土力学固结沉降.ppt
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1、2006.03,第五章 土的压缩性与地基沉降计算,2006.03,本章提要 本章特点 学习难点,第五章:土的压缩性与地基沉降计算,土的压缩性-测试方法和指标 地基的最终沉降量-分层总合法 地基的沉降过程-饱和土渗流固结理论 有一些较严格的理论 有较多经验性假设和公式 应力历史及先期固结压力 不同条件下的总沉降量计算 渗流固结理论及参数,2006.03,土的压缩变形问题,土的压缩性与地基沉降计算,试验方法,压缩性指标,沉降的大小,沉降的过程,土的压缩性测试方法一维压缩性及其指标地基的最终沉降量计算饱和土体的渗流固结理论,2006.03,5.1 概述 5.2 土的压缩性测试方法5.3 一维压缩性及
2、其指标5.4 地基的最终沉降量计算5.5 饱和土体的渗流固结理论,第五章:土的压缩性与地基沉降计算,2006.03,5.1 概述,墨西哥某宫殿,左部:1709年右部:1622年地基:20多米厚粘土,工 程 实 例,问题:沉降2.2米,且左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固,2006.03,5.1 概述,工 程 实 例,Kiss,由于沉降相互影响,两栋相邻的建筑物上部接触,2006.03,5.1 概述,工 程 实 例,基坑开挖,引起阳台裂缝,2006.03,5.1 概述,新建筑引起原有建筑物开裂,2006.03,5.1 概述,工 程 实 例,高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
3、,2006.03,5.1 概述,工 程 实 例,建筑物立面高差过大,2006.03,47m,39,150,194,199,175,87,沉降曲线(mm),工 程 实 例,建筑物过长:长高比7.6:1,5.1 概述,2006.03,5.1 概述 5.3 一维压缩性及其指标5.4 地基的最终沉降量计算5.5 饱和土体的渗流固结理论,第五章:土的压缩性与地基沉降计算,2006.03,5.2 土的压缩性测试方法,土体变形的机理,土体的变形特性,土体的特点:散粒体,体应变主要由孔隙体积变化引起剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起,2006.03,5.2 土的压缩性测试方法,固结容器:环刀、护环、导
4、环、透水石、加压上盖和量表架等 加压设备:杠杆比例1:10 变形测量设备,侧限压缩(固结)仪,支架,加压设备,固结容器,变形测量,2006.03,5.2 土的压缩性测试方法,施加荷载,静置至变形稳定逐级加大荷载,侧限压缩试验,P1,s1,e1,e0,测定:轴向压缩应力 轴向压缩变形,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,侧限压缩试验,已知:试样初始高度H0 试样初始孔隙比e0,试验结果:每级压力p作用下,试样的压缩变形S,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,侧限压缩试验,卸载和再加载曲线,在试验曲线的卸载和再加载段,土样的变形特性同初始加载段明显不同,前者的刚度较大在再加载段,当
5、应力超过卸载时的应力p时,曲线逐渐接近一次加载曲线卸载和再加载曲线形成滞回圈,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,侧限压缩试验,应力历史及影响,土体在历史上所承受过的应力情况(包括最大应力等)称为应力历史,应力历史的影响非常显著,土样在A和B点所处的应力状态完全相同,但其变形特性差别很大,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,-p曲线,初始加载Es卸载和重加载Ee,体积压缩系数:,单位压应力变化引起的单位体积的体积变化,侧限压缩(变形)模量KPa,MPa,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,侧限压缩试验,由三相草图:,可得到e-p关系,2006.03,5.3 一维压缩性及
6、其指标,e-p曲线,不同土的压缩系数不同,a越大,土的压缩性越大同种土的压缩系数a不是常数,与应力p有关通常用a1-2即应力范围为100-200 kPa的a值对不同土的压缩性进行比较,压缩系数KPa-1,MPa-1,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,e-p曲线压缩系数a,压缩系数a1-2常用作比较土的压缩性大小,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,压缩系数,侧限压缩模量,体积压缩系数,压缩指标间的关系,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,e-lgp曲线,Ce Cc,一般Cec,特点:在压力较大部分,接近直线段,指标:,反映了土的应力历史,压缩指数,2006.03,5.
