土力學-第三章

1、土的壓縮性基本概念、土的壓縮性指標2、地基的最終沉降量計算分層總和法、規(guī)范方法、三種特殊情況下的地基沉降計算3、沉積土層的應(yīng)力歷史超固結(jié)土、正常固結(jié)土、欠固結(jié)土、前期固結(jié)壓力4、地基沉降與時間的關(guān)系第三章土的壓縮性及地基沉降一、土的壓縮性

compressibility在壓力作用下土的體積減小。壓縮性的原因

土顆粒的壓縮

孔隙水的壓縮

孔隙的減小≈0≈0壓縮性第一節(jié)、土的壓縮性固結(jié)-土的壓縮隨時間而增長的過程。飽和粘土：歷時很長。無粘性土：短時間內(nèi)完成1.為什么要研究土的壓縮性2m4m地基沉降（豎向位移）PalaciodelasBellasArtes,MexicoCity墨西哥城藝術(shù)宮的下沉

墨西哥城下的土層為：表層為人工填土與砂夾卵石硬殼層，厚度5m，其下為火山灰形成的超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達7～12，含水率150～600%，層厚達數(shù)十米。該藝術(shù)宮沉降量高達4m，并造成臨近的公路下沉2m。建筑物的不均勻沉降，墨西哥城剛性護環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土樣荷載

壓縮儀

oedometer

構(gòu)造二、側(cè)限條件下土的壓縮性1、側(cè)限條件：土在壓縮過程中，只能在豎向壓縮，而側(cè)向受限不能變形。或壓縮量計算公式2.側(cè)限壓縮性指標壓縮系數(shù)標準壓縮系數(shù)

0.1

0.5低壓縮性中壓縮性高壓縮性壓縮指數(shù)側(cè)限壓縮模量Es土在完全側(cè)限條件下，豎向應(yīng)力增量與應(yīng)變增量之比。側(cè)限壓縮模量與壓縮系數(shù)的關(guān)系推導過程設(shè)土樣中土粒的高度為1，壓縮前的孔隙比為e1，壓縮后的孔隙比為e2

。則壓縮前土樣的高度為1+e1，壓縮后的高度為1+e2，土樣的壓縮量為e1-e2，相應(yīng)的應(yīng)變增量為(e1-e2)/(1+e1)，按照定義，壓縮模量3.土層側(cè)限壓縮變形量計算設(shè)土樣壓縮前的厚度為h，則其壓縮量可按以下公式計算或或第二節(jié)、地基的最終沉降量地基土層在建筑物荷載作用下產(chǎn)生的變形穩(wěn)定后地基的下沉量。兩種常用計算方法（1）分層總和法（2）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007－2002）推薦的方法一、地基沉降計算——分層總和法zΔs1ds1.基本原理（1）基礎(chǔ)中心處的沉降代表基礎(chǔ)的沉降。（2）中心土柱完全側(cè)限，其壓縮量為沉降。

基本假設(shè)

沉降計算Δs2Δs3Δs4Δs8計算深度Zn至變形很小、可忽略不計的深度。無側(cè)向膨脹，直接利用壓縮試驗的結(jié)果。2.計算步驟（1）分層細砂粘土粉質(zhì)粘土1234657890123465789（2）計算基底附加壓力Hb（3）計算自重應(yīng)力（4）計算中心點以下的附加應(yīng)力（5）確定壓縮底層為什么要分層？為什么要采用基底凈壓力？

應(yīng)力隨深度變化。

壓縮性隨深度變化（包括同一土層）。自重應(yīng)力附加應(yīng)力為什么要采用基底附加壓力計算地基沉降？開挖前開挖完成后卸載再加載→卸載應(yīng)力場（5）確定壓縮底層(地基沉降計算深度zn)目標：之下土層的變形可忽略不計。方法：（6）計算每一層土的壓縮量問題1：如何確定e1i、e2i?e1i初始狀態(tài)自重應(yīng)力e2i終止狀態(tài)自重應(yīng)力＋附加應(yīng)力（基底附加壓力產(chǎn)生）問題2：為何采用平均值

?同一層中的應(yīng)力分布不均勻i-1iihi自重應(yīng)力附加應(yīng)力問題：對同一土層，Es是否為常數(shù)?

同一層中，將Es作為常數(shù)，只是一種簡化算法。實際上，深度不同，應(yīng)力狀態(tài)就不同，Es也隨之而變。

利用壓縮模量Es（7）計算總沉降量計算方法與步驟（1）繪制地基土層分布圖和基礎(chǔ)剖面圖。（2）地基土層分層

a.每層厚度不大于0.4b。

b.不同土層的交界面應(yīng)作為分層面。

c.

