土的压缩性与地基沉降计算 渗流例题

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土的压缩性与地基沉降计算 渗流例题

土的压缩性与地基沉降计算 渗流例题

学习指导学习目标在学习土的压缩性指标确定方法的基础上,掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。

学习基本要求1.掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法2.掌握地基最终沉降量计算方法3.熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法4.掌握有效应力原理5.掌握太沙基一维固结理论6.掌握地基沉降随时间变化规律主要基础知识土中自重应力计算,土中附加应力计算,弹性力学基础知识一、土的压缩试验与压缩性指标1.室内压缩试验土的室内压缩试验亦称固结试验,是研究土压缩性的最基本的方法。

室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪(图片)。

试验时将切有土样的环刀置于刚性护环中,由于金属环刀及刚性护环的限制,使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形,而无侧向变形。

在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙水的两个界面。

压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样,土样产生的压缩量可通过百分表量测。

常规压缩试验通过逐级加荷进行试验,常用的分级加荷量p为:50 kPa , 100 kPa , 200 kPa , 300 kPa , 400 kPa。

室内压缩试验过程可参见如下的室内压缩试验演示室内压缩试验过程演示详细了解压缩试验的试验操作步骤请进入固结试验1.mht室内固结试验(内容包括试验设备、试验方法、试验过程图片等)根据压缩过程中土样变形与土的三相指标的关系,可以导出试验过程孔隙比e与压缩量 H 的关系,即:公式推导(4-1)这样,根据式(4-1)即可得到各级荷载p下对应的孔隙比e,从而可绘制出土样压缩试验的e-p曲线及e-lg p曲线等。

2. 压缩性指标(1)压缩系数a通常可将常规压缩试验所得的e-p数据采用普通直角坐标绘制成e-p曲线,如图4-1所示。

设压力由p1增至p2,相应的孔隙比由e1减小到e2,当压力变化范围不大时,可将M1M2一小段曲线用割线来代替,用割线M1M2的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性,即:图4-1 e-p曲线确定压缩系数(4-2)式中a 为压缩系数,MPa-1;压缩系数愈大,土的压缩性愈高。

第四章 土的压缩性和地基沉降计算题解

第四章  土的压缩性和地基沉降计算题解

第四章 土的压缩性和地基沉降计算一、名 词 释 义1.角点沉降系数:单位均布矩形荷载在其角点处引起的沉降。

2.地基沉降计算深度:计算地基沉降时,超过基底下一定深度,土的变形可略去不计,该深度称为地基沉降计算深度。

3.压缩性:土在压力作用下体积缩小的特性。

4.固结:土的压缩随时间而增长的过程。

5.压缩曲线:室内土的侧限压缩试验结果,是土的孔隙比与所受压力的关系曲线。

6.压缩系数:反映土在一定压力作用下或在一定压力变化区间其压缩性大小的参数,其值等于e-p曲线上对应一定压力的切线斜率或对应一定压力变化区间的割线斜率。

7.压缩指数:采用半对数直角坐标绘制的p e log −压缩曲线,其后段接近直线,直线的斜率称为土的压缩指数。

8.压缩模量:土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值。

9.变形模量:根据土体在无侧限条件下的应力应变关系得到的参数,定义同弹性模量,但由于变形模量随应力水平而异,加载和卸载时的值不同,故未称作弹性模量,而称为变形模量。

10.地基最终沉降量:地基土层在荷载作用下,达到压缩稳定时地基表面的沉降量。

11.应力比法:地基沉降计算深度取地基附加应力等于自重应力的20%处,在该深度以下如有高压缩性土,则继续向下取至10%处,这种确定沉降计算深度的方法称为应力比法。

12.平均附加应力系数:基底下一定深度范围内附加应力系数的平均值。

13.变形比法:由基底下一定深度处向上取规范规定的计算厚度,若计算厚度土层的压缩量不大于该深度土层总压缩沉降量的2.5%,即可确定该深度为地基沉降计算深度,这种确定地基沉降计算深度的规范方法称为变形比法。

14.前期固结压力:天然土层在历史上所经受过的最大固结压力。

15.正常固结土:历史上所经受过的最大固结压力等于现有覆盖土自重应力的土体。

16.超固结土:土体历史上曾经受过大于现有覆盖土自重应力的前期固结压力的土体。

17.欠固结土:指在目前自重应力下还未达到完全固结的土体,土体实际固结压力小于现有覆盖土自重应力。

Chapt3-6-土的压缩性和地基沉降计算-地基的最终沉降量-分层总和法

Chapt3-6-土的压缩性和地基沉降计算-地基的最终沉降量-分层总和法

例题…2
【解】(1)由L/B=10/5=2<10可知,属于空间问题,且为中心荷载,所
以基底压力/接触压力为
p
P
10000 200kPa
LB 10 5
基底净压力/附加压力为 p0 p d 200 20 1.5 170kPa
(2)因为是均质土,且地下水位在基底下列2.5m处,取分层厚度2.5m
p0 p d 94kPa
5.计算基础中点下地基中附加应力
用角点法计算,过基底中点将荷载面四等分,计算边长l=b=2m, σz=4Kcp0,Kc由表拟定
z(m) z/b Kc σz(kPa) σc(kPa) σz /σc
0
0 0.2500 94.0 16
zn (m)
1.2 0.6 0.2229 83.8 35.2
1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲 线
2.拟定地基沉降计算深度 3.拟定沉降计算深度范围内旳分层界面 4.计算各分层沉降量 5.计算基础最终沉降量
• 绘制基础中心点下地基中自 重应力和附加应力分布曲线 d
拟定基础沉降计算深度
一般取附加应力与自重应力
旳比值为20%处,即σz=0.2σc
计算成果偏大 两者在一定程度上相互抵消误差,但精确误差难以估计
2.分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用下旳 固结程度,未完全固结旳土应考虑因为固结引起旳沉降量
相邻荷载对沉降量有较大旳影响,在附加应力计算中应考 虑相邻荷载旳作用
3.当建筑物基础埋置较深时,应考虑开挖基坑时地基土旳 回弹,建筑物施工时又产生地基土再压缩旳情况
形,可采用侧限条件下旳压缩性指标 旳沉降代表基础
2.单一压缩土层旳沉降计算
旳平均沉降

