土力学土的压缩性与地基沉降计算PPT课件
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说需要时间，将土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。 ◇在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖
直方向的位移称为沉降。研究建筑物沉降包含两方面的内 容：
☆绝对沉降量的大小，亦即最终沉降； ☆沉降与时间的关系，主要介绍太沙基的一维固结 理论。
二、土的压缩性
土的压缩试验与压缩性指标
土体的变形计算，需要取得土的压缩性指标，可以通过室内侧限压缩 试验和现场原位试验得到。
第四章 土的压缩性与地基沉降计算
基本内容
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。
学习要求 ◇掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法；
◆重点掌握地基最终沉降量计算方法； ◇掌握固结理论及地基沉降与时间的关系。
一、概述
如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本身的 自重应力，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附 加应力作用，这都将导致地基土体的变形。
沉降值的大小取决于
建筑物荷载的大小和分布 地基土层的类型、分布、各土层厚度及其压缩性
地基土的压缩实质
土粒体积（Vs )不变； 孔隙水体积（V）不变；但会被排出（部分）； Va会被压缩，也会被排出。
◇土的压缩性主要有两个特点： ☆土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的； ☆由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来
依侧限压缩试验原理可知： 土样压缩前后试样截面积A不变， 土粒体积不变，即VS0＝VS1，则有
H0 1 e0
H0 S 1 ei
ei
e0
S H0
(1
e0 )
e-p 曲线确定压缩系数
（4-2）
常规试验中，一般按P=100kPa、200kPa 、 300kPa 、
400kPa四级加荷，测定各级压力下的稳定变形量S ，
Cc <0.2时，低压缩性土 Cc≥0.4时，高压缩性土
工程中，为减少土的孔隙比，从而达到加固土体的目的, 常采用砂桩挤
密、重锤夯实、灌浆加固等方法
压缩模量：土体在完全侧限的条件下，竖向应力增量与竖向应变增量 的比值。
Es
dp
Байду номын сангаасdz
z z
p2 p1 h
p2 p1 e1 e2
1 e1 a
1 mv
压缩曲线可以按两种方式绘制，一种是
按普通直角坐标绘制的e-p曲线（常用）； 另一种是用半对数直角坐标绘制的e-lgp曲
线。
Vv=e0 Vs=1
Vv=ei Vs=1
要绘制e－p曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比
——e。
如何求e？看示意图：
设试样的初始高度为H0， S为某级压力下土样高度变化 （用百分表量测），cm。设土粒体积为VS =1 (不变) ，压 缩稳定后的孔隙体积为Vv1，根据土的孔隙比的定义,则受 压前后土的孔隙体积分别为 e0和e i。
缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样进行。
侧限压缩试验
侧限压缩试验亦称固结试验。所谓侧限，就是使土样在竖向压力作用 下只能发生竖向变形，而无侧向变形。
室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪(下图)。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
地基土层发生变形的主要因素
内因：土具有压缩性
土体压缩性——土在压力（附加 应力或自重应力）作用下体积缩 小的特性。通常，均认为土体压 缩完全是由于土中孔隙体积减小 的结果。 土的固结——土体在压力作用下 其压缩量随时间增长的过程。
外因：主要是建筑物荷载的作用 建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素 地下水位大幅度下降 施工影响，基槽持力层土的结构扰动 振动影响，产生震沉 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉
土体变形可分为：体积变形和形状变形。 本章只讨论由正应力引起的体积变形，即由于外荷载导致地基内 正应力增加，使得土体体积缩小。 在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起建筑物基 础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降。
为什么研究沉降？
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。
加荷进行试验，常用的分级加荷量p为：100，200，300，400kPa。 土的压缩是由于孔隙体积减小，所以土的变形常用孔隙比e表示。
单向固结试验或侧限固结试验
单向固结试验或侧限固结试验
土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。 根据固结试验的结果可建立压力p与相应的
