单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,4.1,土的压缩性,土的压缩性高低，常用压缩性指标定量表示。压缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样，进行室内压缩试验测定。,4.1.1,室内压缩试验,(1)试验仪器,(2)试验方法：侧限压缩试验,(3)试验结果（土的压缩曲线图片）,(4)试验结果（孔隙比）的推导,4.1.2,土的压缩性指标,(1)土的压缩系数,为了便于比较，通常采用压力段由,p,1,=100kPa,增加到,p,2,=200kPa,时的压缩系数,a,1-2,来评定土的压缩性如下：,0.1,0.5,高压缩性,中压缩性,低压缩性,(2)土的压缩指数,(3)土的压缩模量,(4)土的回弹再压缩曲线及回弹再压缩模量,4.1.3,土的压缩性原位测试,原位测试方法适用于：,地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。,国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。,原位测试方法包括：,载荷试验、静力触探试验、旁压试验等,载荷试验示意图,反压重物,反力梁,千斤顶,基准梁,荷载板,百分表,载荷试验结果分析图地基土的变形模量,土的弹性模量,定义,:,土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值,。,如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，都是可恢复的弹性变形,。,变形模量、压缩模量的关系,x,=,y,=,K,0,z,变形模量,压缩模量,无侧限条件,完全侧限条件,换算关系,1.,地基的最终沉降量,：,是指地基在建筑物等其它荷载作用下，,地基变形稳定后的基础底面的沉降量,。,沉降与时间的关系,最终沉降量,4.2,地基最终沉降量计算,2.地基沉降的原因：,外因：,主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力。（宏观分析）,内因：,土的三相组成。（微观分析）,A,A,g,z,0,p,Net stress increase,A,),地基沉降的外因:,通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定，,主要是建筑物荷载在地基中产生的,附加应力,。,B,),内因:,土由,三相组成，具有碎散性,，在附加应力作用下土层的,孔隙发生压缩变形,，引起地基沉降。,h,3.计算目的：,预知该工程建成后将产生的最终沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜，,判断地基变形是否超出允许的范围,，以便在建筑物设计时，为采取相应的工程措施提供科学依据，保证建筑物的安全。,S,S,不满足设计要求,（墨西哥城）,地基的沉降及不均匀沉降,计算方法：,分层总和法（道路工程）,规范法（建筑工程）,弹性力学公式,有限单元法,1.,基本假设,地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力。,在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标。,为了弥补假定所引起误差，取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降,2.,单一压缩土层的沉降计算,在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。,4.2.1,分层总和法,3.定义：,先将地基土分为若干土层，各土层厚度分别为,h,1,h,2,h,3,h,n,。,计算每层土的压缩量,s,1,s,2,s,3,.,s,n,。,然后累计起来，即为总的地基沉降量,s。,4.计算原理,p1,p2,p3,p4,e4,e3,e2,e1,e,p,P1=,自重应力,P2=,自重应力+,附加应力,确定基础沉降计算深度,一般,z,=0.2,c,确定地基分层,1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面,2.每层厚度,h,i,0.4,b,计算各分层沉降量,根据自重应力、附加应力曲线、,e,-,p,压缩曲线计算任一分层沉降量,软土,z,=0.1,c,（,若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止）,计算基础最终沉降量,d,地基沉降计算深度,c,线,z,线,5.计算步骤,6.,公式解释,：,Zi,Z(i-1),H,i,由建筑地基基础设计规范,（,GB500072002）,提出,分层总和法的另一种形式,沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数,附加应力面积,深度,z,范围内的附加应力面积,附加应力通式,z,=,K,p,0,代入,引入平均附加应力系数,因此附加应力面积表示为,因此,4.2.2,规范法,z,i,-1,地基沉降计算深度,z,n,z,i,z,z,i,-1,5,3,4,6,1,2,b,1,2,3,4,5,6,1,2,a,i,p,0,a,i,-1,p,0,p,0,p,0,第,n,层,第,i,层,z,i,A,i,A,i,-1,沉降计算深度,z,n,应该满足,当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，,z,n,可取至基岩表面为止,当无相邻荷载影响，基础宽度在,130,m,范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算,地基最终沉降量修正公式,地基沉降计算中的有关问题,1.分层总和法在计算中假定不符合实际情况,假定地基无侧向变形,计算结果偏小,采用基础中心点下土的附加应力和沉降,计算结果偏大,2.分层总和法中附加应力计算应考虑,:,土体在自重作用下的固结程度、相邻荷载的作用,3.,基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑,物施工时又产生地基土再压缩的情况,回弹再压缩影响的变形量,计算深度取至基坑底面以下,5,m,，,当基坑底面在地下水位以下时取,10,m,沉降分析中的若干问题,1.,土的回弹与再压缩,p,e,弹性变形,塑性变形,a,d,b,c,b,压缩曲线,回弹曲线,再压缩曲线,土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形,土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低,2.,地基沉降的三个组成部分,s,d,瞬时沉降,s,c,固结沉降,s,s,次固结沉降,3.,土的应力历史对土的压缩性的影响,土的应力历史：,土体在历史上曾经受到过的应力状态,先期固结压力,p,c,：,土在其生成历史中曾受过的最大有,效固结压力,讨论：,对试样施加压力,p,时，压缩曲线形状,p,p,c,正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大,土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响，用先期固结压力,p,c,与现时的土压力,p,0,的比值描述土层的应力历史，将粘性土进行分类,1.,正常固结土,先期固结压力等于现时的土压力,p,c,p,0,2.,超固结土,先期固结压力大于现时的土压力,p,c,p,0,3.,超固结土,先期固结压力小于现时的土压力,p,c,p,0,4.3,地基沉降与时间的关系,地基的变形,不是瞬时完成的,，地基在建筑物荷载作用下要,经过相当长的时间,才能达到最终沉降量。,在工程设计中，除了要知道地基最终沉降量外，往往还需要知道,沉降随时间的变化过程,即,沉降与时间的关系,。,4.3.1,饱和土的有效应力原理,饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之,间存在如下关系：,1,、饱和土体渗流固结过程,4.3.2,土的单向固结理论,2,、两种应力在深度上随时间的分布,3,、不同排水条件下一维渗流固结过程,单面排水,双面排水,4,、土的单向固结理论太沙基一维固结理论,适用条件：,荷载面积远大于压缩土层的厚度，地,基中孔隙水主要沿竖向渗流。,单向固结微分方程及其解答,基本假定：,（1）土中水的渗流只沿竖向发生，服从达西定律；,（2）土的渗透系数和压缩系数为常数；,（3）土颗粒和土中水都是不可压缩的；,（,4,）土是完全饱和的均质、各向同性体；,（,5,）外荷是一次瞬时施加。,单向固结微分方程,式中 为土的竖向固结系数，,k,渗透系数,a,压缩系数、,e,天然孔隙比,单元体的渗流条件,单元体的变形条件,单元体的渗流连续条件,边界条件,5,、,固结度,（1）定义：,（2）计算公式（,地基中附加应力上下均匀分布,）,平均固结度,Uz,当压缩应力分布与排水条件都相同时，达到同一固结度所需时间之比等于排水距离,H,的平方之比。,4.3.3,地基沉降与时间关系计算步骤,（1）计算地基最终沉降量；,（2）计算地基附加应力沿深度的分布；,（3）计算土层的竖向固结系数和时间因子；,（4）求解地基固结过程中某一时刻,t,沉降量。,