土的压缩性及地基沉降量计算习题——答案(供参考)

土的压缩性及地基沉降量计算习题——答案(供参考)

重难点:室内压缩试验、判断土的压缩性指标(应力应变曲线、e-p曲线、e-lgp 曲线)、单一土层的沉降量计算、分层总和法计算地基最终沉降量、黏性土地基沉降发展的三个阶段、饱和土的渗流固结理论的物理模型、基本假设及推导、地基沉降与时间的关系(掌握固结系数、时间因素及固结度近似解的公式)名词解释:压缩性、固结、压缩系数、压缩指数、压缩模量、变形模量、最终沉降量、瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降、平均固结度一、填空题1. 在相同的压力作用下,饱和粘性土压缩稳定所需时间t1与饱和砂土压缩稳定所需时间t2的关系是t1>t2。

2. 侧限压缩试验时,先用环刀切取保持天然结构的原状土样,然后置于刚性护环内进行实验。

3. 压缩曲线可按两种方式绘制,一种是采用普通直角坐标绘制的e-p曲线,另一种是采用半对数直角坐标绘制的e-lgp曲线。

4. 实际工程中,土的压缩系数根据土原有的平均自重应力增加到平均自重应力与平均附加应力之和这一压力变化区间来确定。

5. 工程评判土的压缩性类别时,采用的指标是压缩系数a1-2。

6. 若土的初始孔隙比为0.8,某应力增量下的压缩系数为0.3Mpa-1,则土在该应力增量下的压缩模量等于6Mpa 。

7. 某薄压缩层天然地基,其压缩层土厚度2m,土的天然孔隙比为0.9,在建筑物荷载作用下压缩稳定后的孔隙比为0.8,则该建筑物最终沉降量等于10.5cm 。

8. 在其他条件相同的情况下,固结系数增大,则土体完成固结所需时间的变化是变短。

9. 饱和土地基在局部荷载作用下的总沉降包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三个分量。

10. 从应力转化的观点出发,可以认为饱和土的渗透固结无非是:在有效应力原理控制下,土中超静孔隙压力的消散和有效应力相应增长的过程。

11. 太沙基一维固结理论采用的土的应力~应变关系是侧限条件下的应力~应变关系。

12. 研究指出,土的压缩性愈小时,变形模量愈_ 大___,压缩曲线愈_ 缓_。

压缩性与沉降计算例题

压缩性与沉降计算例题
2.加荷历时多久地面沉降达到20cm?
解:
1.计算最终沉降量:
s
1
e1
zi hi
i
0.25 103 1 0.8
24010 0.33(m)
2.计算固结度
U t
1
8 e
2 4
Tv
2
Tv
Cv H2
t
Cv
k(1 e1 )
w
Cv
k(1 e1)
w
0.02 (1 0.8) 0.25 10 3 10
Ut
1
8
2
e
2 4
Tv
60%
查表4-9 计算
6.计算发生20cm沉降所需时间
Tv
Cv H2
t20cm
14.4 102
t20cm
0.287
Tv 0.287 t20cm 2 years
固结计算例题-2
25
1.5
0.04
1.82
5.32
50
1.5
0.175
8.0
10.64
75
1.50.ຫໍສະໝຸດ 520.415.96
90
1.5
0.84
38.2
19.17
固 结 计 算 例 题
-3
固结计算例题-4
固结计算例题-5
固结计算例题-6
土中自重应力的分布形式
附加应力计算例题
附加应力计算例题
l b
基底附加压力计算例题
分层总和法计算例题-1
分层总和法计算例题-2
规范法计算例题-1
规范法计算例题-2
固结计算例题-1
例题:
设饱和粘土层的厚度为10m,其下为不透水的非压缩性坚硬岩层,地面上作 用均布荷载p=240kN/m2。该粘土层的物理力学性质如下:初始孔隙比 e0=0.8,压缩系数α=0.25MPa-1,渗透系数k=2.0cm/年。试问: 1.加荷一年后地面沉降是多少?