7、3 一维压缩性及其指标,侧限压缩试验指标汇总,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,先期固结压力,先期固结压力:土层历史上所经受到的最大压力p,p=s:正常固结土p s:超固结土p s:欠固结土,OCR=1:正常固结OCR1:超固结OCR1:欠固结,超固结比:,如土层当前承受的自重压力为s,相同s 时,一般OCR越大,土越密实,压缩性越小,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,e,p(lg),正常固结土的原位压缩曲线:直线,正常固结土初始压缩曲线,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,在先期固结压力p附近发生转折,据此可确定p,先期固结压力,AB:沉积过程,到B点应力为pBC
8、:取样过程,应力减小,先期固结压力为pCD:压缩试验曲线,开始段位于再压缩曲线上,后段趋近原位压缩曲线,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,在e-lgp曲线上,找出曲率最大点m作水平线m1作m点切线m2作m1,m2 的角分线m3m3与试验曲线的直线段交于点BB点对应于先期固结压力p,先期固结压力p的确定,Casagrande 法,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,原位压缩及原位再压缩曲线,正常固结土:,超固结土:,沉积ab 取样bb 室内试验bcd,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,原位初始压缩曲线的推求,基本假定:取样后不回弹,即土样取出后孔隙比保持不变,(e0,
9、s)点位于原状土初始压缩或再压缩曲线上压缩指数Cc和回弹指数Ce为常数试验曲线上的0.42e0点不受到扰动影响,未受扰动的原位初始压缩曲线也应相交于该点,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,0.1 1 10 p(100kPa),1.00.80.60.4,e,e0,0.42e0,扰动增加,原状样,重塑样,不同扰动程度试样的室内压缩曲线,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,正常固结土原位压缩曲线的推求,对正常固结土先期固结压力p=s(e0,p)位于原位压缩曲线上以0.42e0在压缩曲线上确定C点通过B、C两点的直线即为所求的原位压缩曲线,推定方法,2006.03,5.3 一维压缩性
10、及其指标,超固结土原位再压缩曲线的推求,确定p,s的作用线因为ps,点D(e0,s)位于再压缩曲线上过D点作斜率为Ce的直线DB,DB为原位再压缩曲线以0.42e0在压缩曲线上确定C点,BC为原位初始压缩曲线DBC即为所求的原位再压缩和压缩曲线,推定方法,2006.03,5.3 一维压缩性及其指标,小 结,-p(或)曲线 e p(或)曲线 e lgp(或lg)曲线 先期固结压力 原位压缩曲线及原位再压缩曲线,由侧限压缩试验整理得到的三条常用曲线,2006.03,5.1 概述 5.2 土的压缩性测试方法 5.3 一维压缩性及其指标 5.4 地基的最终沉降量计算5.5 饱和土体的渗流固结理论,第五
11、章:土的压缩性与地基沉降计算,2006.03,5.4 地基的最终沉降量计算,粘性土地基的沉降量S由机理不同的三部分沉降组成:,初始瞬时沉降 Sd:在不排水条件下,由剪应变引起侧向变形导致主固结沉降 Sc:由超静孔压消散导致的沉降,通常是地基变形的主要部分次固结沉降 Ss:由于土骨架的蠕变特性引起的变形,粘性地基的沉降类型,2006.03,5.4 地基的最终沉降量计算,地基的最终沉降量计算,最终沉降量S:,t时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量,不考虑沉降过程。,以一维侧限应力状态土的压缩特性为基础的分层总和法,计算方法:,2006.03,5.4 地基的最终沉降量计算,地基的最终沉降量计算,单一土
12、层一维压缩问题地基最终沉降量分层总和法地基沉降计算的若干问题,2006.03,5.4 地基的最终沉降量计算,单一土层一维压缩问题,计算简图,(a)e-p曲线,(b)e-lgp曲线,2006.03,5.4 地基的最终沉降量计算,计算公式:e-p曲线,单一土层一维压缩问题,2006.03,5.4 地基的最终沉降量计算,计算步骤:,单一土层一维压缩问题,确定:,查定:,算定:,以公式 为例,2006.03,5.4 地基的最终沉降量计算,理论上不够完备,缺乏统一理论,是一个半经验性方法,假设基底压力为线性分布 附加应力用弹性理论计算侧限应力状态,只发生单向沉降只计算固结沉降,不计瞬时沉降和次固结沉降将
13、地基分成若干层,认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和:,基本假定和基本原理:,地基最终沉降量分层总和法,2006.03,5.4 地基的最终沉降量计算,计算步骤,地基最终沉降量分层总和法,原地基的自重应力分布sz基底附加压力p0确定地基中附加应力z分布确定计算深度zn地基分层Hi计算每层沉降量Si 各层沉降量叠加Si,sz从地面算起;z从基底算起,由基底附加应力p0=p-d引起,2006.03,5.4 地基的最终沉降量计算,计算步骤,地基最终沉降量分层总和法,.确定计算深度zn地基分层Hi计算每层沉降量Si 各层沉降量叠加Si,经验法:一般土层:z=0.2sz 软土层:z=0.1sz经验公式
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