《土力学》 第四章土的压缩性

第四章土的压缩性与地基沉降计算
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
学习基本要求
内 容
学时A（36学时制）
学时B（54学时制）
室内压缩试验与压缩性指标
1.5
1.5
现场载荷试验与指标
0.5
0.5
第四章土的压缩性与地基沉降计算
学习目标
单击此处添加文本具体内容，简明扼要的阐述您的观点。根据需要可酌情增减文字，以便观者准确的理解您传达的思想。
学习基本要求
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参考学习进度
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轴向应变
主应力差
室内三轴试验
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.2 一维压缩性及其指标
一、e – p 曲线
0
100
200
300
400
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
压缩系数，kPa-1，MPa-1
1
e0
侧限压缩模量,kPa ,MPa 侧限变形模量
固体颗粒
孔隙
体积压缩系数， kPa-1 ，MPa-1
P(kPa)
Kiss
第四章土的压缩性与地基沉降计算
Soil compressibility and calculation of foundation deformation 由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
第四章土的压缩性与地基沉降计算
基坑开挖，引起阳台裂缝
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
地基最终沉降量计算的弹性理论法
0.5
1.0
分层总和法与应力面积法
1.5
1.5
太沙基一维渗流固结理论
1.0
1.0
地基的固结度
1.0
1.0
合 计
6.0
6.0
参考学习进度
主要基础知识
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。
弹性力学基础知识
贰
壹
叁
第四章土的压缩性与地基沉降计算
沉降：在建筑物荷载作用下，地基土由于压缩而引起的竖向位移称为沉降。 建筑物地基沉降包含两方面的内容： 一、最终沉降 二、固结沉降与时间的关系
本章内容： 一、地基土压缩性指标及其测定方法 二、分层总和法和应力面积法 三、太沙基一维固结理论
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
01
第四章土的压缩性与地基沉降计算
02
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
03
4土的压缩性与地基沉降计算
添加标题
添加标题
e – lgp 曲线
先期固结压力
添加标题
原位压缩曲线及原位再压缩曲线
添加标题
添加标题
现场载荷试验与变形模量
塑性变形
大孔隙消失 接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂
3
1
s
-
s
1
e
2
1
3
1
s
-
s
1
e
2
1
非线性弹性
3
1
s
-
s
1
e
1
3
2
4
3
1
s
-
s
1
e
1
3
2
4
弹塑性
线弹性-理想塑性
3
1
s
-
s
1
e
f
s
1
E
3
1
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-
s
1
e
Байду номын сангаас
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3
1
s
-
s
1
e
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s
1
E
2.土的本构模型
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 土的压缩性测试方法
三、普遍应力－应变关系及本构模型
4土的压缩性与地基沉降计算
添加标题
4.1 土的压缩性测试方法及应力应变关系
01
添加标题
荷载试验与旁压试验
02
添加标题
自学
03
§4土的压缩性与地基沉降计算
五、孔隙比与压缩量△H的关系
试 样
初始孔隙比
§4.1 土的压缩性测试方法及应力应变关系
4.1 土的压缩性测试方法 4.2 一维压缩性及其指标 4.3 地基的最终沉降量计算 4.4 饱和土体的渗流固结理论
§4.2 一维压缩性及其指标
较复杂应力状态？
概 述
第四章土的压缩性与地基沉降计算
4.1 土的压缩性测试方法 4.2 一维压缩性及其指标 4.3 地基的最终沉降量计算 4.4 饱和土体的渗流固结理论
01
第四章土的压缩性与地基沉降计算
02
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
03
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 土的压缩性测试方法
一、侧限压缩试验及其应力－应变关系（复习）
水槽
内环
环刀
透水石
试样
传压板
百分表
施加荷载，静置至变形稳定 逐级加大荷载
测定： 轴向应力 轴向变形
试验结果：
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 土的压缩性测试方法
一、侧限压缩试验及其应力－应变关系
§4.1 土的压缩性测试方法
三、普遍应力－应变关系及本构模型
1. 土变形的物理机制（原因）
土受力以后为什么会表现出上述变形特性？ ——土的特殊性
弹性变形
体应变主要是由于孔隙体积变化引起的； 剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。
接触点处弹性变形 弹性挠曲变形 颗粒滚爬的可逆性 封闭气泡受压
0.7
0.8
0.9
1.0
压缩系数，KPa-1，MPa-1
1
e0
侧限压缩模量,KPa ,MPa 侧限变形模量
固体颗粒
孔隙
P(kPa)
书上加上“－”号
－－－弹性模量,KPa ,MPa 弹性模量一般采用三轴仪进行重复压缩试验测定，并将得到的应力--应变曲线上的初始切线模量或再加荷模量作为弹性模量。P104书上。
<0.1
p(kPa)
4土的压缩性与地基沉降计算
指标指标
a
mv
Es
a
1
mv
1
Es
1
e – p 曲线
单向压缩试验的各种参数的关系