第4章 土的压缩性与地基沉降计算

第4章 土的压缩性与地基沉降计算
2
△p
a
d p
在压缩曲线中,实际采 p1 p2 p 用割线斜率表示土的压 e-p曲线 缩性 《规范》用p1=100kPa、 p2=200kPa e 对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性 a

a1-2<0.1MPa-1低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2<0.5MPa-1中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土
为什么要研究沉降?
基础的沉降量或者各部位的沉降差过大,那么将影响上部建 筑物的正常使用,甚至会危及建筑物的安全。
关西国际机场
世界最大人工岛 1986年:开工 1990年:人工岛完成 1994年:机场运营 面积:4370m×1250m 填筑量:180×106m3 平均厚度:33m 地基:15-21m厚粘土
土的超固结比及固结状态
前期固结压力常用于判断土的固结状态。为此,将土的前期固结压 力pc与土现在所受的压力p0的比值OCR定义为土的超固结比OCR ,即:
pc OCR p0
对原位地基土而言,p0一般指现有上覆土层自重压力。 ( 1)如土层的自重应力 p0等于 前期固结压力pc,即自重应力就是该土层 历史上受过的最大有效应力,即pc=p0,则OCR=1,这类土为正常固结土。 ( 2)如土层的自重应力p0小于 前期固结压力 pc,即该土层历史上受过的 最大有效应力大于自重应力,即pc>p0 ,则OCR>1 ,该类土为超固结土。 ( 3)如土层的 前期固结压力 pc小于土层的自重应力 p0,也就是说该土层 在自重作用下的固结尚未完成,即pc<p0 ,则OCR<1,称该类为欠固结土。
p e e2 = 1 p2 p1
压缩系数a的影响因素
土的粒径越大,越密实,压缩性越低。 含水率w↑,则a↑ 土样受到扰动,则a↑

土的压缩性与地基沉降计算—地基沉降量计算(土力学课件)

土的压缩性与地基沉降计算—地基沉降量计算(土力学课件)

1 5
Ai-16
2
C i-1σz0
△z
(2)计算原理
利用附加应力面积A的等代值计算地基任意 土层的沉降量,因此第i层沉降量为
si
Ai
Ai1 Esi
z(0)
Esi
( zi Ci
zi1Ci1)
根据分层总和法基本原理可得 地基沉降量的基本公式
s
n i1
si
n i1
(z 0) Esi
(
ziCi
△z
zi
zi-1
第i层 第n层
b C i-1
Ci
平均附加应力 系数曲线
s
ms
n
si
i 1
ms
n
i 1
z(0)
Esi
( zi Ci
zi1Ci1 )
2.地基总沉降量的计算
(2)计算原理
厚度为z均质地基土,在侧限条件下,压缩模量Es 不随深度变化,土层的压缩量为
分层总和法
si
zi
Esi
hi
按铁路桥涵地基和基础设计规范 计算地基沉降量-案例1
按《铁路桥涵地基和基础设计规范》计算地基沉降量-案例1
矩形基础长3.6m,宽2m,地面以上荷载重量F=900KN, 地基为均质黏土,重度γ=18KN/m3,e0=1.0;a=0.4MPa-1。 试按《铁路桥涵地基和基础设计规范》计算地基沉降量 (确定修正系数时,按σz0=σ0 确定)
分层总和法简介-作业1
1.分层总和法:将地基压缩层范围以内的土层划 分成若干薄层,分别计算每一薄层土的变形量, 最后总和起来,即得基础的沉降量。 2.地基最终沉降量:地基变形完全稳定时,地基 表面的最大竖向变形量。
分层总和法简介-作业1

第四章土的压缩性与地基沉降

第四章土的压缩性与地基沉降
'(lg)
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.2 一维压缩性及其指标 四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线
原位压缩曲线的近似推求
a. 正常固结土
假定:
① 土样取出以后e不变,等于原状土的初始孔隙比e0,因而, ( e0, σp)点应位于原状土的初始压缩曲线上;
② 0.42e0时,土样不受到扰动影响。
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.2 一维压缩性及其指标 四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线
原位压缩曲线的近似推求
b. 超固结土 (p s )
假定:
① 土取出地面后体积不变,即(e0,σs)在原位再压 缩曲线上;
e
② 再压缩指数Ce 为常数;
③ 0.42e0处的土与原状土一致,不受扰动影响。
侧限条件
S zH vH
e
e1
e2
Vs 1 Vs 1
z

v

e 1 e1

e1 e2 1 e1
压缩前
p1 sz
e1
压缩后
p2 sz z
e2
S

zH

vH

e1 e2 1 e1
H
(a)e-σ´曲线
(b)e-lgσ´曲线
§4土的压缩性与地基沉降计算
e0
D
B
0.42e0
s p
C
lg '
推定:
① 确定σs ,σp的作用线; ② 过e0作水平线与 σs作用线交于D点; ③ 过D点作斜率为Ce的直线,与σp作用 线交于B点,DB为原位再压缩曲线;
④ 过0.42e0 作水平线与e-lgσ’曲线 交于点C;

土的压缩性与地基沉降计算---例题共37页文档

土的压缩性与地基沉降计算---例题共37页文档
13、遵守纪律的风气的培养,只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致,是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自,无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实,会谈使人敏捷,写作使人精确。——培根
土的压缩性与地基沉降计算--例题
11、战争满足了,或曾经满足过人的 好斗的 本能, 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ,破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果, 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)