地下水位作為分層面。

d.基礎(chǔ)底面附近附加應(yīng)力的變化較大，分層厚度應(yīng)小一些。

（3）計算基礎(chǔ)底面接觸壓力

（4）計算基礎(chǔ)底面附加壓力

（5）計算各分層面處的自重應(yīng)力

（6）計算各分層面處的附加應(yīng)力

（7）確定受壓層深度，其判斷準則是一般土軟土

（8）計算各土層的壓縮量

（9）計算地基最終沉降量例題3-1三、三種特殊情況下的地基沉降計算薄壓縮層地基地下水位下降大面積堆載

薄壓縮層地基圖示條形基礎(chǔ)，基巖以上為同一土層，其重度為18kN/m3，壓縮特性如下表所示，此外，基底附加壓力所產(chǎn)生的豎向應(yīng)力如圖中所示。試用分層總和法計算地基的沉降。p(kPa)020406080100120140160180e0.80.7650.740.7250.710.70.6910.6830.6760.671大面積堆載如圖所示的砂層中夾有厚度為0.2m軟弱薄層，砂的容重，壓縮模量見圖，薄層中取土樣進行壓縮試驗的結(jié)果見下表。試計算在圖示滿布均載由60kPa增大到100kPa的過程中，薄層產(chǎn)生的壓縮量占整個土層發(fā)生的壓縮量的百分比。（說明：薄層中豎向應(yīng)力的變化可忽略）p(kPa)020406080100120140160180e1.1001.0350.9700.9250.8950.8700.8450.82000.8000.785地下水位下降Hbi-1izi-1zihi

2.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》

GB50007－2002）推薦的方法沉降經(jīng)驗修正系數(shù)（1）中等強度地基（2）軟弱地基（3）堅實地基計算公式若地基為均勻土層，可由壓縮模量Es直接查表確定。否則由沉降計算深度范圍內(nèi)Es的當量值確定。其中Ai為第i層土附加應(yīng)力系數(shù)沿土層厚度的積分。地基沉降計算深度

（1）無相鄰荷載作用

b為基礎(chǔ)寬度，單位是m，適用于1～30m的范圍。（2）存在相鄰荷載影響3.相鄰荷載對地基沉降的影響兩座建筑物同時修建時本建筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力對方建筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力建筑物在對方地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力，且較近一端下的附加應(yīng)力較大，較遠一端較小，兩建筑物向內(nèi)傾斜。在舊建筑旁修新建筑舊建筑新建筑本建筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力對方建筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力本建筑產(chǎn)生的自重應(yīng)力

對新建筑，舊建筑在其地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力相當于原存壓力，對新建筑沉降的影響不大。對舊建筑，在較近的一端，新建筑在其下產(chǎn)生的附加應(yīng)力較大，而較遠一端較小，故舊建筑向新建筑傾斜。（1）正常固結(jié)土

前期固結(jié)壓力：土層在歷史上所經(jīng)受的最大固結(jié)壓力，以表示。（2）超固結(jié)土（3）欠固結(jié)土第三節(jié)沉積土層的應(yīng)力歷史第四節(jié)地基沉降與時間的關(guān)系1.地基沉降與時間的關(guān)系飽和土的變形：荷載孔隙水排出變形土的滲透性、壓縮性、排水距離等碎石土和砂土：基本完成。地基沉降在施工期間完成的比例低壓縮性粘性土：50～80％中壓縮性粘性土：20～50％高壓縮性粘性土：5～20％2.飽和土的滲流固結(jié)（1）飽和土的滲流固結(jié)孔隙水排出；孔隙體積減小；由孔隙水承擔的壓力轉(zhuǎn)移到土骨架，成為有效應(yīng)力。（2）滲流固結(jié)的力學模型或

H為土層的最大排水距離，雙面排水時取土層厚度的一半，單面排水時取土層總厚度。為時間因子。若取一項，則有（適用于）（3）結(jié)論以上公式適用于雙面排水附加應(yīng)力線性分布的情況。單面排水時，可按α查相應(yīng)的曲線確定在附加應(yīng)力分布相同的情況下，兩個土質(zhì)相同（即cv相同）而厚度不同的土層，在達到相同的固結(jié)度時，其時間因數(shù)也相等。4.地基沉降與時間關(guān)系計算

例題5已知某工程地基為飽和粘土層，厚度為8.0