4.2 一维压缩性及其指标
例题：4-1（P102）某土样的常规压缩试验 压缩前后压力： 压缩前后孔隙比： 求：该土样的压缩系数和相应的压缩模量，并评价其压缩性。
固体颗粒和水的压缩性很小，在一般压力100~600kPa下可忽略。 土的压缩主要是孔隙中一部分水和空气被挤出，封闭气泡被压缩。
土体在外力作用下体积减小的特性。
固体土颗粒被压缩。 土中水及封闭气体被压缩。 水和气从孔隙中挤出。
土压缩通常有三部分：
概 述
土具有压缩性：
土体在外力作用下体积减小的特性。 土的压缩表现为竖向变形和横向变形，以竖向变形为主。 土的压缩变形快慢与土的渗透性有关。 饱和土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程，称为土的固结。
施加σ3时
施加σ1－σ3时
量测
固结排水
固结
排水
体变
固结不排水
固结
不排水
孔隙水压力
不固结不排水
不固结
不排水
孔隙水压力
4土的压缩性与地基沉降计算
以某种粘土固结排水试验为例
应力应变关系
与围压有关 非线性 弹塑性 剪胀性
二、三轴压缩试验及其应力－应变关系
4.1 土的压缩性测试方法 v
§4土的压缩性与地基沉降计算
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。
墨西哥某宫殿
左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土
第四章土的压缩性与地基沉降计算
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
应力应变关系－以某种粘土为例
1
Es
1
Ee
非线性 弹塑性
侧限变形模量：
§4土的压缩性与地基沉降计算
二、三轴压缩试验及其应力－应变关系（复习）
§4.1 土的压缩性测试方法
试样
压力室
压力水
排水管
阀门
轴向加压杆
有机玻璃罩
橡皮膜
透水石
顶帽
量测体变或 孔隙水压力
测定： 轴向应变 轴向应力 体变或孔隙水压力
类型
e –p 曲线 4.2 一维压缩性及其指标
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.2 一维压缩性及其指标
一、e – p 曲线
0
100
200
300
400
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
e
P(kPa)
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.2 一维压缩性及其指标
一、e – p 曲线
0
100
200
300
400
0.6
第四章土的压缩性与地基沉降计算
沉降具有时间效应－沉降速率
压缩性 测试
最终 沉降量
一维压缩
一维固结
沉降 速率
三维固结
修正
复杂条件下的计算公式
简化条件
主线、重点：一维问题！
§4.1 土的压缩性测试方法
§4.3 地基的最终沉降量计算
§4.4 饱和土体的渗流固结理论
室内试验
室外试验
侧限压缩、三轴压缩等
荷载试验、旁压试验等
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
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
－－－弹性模量,kPa ,MPa
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.2 一维压缩性及其指标
一、e - σ′曲线
0
100
200
300
400
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
压缩系数，kPa-1
a1-2常用作比较土的压缩性大小。
土的类别
a1-2 (MPa-1)
高压缩性土
0.5
中压缩性土
0.1-0.5
低压缩性土
第四章土的压缩性与地基沉降计算
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
建筑物立面高差过大
第四章土的压缩性与地基沉降计算
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
土中自重应力计算
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。
土中附加应力计算
参阅：(1) 徐芝伦著，《弹性力学》，高等教育出版社，1990。 吴家龙编著，《弹性力学》，同济大学出版社，1993。
第四章土的压缩性与地基沉降计算
沉降：在建筑物荷载作用下，地基土主要由 压缩而引起的竖向位移称为沉降。
最终沉降：经过长期固结达到 沉降稳定后的沉降量的大小。
沉固结沉降与时间关系： 随时间而改变的沉降过程。
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
主要基础知识
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
STEP4
STEP3
STEP2
STEP1
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。
第四章土的压缩性与地基沉降计算
第四章土的压缩性与地基沉降计算
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
第四章土的压缩性与地基沉降计算
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除 Soil compressibility and calculation of foundation deformation
建筑物过长：长高比7.6:1
土具有压缩性
荷载作用
地基发生沉降
荷载大小
土的压缩特性
地基厚度
一致沉降 （沉降量）
差异沉降 （沉降差）
建筑物上部结构产生附加应力
影响结构物的安全和正常使用
概 述
土的特点 （碎散、三相）
沉降具有时间效应－沉降速率
第四章土的压缩性与地基沉降计算
概 述
土具有压缩性： 对于饱和土来说，土的压缩主要是孔隙水被挤出。 第四章土的压缩性与地基沉降计算
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
内容简介：
第四章土的压缩性与地基沉降计算
土的压缩性指标及其测定方法。 天然地基沉降计算的分层总和法和应力面积法。 沉降与时间关系问题－太沙基一维固结理论。 土的压缩性分析是地基沉降计算的基础， 地基沉降计算、地基固结度计算是地基基础设计的主要内容。