3下_土的压缩性与地基沉降计算_例题

3下_土的压缩性与地基沉降计算_例题

3.54

Es
2.23 3.54 2.23 3.54
5.77 0.41 0.54
6.0 10 3 kPa
5.5 6.5
由表3.11查得:
s 1.1
至此已求出规范法计算沉降量的公式中的全部参数。 19
代入得:
s
s
p0 E s1
(z11 )
p0 Es2
(z22
z11 )
1.1 94 ( 2.4 0.858 7.8 0.455 2.4 0.858)
(z22
z11 )
式中:
p0——基础底面附加压力,由例5已知p0=94kPa;
z1、z2——由题意知,z1=2.4m,z2=7.8m;
1
—据l b
4.0 4.0
1.0与 z1 b
2.4 4.0
0.6,
查表3.12得1
0.858;
2
—据l b
4.0 4.0
1.0与 z2 b
7.8 4.0
1.95,
2.4 1.2 0.1516 57.0 54.4
4.0 2.0 0.0840 31.6 65.9
5.6 2.8 0.0502 18.9 77.4 0.24
7.2 3.6 0.0326 12.3 89.0 0.14
zn (m) 7.2
6.确定沉降计算深度zn
根据σz = 0.2σc的确定原则,由计算结果,取zn=7.2m
8
解:计算步骤(1)~(7)同例5,
(8)沉降计算根据公式
Si
(
e1 1
e2 e1
)i
hi
根据上图中的压缩曲线,由各层土的平均自重应力σci数 值,查出相应的孔隙比为e1;由各层土的平均自重应力与平 均附加应力之和σci+σzi,查出相应的孔隙比为e2,代入上式 即可计算各土层的沉降量si,列表计算如下表所示。

3下 土的压缩性与地基沉降计算---例题

3下 土的压缩性与地基沉降计算---例题

1
【解】(1)绘制柱基础剖面图与地基土的剖面图,如下图示。
2
(2)计算地基土的自重应力(注意:从地面算起)并绘分布曲 线于上图。 基础底面 地下水位处
地面下2b处
σcd= γd=16 ×1=16kPa σcw= 3.4γ=3.4 ×16=54.4kPa
σC8=3.4γ+4.6γ’ =92.1kPa
各分层的沉降计算结果列于下表。
6
(9)柱基中点总沉降量
s si 16.3 12.9 9.0 6.1 44.3mm
7
例 6 某厂房为框架结构,柱基础底面为正方形,边长l=b=4m, 基础埋置深度d=1.0m,上部结构传至基础顶面荷载P=1440kN 。地基为粉质粘土,土的天然重度为16.0kN/m3,地下水位深
各分层的压缩量列于下表中 (7)计算基础平均最终沉降量
14
分层总和法计算地基最终沉降
15
例 7 某厂房为框架结构,柱基础底面为正方形,边长 l=b=4m,基础埋置深度d=1.0m,上部结构传至基础顶 面荷载P=1440kN。地基为粉质粘土,土的天然重度为
16.0kN/m3,地下水位深3.4m,地下水位以下土的饱和
z(m) σc(kPa) 0 1.2 2.4 4.0 5.6 7.2 16 35.2 54.4 65.9 77.4 89.0
F=1440kN
3.4m d=1m
b=4m
3.计算基底压力
4.计算基底附加压力
G G Ad 320 kN
F G p 110 kPa A
p0 p d 94kPa
(2)柱基中点沉降量s,按下式计算:
p0 p0 p0 s s ( i z i i 1 z i 1 ) s ( z1 1 ) ( z 2 2 z1 1 ) Es 2 i 1 E si E s1 式中:

(整理)第4章土的压缩性与基础的沉降

(整理)第4章土的压缩性与基础的沉降

第四章土的压缩性与基础的沉降【例4-1】有一矩形基础放置在均质粘性土层上,如图所示。

基础长度l=10m,宽度b=5m,埋置深度d=1.5m,其上作用着中心荷载P=10000kN。

地基土的天然湿重度为20kN/m3,土的压缩曲线如图所示。

若地下水位距基底2.5m,试求基础中心点的沉降量。

【解题思路】本例题是典型的利用现有地基沉降量计算规范法计算建筑物地基沉降的算例,在计算中主要把握好规范法计算各个步骤,计算公式应用正确。

具体步骤可以见教材说明。

【解答】(1)基底附加压力由l/b=10/5=2<10可知,属于空间问题,且为中心荷载,所以基底压力为基底净压力为(2)对地基分层因为是均质土,且地下水位在基底以下2.5m处,取分层厚度H i=2.5m。

(3)各分界层面的自重应力计算(注意:从地面算起)根据分界层面上自重应力,绘制自重应力分布曲线,如图所示。

(4)各分界层面的附加应力计算该基础为矩形,属空间问题,故应用“角点法”求解。

为此,通过中心点将基底划分为4块相等的计算面积,每块的长度l1=5m,宽度b1=2.5m。

中心点正好在4块计算面积的公共角点上,该点下任意深度z i处的附加应力为任一分块在该处引起的附加应力的4倍,计算结果如下表所示。

附加应力计算成果表位置z i z i/b l/b Kc00020.25001701 2.5 1.020.19991362 5.0 2.020.12028237.5 3.020.073250410.0 4.020.047432512.5 5.020.032822根据分界层面上附加应力,绘制附加应力分布曲线,如图所示。

(5)确定压缩层厚度从计算结果可知,在第4点处有,所以,取压缩层厚度为10m 。

(6)计算各分层的平均自重应力和平均附加应力 (7)初始孔隙比和压缩稳定后的孔隙比层 次平均自重应力(kPa)平均附加应力(kPa )加荷后总的应力(kPa ) 初始孔隙比压缩稳定后的孔隙比Ⅰ551532080.9350.870Ⅱ941092030.9150.870Ⅲ 122 66 188 0.895 0.875 Ⅳ150411910.8850.873(8)计算地基的沉降量分别计算各分层的沉降量,然后累加即地基最终沉降量【例4-2】柱荷载F=1190kN ,基础埋深d=1.5m ,基础底面尺寸l×b=4m×2m;地基土层如图所示,试用《地基规范》方法计算该基础的最终沉降量。

