土的變形及地基沉降計(jì)算

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1、第四章土的變形性質(zhì)與地基沉降計(jì)算貴州大學(xué)土木工程學(xué)院土力學(xué)地基基礎(chǔ)系列講座九土的壓縮性與地基沉降計(jì)算基本內(nèi)容：這是本課程的重點(diǎn)。在學(xué)習(xí)土的壓縮性指標(biāo)確定方法的基礎(chǔ)上，掌握地基最終沉降量計(jì)算原理和地基固結(jié)問題的分析計(jì)算方法。學(xué)習(xí)要求：◇掌握土的壓縮性與壓縮性指標(biāo)確定方法；◇掌握地基最終沉降量計(jì)算方法；◇熟悉不同應(yīng)力歷史條件的沉降計(jì)算方法；◇掌握有效應(yīng)力原理；◇掌握太沙基一維固結(jié)理論；◇掌握地基沉降隨時(shí)間變化規(guī)律。概述…1土在自重應(yīng)力或附加應(yīng)力作用下，地基土要產(chǎn)生附加變形，包括體積變形和形狀變形。對(duì)于土來說，體積變形通常表現(xiàn)為體積縮小。我們把這種在外力作用

2、下土體積縮小得特性稱為土的壓縮性?！笸恋膲嚎s性主要有兩個(gè)特點(diǎn)：☆土的壓縮性主要是由于孔隙體積減少而引起的；☆由于孔隙水的排出而引起的壓縮對(duì)于飽和粘土來說需要時(shí)間，將土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程稱為土的固結(jié)?！笤诮ㄖ锖奢d作用下，地基土主要由于壓縮而引起的豎直方向的位移稱為沉降。研究建筑物沉降包含兩方面的內(nèi)容：☆絕對(duì)沉降量的大小，亦即最終沉降；☆沉降與時(shí)間的關(guān)系，主要介紹太沙基的一維固結(jié)理論。概述…2土的壓縮性概念土體產(chǎn)生體積縮小的原因：◇固體顆粒的壓縮；◇孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體的溶解；◇孔隙水和孔隙氣體的排出。由于純水的彈模約為2×106kPa，

3、固體顆粒的彈模為9×l07kPa，土粒本身和孔隙中水的壓縮量，在工程壓力(100～600kPa)范圍內(nèi)，不到土體總壓縮量的1/400，因此?？陕圆挥?jì)。所以，土體壓縮主要來自孔隙水和土中孔隙氣體的排出?？紫吨兴蜌怏w向外排出要有一個(gè)時(shí)間過程。因此土的壓縮亦要一段時(shí)間才能完成。把這一與時(shí)間有關(guān)的壓縮過程稱為固結(jié)。有效應(yīng)力原理作用于飽和土體內(nèi)某截面上總的正應(yīng)力s由兩部分組成：一部分為孔隙水壓力u，它沿著各個(gè)方向均勻作用于土顆粒上，其中由孔隙水自重引起的稱為靜水壓力，由附加應(yīng)力引起的稱為超靜孔隙水壓力（孔隙水壓力）；另一部分為有效應(yīng)力s′，它作用于土的骨架（土

4、顆粒）上，其中由土粒自重引起的即為土的自重應(yīng)力，由附加應(yīng)力引起的稱為附加有效應(yīng)力。飽和土中總應(yīng)力與孔隙水壓力、有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系◇任一平面上受到的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力加孔隙水壓力之和；◇土的強(qiáng)度的變化和變形只取決于土中有效應(yīng)力的變化。土的壓縮性…1土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)土體的變形計(jì)算，需要取得土的壓縮性指標(biāo)，可以通過室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)得到?！笫覂?nèi)壓縮試驗(yàn)亦稱固結(jié)試驗(yàn)，是研究土壓縮性最基本的方法?！蟋F(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場(chǎng)通過千斤頂逐級(jí)對(duì)置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測(cè)記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量s，并繪制成p-s曲線，即獲

5、得地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。反映土的壓縮性的指標(biāo)主要有壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)和變形模量。土的壓縮性的高低，常用壓縮性指標(biāo)定量表示，壓縮性指標(biāo)，通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣進(jìn)行。土的壓縮性…2側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)亦稱固結(jié)試驗(yàn)。所謂側(cè)限，就是使土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無側(cè)向變形。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)采用的試驗(yàn)裝置為壓縮儀(下圖)。試驗(yàn)時(shí)將切有土樣的環(huán)刀置于剛性護(hù)環(huán)中，由于金屬環(huán)刀及剛性護(hù)環(huán)的限制，使得土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無側(cè)向變形。在土樣上下放置的透水石是土樣受壓后排出孔隙水的兩個(gè)界面。壓縮過程中豎向壓力通過剛性

6、板施加給土樣，土樣產(chǎn)生的壓縮量可通過百分表量測(cè)。常規(guī)壓縮試驗(yàn)通過逐級(jí)加荷進(jìn)行試驗(yàn)，常用的分級(jí)加荷量p為：50，100，200，300，400kPa。土的壓縮是由于孔隙體積減小，所以土的變形常用孔隙比e表示。側(cè)限壓縮試驗(yàn)土的壓縮性…2土的壓縮性…3單向壓縮量公式壓縮穩(wěn)定后試樣高度孔隙比e2孔隙體積e2Vs單向壓縮量公式試樣高度H土粒的體積Vs孔隙比e1孔隙體積：Vv=e1vs總體積：V1=Vv+Vs=(1+e1)Vs變形表達(dá)式（孔隙比計(jì)算）假定：受壓前后土粒體積不變、土樣橫截面面積不變。壓力作用下，土中孔隙的減小壓縮試驗(yàn)及壓縮曲線或土的壓縮性…3固結(jié)儀e

7、-p曲線確定壓縮系數(shù)e-logp曲線確定壓縮指數(shù)土的壓縮性…4回彈曲線和再壓縮曲線壓縮曲線特征：◇卸荷時(shí)，試樣bc回彈，可見土體的變形是由可恢復(fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形兩部份組成?！蠡貜椙€和再壓線曲線構(gòu)成一迴滯環(huán)，土體不是完全彈性體；◇回彈和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。◇再加荷時(shí)的壓力超過b點(diǎn)，再壓縮曲線就趨于初始?jí)嚎s曲線的延長(zhǎng)線。土體變形機(jī)理非常復(fù)雜，不是理想的彈塑性體，而是具有彈、粘、塑性。土的壓縮性…5壓縮指標(biāo)反映土的壓縮性的指標(biāo)主要有壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓縮模量和變形模量。壓縮系數(shù)：曲線上任意兩點(diǎn)割線的斜率。可表示為：式中，負(fù)號(hào)表示隨

8、著壓力p的增加，e逐漸減少。壓縮性不同的土，其壓縮曲線的形狀是不一樣的。曲線愈陡，說明隨著壓力