土力学第五章土压缩性与地基沉降计算PPT课件
92页1、第五章土的压缩性与地基沉降计算,内 容 提 要,土的压缩性试验及压缩性指标 地基沉降的实用计算方法分层总和法规范法(应力面积法) 饱和粘性土地基沉降与时间的关系,与地基沉降有关的工程实例,比萨斜塔 地基不均匀沉降导致建筑物发生倾斜的典型实例。,与地基沉降有关的工程实例,苏州虎丘塔,与地基沉降有关的工程实例,墨西哥艺术宫 地基严重沉降,与地基沉降有关的工程实例,由于沉降相互影响,两栋相邻的建筑物上部接触,地基沉降的产生,土具有压缩性,外荷载产生的附加应力作用,地基产生沉降,荷载的性质和大小,土的压缩特性,地基土厚度,内因,外因,地基沉降的产生,地基的沉降量首先与土的压缩性有关,压缩性高的土沉降量大,压缩性低的土沉降量小。地基沉降量与作用在基础上的荷载的性质和大小有关。一般而言,荷载愈大,产生的地基沉降量也愈大;而偏心荷载产生的沉降差要比中心荷载产生的沉降差大。,土的压缩性的有关概念,附加应力作用下土体的变形:体积变形: 由正应力引起,会使土的体积缩小,产生压密,一般不会导致土体破坏。形状变形(剪切变形): 由剪应力引起,是导致土体发生破坏的主要原因。当剪应力超过一定限度时,土体将产生剪切
2、破坏,此时土体将产生连续变形。,土的压缩性的有关概念,土的压缩性: 在外力作用下土体积缩小的特性。土的压缩性的主要特点:土的压缩主要是由于土体中孔隙体积减少,孔隙水排出而引起的。对于不同土类而言,由于孔隙水的排出而引起的土体压缩过程所需要的时间并不相同。土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。,土的压缩性的有关概念,地基沉降: 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称为沉降。产生地基沉降的其他原因:湿陷性黄土地基的湿陷沉降;大城市由于过度开采地下水造成的地面沉降。(原因:地下水位下降以后地层的自重应力增大),土的压缩性的有关概念,为了保证建筑物的安全和正常使用,地基的最大沉降量和沉降差都必须控制在一定的范围之内。建筑物地基沉降的研究内容:绝对沉降量的大小沉降与时间的关系,第一节 土的压缩性试验及压缩性指标,一、室内压缩试验及压缩模量,室内侧限压缩试验(固结试验),压 缩 仪,室内侧限压缩试验(固结试验),压 缩 容 器,环刀内径通常有6.18cm和7.98cm两种,相应的截面积为30cm2和50cm2,高度为2cm。透水石的作用是使土样受压后孔隙水排出。由于金属环刀
3、与刚性护环的限制,土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形,无侧向变形。,侧限压缩试验,水槽,内环,环刀,透水石,试样,传压板,百分表,测定:竖向压力竖向变形,试验过程:,P1,s1,e1,e0,试验结果:,e,用环刀切土的方向应与土天然状态的垂直方向一致。常规压缩试验的加载等级为50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa。每级荷载的恒压时间标准恒压24小时或在1小时内的压缩量不超过0.01mm;每级荷载恒压12小时,最后一级荷载才恒压24小时。,室内侧限压缩试验(固结试验),标准压缩(固结)试验,快速压缩(固结)试验,室内侧限压缩试验(固结试验),压 缩 前,压 缩 后,土的压缩曲线,ep 压缩曲线,elg p 压缩曲线,土的压缩指标压缩系数,(kPa-1,MPa-1),土的压缩系数a的值与土所受的荷载大小有关。工程上一般采用压力间隔p1=100kPa至p2=200kPa时对应的压缩系数a1-2 来评价土的压缩性。,土的压缩指标压缩系数,压缩模量:土在完全侧限的条件下竖向应力增量与相应的应变增量的比值。,土的压缩指标压缩模量,压缩模量的大小反映了土体在单向压缩的条
4、件下对压缩变形的抵抗能力。,土的压缩指标压缩模量,土的压缩指标压缩模量,压缩模量不是常数,而是随着压力大小而变化。,土的压缩指标压缩模量,土的压缩指标压缩指数,土的压缩指标压缩指数,压缩指数Cc在压力较大时为常数,不随压力的变化而变化。压缩指数越大,土的压缩性越高。,土的回弹曲线和再压缩曲线,ep 曲线,回弹曲线与初始压缩曲线并不重合;压力完全卸除以后,土样中有残留的塑性变形(残余变形),但也有恢复的弹性变形;超过卸载点后,再压缩曲线就像是初始压缩曲线的延长线。,土的回弹指数(再压缩指数),回弹指数Ce : 卸载段和再压缩段的平均斜率。回弹指数远小于压缩指数。 对于一般粘性土, Ce(0.10.2)Cc。,elg p 压缩曲线,土的前期固结压力,前期固结压力pc: 土层历史上曾经承受过的最大的固结压力,也就是土体在固结过程中所受的最大有效应力。超固结比(OCR): 前期固结压力和土层自重应力(即自重作用下固结稳定的有效竖向应力)的比值。,土的固结状态的划分,正常固结土: 土层的自重应力等于前期固结压力,OCR = 1;超固结土: 土层的自重应力小于前期固结压力,OCR 1;欠固结土:
5、土层的自重应力大于前期固结压力,OCR 1。,二、现场载荷试验及变形模量,载荷试验装置,堆重平台反力法,地锚反力架法,室内压缩试验与现场载荷试验的比较,室内压缩试验: 操作简单;试验在完全侧限的条件下进行,试验得到的规律和指标具有近似性。现场载荷试验: 排除了取样和试样制备过程中的人为影响,能比较准确地反映土体真实的变形性质;设备笨重,操作过程繁杂,费用较高;载荷板尺寸的影响。,变形模量,当压力小于某个数值pcr时,压力与地基土体的沉降之间呈线性关系。地基的变形模量:,三、弹性模量及试验测定,弹性模量的概念及应用,弹性模量: 正应力与弹性(即可恢复)正应变的比值。弹性模量在工程中的应用: 快速或瞬时荷载作用下土体的变形计算。 如:风荷载作用下高耸结构物的倾斜;瞬时荷载作用下饱和粘性土地基的瞬时沉降等。,弹性模量的试验测定,采用三轴仪进行三轴重复压缩试验,将得到的应力应变曲线上的初始切线模量Ei或再加荷模量Er作为弹性模量。,三种模量的比较,压缩模量与变形模量之间的换算关系,土的泊松比,第二节 地基沉降实用计算方法,一、弹性理论法,弹性理论法计算沉降,弹性理论法的理论基础: 布西奈斯克课
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