土质学与土力学 土的压缩性与沉降计算 习题

土质学与土力学 土的压缩性与沉降计算 习题

(D) 4 倍
8.计算地基最终沉降量的规范公式对地基沉降计算深度 的确定标准是( )。
(A)
;(B)
;(C)
;(D)
9.计算饱和黏性土地基的瞬时沉降常采用( )。 (A) 分层总和法; (B) 规范公式; (C) 弹性力学公式; 10.采用弹性力学公式计算地基最终沉降量时,式中的模量应取( ) (A) 变形模量; (B) 压缩模量; (C) 弹性模量; (D) 回弹模量 11.采用弹性力学公式计算地基瞬时沉降时,式中的模量应取( )。 (A) 变形模量; (B) 压缩模量;(C) 弹性模量; (D) 回弹模量
有效应力

3.地基土层在某一压力作用下,经历时间 t 所产生的固结变形量与最终固结变形量之比值
称为

三选择题 1.对非压缩性土,分层总和法确定地基沉降计算深度 的标准是( )。
(A)
; (B)
; (C)
; (D)
2.薄压缩层地基指的是基底下可压缩土层的厚度 H 与基底宽度 b 的关系满足( )。
(A)
中, 通常取土的初始孔隙比
4.分层总和法确定地基沉降计算深度的标准是 5.按规范公式计算最终沉降量时,压缩模量的取值所对应的应力段范围可取
6.规范公式确定地基沉降计算深度的标准是 l 7.采用弹性力学公式计算得到的地基沉降常偏大,原因是由荷载试验得到的变形模量
值常偏小。
8.在无限均布荷载作用下,地基不会产生瞬时沉降 9.较硬的土通常时超固结土 l 10.饱和黏性土地基在外荷载作用下所产生的起始孔隙水压力分布与附加应力分布是相
12.当土处于正常固结状态时,其先期固结压力 与现有覆盖土重 的关系为( )。
(A)
; (B)
; (C)

土力学土的压缩性及基础沉降量计算

土力学土的压缩性及基础沉降量计算
土被压缩的实质是:土颗粒之间产生相对移动而靠拢,水和 气体排出,使土体孔隙减小所致。土体在压力作用下,孔隙中 的水和气体的排出需要有一个时间过程,压缩量随时间增长的 过程称为土的固结,土体压缩完成称为固结完成。
压缩性指标测试:
一维问题
压缩系数
侧限压缩试验 室
压缩模量Es 弹性模量E

三轴压缩试验 三轴应力状态
czi
czi1 czi
2
zi
பைடு நூலகம்i 1 zi
2
6.令土层压缩前后受到的荷载p1i,p2i分别为:
p1i czi , p2i czi zi
7. 根据p1i,p2i在已知的e~p的曲线中查取e1i和e2i
8. 根据公式计算 每层沉降量:
si
e1i e2i 1 e1i
hi或si
lg p(kPa)
回弹和再压缩e-lgp曲线
特点:在压力较大部分, 接近直线段
指标:
• 压缩指数
Cc
e (lgp)
• 回弹指数
(再压缩指数)
Ce
Ce << Cc, 一般Ce≈0.1-0.2Cc
§4.3 压缩性原位测试及土的变形模量
土的变形模量E0:土体在无侧限条件下的应力与应变的比例
原位载荷试验是一种基础的原位模拟试验,模拟基础的是一块刚性的载荷板,载 荷板的尺寸一般为0.25~1.0㎡,在载荷板上逐级加载,同时测定各级荷载作用下 载荷板的沉降量及周围土体的位移情况,加荷直至地基土破坏失稳为止。
千 斤 顶
荷载板
载荷试验
反压重物
反力梁
百分表
千斤顶
基准梁
荷载板
试验得到压力p与所对应的稳定沉降量s的关系曲线:p~s 曲线,依据曲线利用弹性力学公式求得变形模量E0

2021土力学-土的压缩性与地基基础沉降计算(精选试题)

2021土力学-土的压缩性与地基基础沉降计算(精选试题)

土力学-土的压缩性与地基基础沉降计算1、土的压缩变形是有下述变形造成的:A.土孔隙的体积压缩变形B.土颗粒的体积压缩变形C.土孔隙和土颗粒的体积压缩变形之和2、土体的压缩性可用压缩系数a来表示A.a越大,土的压缩性越小B.a越大,土的压缩性越大C.a的大小与压缩性的大小无关3、土体压缩性e~p曲线是在何种条件下试验得到的?A.完全侧限B.无侧限条件C.部分侧限条件4、压缩试验得到的e~p曲线,其中p是指何种应力?A.孔隙应力B.总应力C.有效应力5、当土为欠固结状态时,其先期固结压力Pc与目前上覆压力rz的关系为:A.Pc>rzB.Pc=rzC.Pcp=(F+G)/AB.p=(F-G)/AC.p=(G-F)/AD.p=GF/A37、前期固结压力等于现覆盖土重的固结土是()A.超固结土B.正常固结土C.欠固结土D.以上都不是38、黏性土具有抗剪强度的原因是黏性土本身具有()A.摩阻力B.摩阻力和黏聚力C.摩擦力和咬合力D.黏聚力39、土粒的矿物成分、形状、大小及颗粒级配与抗剪强度关系说法有误的一项是()A.矿物成分不同,土粒表面薄膜水和电分子吸力不同,则原始粘聚力也不同B.胶结物质可使加固粘聚力增大C.颗粒级配愈好,愈易压密,粘聚力和摩阻力均增大D.土粒形状不规则的比圆卵形的摩阻力小40、何谓沉积岩、岩浆岩、变质岩?41、简述土的三大特性。

