲线确定压缩系数a,从图中还可以看出,压缩系数a值与土所受的荷载大小有关。,19,工程中一般采用100200 kPa压力区间内对应的压缩系数a1-2来评价土的压缩性。即 :,a1-20.1MPa-1 低压缩性土0.1MPa-1a1-20.5MPa-1 中压缩性土a1-20.5MPa-1 高压缩性土,0.1,0.5,高压缩性,中压缩性,低压缩性,20,土在完全侧限条件下竖向应力增量p与相应的应变增量的比值,称为侧限压缩模量,简称压缩模量,用Es表示。,无侧向变形,即横截面积不变,根据土粒所占高度不变的条件, 可用相应的孔隙比的变化 来表
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