42、桩侧负摩阻力对桩基承载力和沉降有哪些影响?43、基坑监测方案设计前需要哪些资料?44、何谓自重应力、附加应力、基底压力、土压力?45、何谓静止、主动和被动土压力?在相同条件下,三者关系如何?46、地基土产生压缩的原因。

47、地基沉降的原因。

48、计算地基最终沉降量的目的。

49、建筑物的沉降量50、地基最终沉降量51、瞬时沉降52、固结沉降53、次固结沉降54、先期固结应力55、超固结比(Ocr)56、平均固结度(Vt)。

土力学地基沉降计算试题集

土力学地基沉降计算试题集

地基沉降计算一、填空1、前期固结压力大于现有自重应力的土称为土。

2、某土在压力为100kPa,200kPa时对应的孔隙比分别为0.85和0.82,则该土的压缩性。

3、饱和土体渗流固结完成的条件是土中孔隙水应力。

4、饱和土体在荷载作用下,孔隙中自由水随时间缓慢,体积逐渐的过程,称为土的固结。

5、在饱和土体的渗流固结理论中假定土中水和土粒。

6、饱和土的渗透固结过程中应力消散,应力增加。

7、在饱和土体的渗流固结理论中假定土中水的渗流服从。

8、根据OCR的大小可把粘性土分为_________ 、__________和__________三类。

9、土的压缩试验是在___________条件下完成的。

压缩系数反映了________。

10、在应力历史上地基土所经受的最大有效应力称为________。

11、前期固结压力与现有的自重应力的比值称为________。

12、饱和土体在荷载作用下,孔隙中的水逐渐被排出,土的体积逐渐被压缩的过程称为________。

二、单项选择1、室内压缩试验中,完全侧限意味着()A.水的体积不变B.土样的体积不变C.土颗粒不变D.土样的横载面不变2、下列土中,压缩曲线最平缓的是()A.杂质土B.淤泥C.淤泥质土D. 密实砂土3、室内压缩试验采用的仪器为()A.直剪仪B.固结仪C.液限仪D.十字板剪力仪4、基础最终沉降量包括()A.主固结沉降B.瞬时沉降C.次固结沉降D.以上三者5、其他条件相同时,单面排水所需固结时间是双面排水的()A.0.5倍B.1倍C.2倍D.4倍6、室内压缩曲线越陡土的()A.压缩模量越大B.压缩系数越小C.压缩指数越小D.压缩性越高7、关于分层总和法计算基础最终沉降量描述不正确的是()A.假定地基土仅有竖向变形B.按基础中心点下的附加应力计算C.考虑了地基基础的协同作用D.一般情况下取附加应力与自至应力之比为20%的点处8、土的固结程度越大,土的()A.强度越高B.强度越低C.压缩性越低D.A和C9、土的压缩性随应力水平的增加而()。

土力学考试题目

土力学考试题目

1.将某粘土试样置于渗透仪中进行变水头渗透试验,当试验经过的时间∆t为1小时时,测压管的水头高度从h1=310.8cm降至h2=305.6cm。

已知试样的横断面积A为32.2cm2,高度l为3.0cm,变水头测压管的横段面积A'为1.1cm2,求此土样的渗透系数k值。

参考答案k=4.8×10-7 cm/s2. 基坑开挖剖面如下图所示。

其中粉质粘土夹粉砂层的孔隙比e1= 1.10,土粒密度ρs1=2.75g/cm3,渗透系数k1=1.8×10-5cm/s;砂土层的孔隙比e2= 0.68,土粒密度ρs2=2.68g/cm3,渗透系数k2=3.6×10-2cm/s。

设砂土层层底的测压管水头位于地表下1.5m处且保持不变,基坑开挖过程中坑内水位与坑底齐平。

(1)若将基坑底面以下土层内的渗流视为垂直单向渗流,试证明坑底下粉质粘土夹粉砂层与砂土层的平均等效渗透系数k z为:(2)当开挖深度H=5.0m时,求每昼夜基坑内单位面积的渗流量Q;(3)求不发生流土破坏的最大开挖深度H max。

参考答案Q=0.027m3/d×m2,H max=5.36m3. 某基坑施工中采用地下连续墙围护结构,其渗流流网如图2-20所示。

已知土层的孔隙比 e=0.96,土粒密度ρs=2.70g/cm3,坑外地下水位距离地表1.2m,基坑开挖深度为8.0m,a、b点所在流网网格长度l=1.8m,评判基坑中a~b区段的渗流稳定性。

i ab=0.34,i c=0.87,渗流安全1. 将某砂土试样置于渗透仪中进行常水头渗透试验,已知试样的横断面积A为55.2cm2,高度l为10.0cm,水头高差为1.6m,达到渗流稳定后,量得10分钟内流经试样的水量为636cm,求此土样的渗透系数k值。

参考答案k=1.2×10-3 cm/s2. 如下图所示的基坑,坑外水位h1=1.8m,坑内水位h2=0.6m,渗流流网如图中所示。

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学习指导学习目标在学习土的压缩性指标确定方法的基础上,掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。

学习基本要求1.掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法2.掌握地基最终沉降量计算方法3.熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法4.掌握有效应力原理5.掌握太沙基一维固结理论6.掌握地基沉降随时间变化规律主要基础知识土中自重应力计算,土中附加应力计算,弹性力学基础知识一、土的压缩试验与压缩性指标1.室内压缩试验土的室内压缩试验亦称固结试验,是研究土压缩性的最基本的方法。

室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪(图片)。

试验时将切有土样的环刀置于刚性护环中,由于金属环刀及刚性护环的限制,使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形,而无侧向变形。

在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙水的两个界面。

压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样,土样产生的压缩量可通过百分表量测。

常规压缩试验通过逐级加荷进行试验,常用的分级加荷量p为:50 kPa , 100 kPa , 200 kPa , 300 kPa , 400 kPa。

室内压缩试验过程可参见如下的室内压缩试验演示室内压缩试验过程演示详细了解压缩试验的试验操作步骤请进入固结试验1.mht室内固结试验(内容包括试验设备、试验方法、试验过程图片等)根据压缩过程中土样变形与土的三相指标的关系,可以导出试验过程孔隙比e与压缩量 H 的关系,即:公式推导(4-1)这样,根据式(4-1)即可得到各级荷载p下对应的孔隙比e,从而可绘制出土样压缩试验的e-p曲线及e-lg p曲线等。

2. 压缩性指标(1)压缩系数a通常可将常规压缩试验所得的e-p数据采用普通直角坐标绘制成e-p曲线,如图4-1所示。

设压力由p1增至p2,相应的孔隙比由e1减小到e2,当压力变化范围不大时,可将M1M2一小段曲线用割线来代替,用割线M1M2的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性,即:图4-1 e-p曲线确定压缩系数(4-2)式中a 为压缩系数,MPa-1;压缩系数愈大,土的压缩性愈高。

从图4-1还可以看出,压缩系数a值与土所受的荷载大小有关。

工程中一般采用100~200 kPa 压力区间内对应的压缩系数a1-2来评价土的压缩性。

即a1-2<0.1 MPa-1 属低压缩性土;0.1 MPa-1≤a1-2<0.5 MPa-1 属中压缩性土;a1-2≥0.5 MPa-1 属高压缩性土。

2)压缩模量E s根据e-p曲线,可以得到另一个重要的侧限压缩指标-侧限压缩模量,简称压缩模量,用E s来表示。

其定义为土在完全侧限的条件下竖向应力增量∆p(如从p1增至p2)与相应的应变增量∆ε的比值:(4-3)式中E s为侧限压缩模量,MPa。

在无侧向变形,即横截面面积不变的情况下,同样根据土粒所占高度不变的条件,土样变形量△H可用相应的孔隙比的变化△e=e1-e2来表示:(4-4)由此还可导出压缩系数a与压缩模量E s之间的关系:(4-5)同压缩系数a一样,压缩模量E s也不是常数,而是随着压力大小而变化。

因此,在运用到沉降计算中时,比较合理的做法是根据实际竖向应力的大小在压缩曲线上取相应的孔隙比计算这些指标。

3)压缩指数C c当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验e-p关系时,就得到了e-lg p曲线(见图4-2)。

在e-lg p曲线中可以看到,当压力较大时,e-lg p曲线接近直线。

将e-lg p曲线直线段的斜率用C c来表示,称为压缩指数,它是无量纲量:(4-6)压缩指数C c与压缩系数a不同,它在压力较大时为常数,不随压力变化而变化。

C c值越大,土的压缩性越高,低压缩性土的C c一般小于0.2,高压缩性土的C c值一般大于0.4。

图4-2 e-lg p曲线确定压缩指数(4)回弹指数C e常规的压缩曲线是在试验中连续递增加压获得的,如果加压到某一值p i;(相应于图4-3中曲线上的b点)后不再加压,而是逐级进行卸载直至零,并且测得各卸载等级下土样回弹稳定后土样高度,进而换算得到相应的孔隙比,即可绘制出卸载阶段的关系曲线,如图中bc曲线所示,称为回弹曲线(或膨胀曲线)。

可以看到不同于一般的弹性材料的是,回弹曲线不和初始加载的曲线ab重合,卸载至零时,土样的孔隙比没有恢复到初始压力为零时的孔隙比e0。

这就显示了土残留了一部分压缩变形,称之为残余变形,但也恢复了一部分压缩变形,称之为弹性变形。

若接着重新逐级加压,则可测得土样在各级荷载作用下再压缩稳定后的孔隙比,相应地可绘制出再压缩曲线,如图4-3中cdf曲线所示。

可以发现其中df段像是ab段的延续,犹如其间没有经过卸载和再压的过程一样。

卸载段和再压缩段的平均斜率称为回弹指数或再压缩指数C e。

通常C e<<C c,一般粘性土的C e≈(0.l~0.2)C c。

图4-3 土的回弹-再压缩曲线(5)弹性模量弹性模量是指正应力σ与弹性正应变(即可恢复应变)εd的比值。

一般采用三轴仪进行三轴重复压缩试验,得到的应力-应变曲线上的初始切线模量E i或再加荷模量E r作为弹性模量。

在计算饱和粘性土地基上瞬时加荷所产生的瞬时沉降时,一般应采用弹性模量。

3. 现场载荷试验及变形模量(1)现场载荷试验方法现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上的载荷板施加荷载,观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量s,将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成p-s曲线,即获得了地基土载荷试验的结果。

现场载荷试验(图片)图4-4 地基土现场载荷试验1-载荷板 2-千斤顶 3-百分表 4-平台 5-枕木 6-堆重图4-5 地基土现场载荷试验p-s曲线(2)地基变形模量在p-s曲线中,当荷载p小于某数值时,荷载p与载荷板沉降之间基本呈直线关系。

在这段直线关系内,可根据弹性理论计算沉降的公式反求地基的变形模量E0:(4-7)式中p为直线段的荷载强度,kPa;s为相应于p的载荷板下沉量;b为载荷板的宽度或直径;μ为土的泊松比,砂土可取0.2~0.25,粘性土可取0.25~0.45;w为沉降影响系数,对刚性载荷板取w=0.88 (方形板);w r=0.79(圆形板)。

(3)关于三种模量的讨论压缩模量E s是土在完全侧限的条件下得到的,为竖向正应力与相应的正应变的比值。

该参数将用于地基最终沉降量计算的分层总和法、应力面积法等方法中。

变形模量E0是根据现场载荷试验得到的,它是指土在侧向自由膨胀条件下正应力与相应的正应变的比值。

该参数将用于弹性理论法最终沉降估算中,但载荷试验中所规定的沉降稳定标准带有很大的近似性。

弹性模量E i可通过静力法或动力法测定,它是指正应力σ与弹性(即可恢复)正应变ε的比值。

该参数常用于用弹性理论公式估算建筑物的初始瞬时沉降。

根据上述三种模量的定义可看出:压缩模量和变形模量的应变为总的应变,既包括可恢复的弹性应变,又包括不可恢复的塑性应变。

而弹性模量的应变只包含弹性应变。

从理论上可以得到压缩模量与变形模量之间的换算关系:推导过程(4-8)式中式(4-8)给出了变形模量与压缩模量之间的理论关系,由于0≤μ≤0.5,所以0≤β≤1。

由于土体不是完全弹性体,加上二种试验的影响因素较多,使得理论关系与实测关系有一定差距。

实测资料表明,E0与E s的比值并不象理论得到的在0~l之间变化,而可能出现E0/E s超过1的情况,且土的结构性越强或压缩性越小,其比值越大。

土的弹性模量要比变形模量、压缩模量大得多,可能是它们的十几倍或者更大。

4. 土的应力历史目前工程上所谓应力历史是指土层在地质历史发展过程中所形成的先期应力状态以及这个状态对土层强度与变形的影响。

(1)先期固结压力土层在历史上所曾经承受过的最大固结压力,称为先期固结压力,用p c表示。

目前对期固结压力p c通常是根据室内压缩试验获得的e-lg p曲线来确定,较简便明了的方法是卡萨格兰德1936年提出的经验作图法:卡萨格兰德(A.Cassagrande,1902~),1932年提出液限测定的碟式仪方法,此方法在欧、美、日沿用至今;1936年提出先期固结压力的经验作图法;1942年提出土的分类方法,成为美国规范中“土的统一分类方法”的理论基础。

1)在e-lg p曲线拐弯处找出曲率半径最小的点A,过A点作水平线A1和切线A2;2)作∠1A2的平分线A3,与e-lg p曲线直线段的延长线交于B点;3)B点所对应的有效应力即为前期固结压力。

必须指出,采用这种简易的经验作图法,要求取土质量较高,绘制e-lg p曲线时还应注意选用合适的比例,否则,很难找到曲率半径最小的点A,就不一定能得出可靠的结果。

还应结合现场的调查资料综合分析确定。

图4-6 求p c的卡萨格兰德经验作图法2)土的固结状态工程中根据先期固结压力与目前自重应力的相对关系,将土层的天然固结状态划分为三种,即正常固结、超固结和欠固结。

用超固结比OCR作为反映土层天然固结状态的定量指标:(4-10)式中σc为土层自重应力,kPa。

天然土层按如下方法划分为正常固结土、超固结土和欠固结土:正常固结土p c= σc OCR=1.0超固结土p c> σc OCR>1.0欠固结土p c< σc OCR<1.0二、地基沉降计算1. 弹性理论法弹性理论法计算地基沉降是基于布辛奈斯克课题的位移解,其基本假定为地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体;此外还假定基础整个底面和地基一直保持接触。

需要指出的是布辛奈斯克课题是研究荷载作用于地表的情形,因此可以近似用来研究荷载作用面埋置深度较浅的情况。

当荷载作用位置埋置深度较大时(如深基础),则应采用明德林课题(Mindlin)的位移解进行弹性理论法沉降计算。

(1)点荷载作用下地表沉降布辛奈斯克课题给出了半空间表面作用有一竖向集中力Q时,半空间内任一点M(x,y,z)的竖向位移w(x,y,z),运用到半无限地基中,当z取0时,w(x,y,0)即为地表沉降s:(4-11)式中s为竖向集中力Q作用下地表任意点沉降;r为集中力Q作用点与地表沉降计算点的距离,即为:;E为弹性模量; 为泊松比。

(2)矩形面积上均布荷载作用下地基的角点沉降对于矩形面积上的均布荷载,通过在荷载分布面积上积分可得其角点沉降s c为:(4-12)式中:m=l/b,即矩形面积的长宽比;p0为基底附加压力;δc称为角点沉降系数,即单位矩形均布荷载在角点引起的沉降,其表达式为:ωc称为角点沉降影响系数,是长宽比的函数,其表达式为:ωc也可由表4-1 查得。

(3)矩形柔性基础上均布荷载作用下地基任意点沉降用角点法得到矩形柔性基础上均布荷载作用下地基任意点沉降。

如基础中点的沉降s0为:(4-13)式中ω0称为中点沉影响系数,可由表4-1查得,对应某一长宽比,ω0=2ωc。

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