稳定孔隙比的关系曲线，称为土的压缩曲线 。
愈高。工程上，自重应力P1增加到外荷作用土 中应力P2(自重与附加应力之和)
为了便于应用和比较，通常采用压力由P1＝100kPa增加到P2 ＝ 200kPa时所得的压缩系数a1-2来评定土的压缩性：
a1-2 <0.1 MPa-1时，低压缩性土 0.1≤a1-2 <0.5MPa-1时，中压缩性土
a1-2 ≥0.5MPa-1时，高压缩性土
h1
1 e1
Es >15 MPa时，低压缩性土 15≥Es >4MPa时，中压缩性土
Es<4MPa时，高压缩性土
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
然后由式（4-1）计算相应的孔隙比e 。
压缩指标
反映土的压缩性的指标主要有压缩系数、压缩指数、压缩模量和变形 模量、体积压缩系数。
压缩系数：曲线上任意两点割线的斜率。可表示为：
a e e1 e2 p p2 p1
式中，负号表示随着压力P的增加，e逐渐减
少。压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是 不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加 ，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性
◇室内压缩试验亦称固结试验，是研究土压缩性最基本的方法。 ◇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，并绘制成 P-S曲线，即获得地基土载荷试验的结果。
反映土的压缩性的指标主要有压缩系数、压缩模量、压缩指数和变形 模量、体积压缩系数。土的压缩性的高低，常用压缩性指标定量表示，压
直方向的位移称为沉降。研究建筑物沉降包含两方面的内 容：
☆绝对沉降量的大小，亦即最终沉降； ☆沉降与时间的关系，主要介绍太沙基的一维固结 理论。
二、土的压缩性
土的压缩试验与压缩性指标
土体的变形计算，需要取得土的压缩性指标，可以通过室内侧限压缩 试验和现场原位试验得到。
第四章 土的压缩性与地基沉降计算
基本内容
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。
学习要求 ◇掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法；
◆重点掌握地基最终沉降量计算方法； ◇掌握固结理论及地基沉降与时间的关系。
一、概述
如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本身的 自重应力，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附 加应力作用，这都将导致地基土体的变形。
沉降值的大小取决于
建筑物荷载的大小和分布 地基土层的类型、分布、各土层厚度及其压缩性
地基土的压缩实质
土粒体积（Vs )不变； 孔隙水体积（V）不变；但会被排出（部分）； Va会被压缩，也会被排出。
◇土的压缩性主要有两个特点： ☆土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的； ☆由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来
依侧限压缩试验原理可知： 土样压缩前后试样截面积A不变， 土粒体积不变，即VS0＝VS1，则有
H0 1 e0
H0 S 1 ei
ei
e0
S H0
(1
e0 )
e-p 曲线确定压缩系数
（4-2）
常规试验中，一般按P=100kPa、200kPa 、 300kPa 、
400kPa四级加荷，测定各级压力下的稳定变形量S ，
Cc <0.2时，低压缩性土 Cc≥0.4时，高压缩性土
工程中，为减少土的孔隙比，从而达到加固土体的目的, 常采用砂桩挤
密、重锤夯实、灌浆加固等方法
压缩模量：土体在完全侧限的条件下，竖向应力增量与竖向应变增量 的比值。
Es
dp
Байду номын сангаасdz
z z
p2 p1 h
p2 p1 e1 e2
1 e1 a
1 mv
压缩曲线可以按两种方式绘制，一种是
按普通直角坐标绘制的e-p曲线（常用）； 另一种是用半对数直角坐标绘制的e-lgp曲
线。
Vv=e0 Vs=1
Vv=ei Vs=1
要绘制e－p曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比
——e。
如何求e？看示意图：
设试样的初始高度为H0， S为某级压力下土样高度变化 （用百分表量测），cm。设土粒体积为VS =1 (不变) ，压 缩稳定后的孔隙体积为Vv1，根据土的孔隙比的定义,则受 压前后土的孔隙体积分别为 e0和e i。
缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样进行。
侧限压缩试验
侧限压缩试验亦称固结试验。所谓侧限，就是使土样在竖向压力作用 下只能发生竖向变形，而无侧向变形。
室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪(下图)。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
地基土层发生变形的主要因素
内因：土具有压缩性
土体压缩性——土在压力（附加 应力或自重应力）作用下体积缩 小的特性。通常，均认为土体压 缩完全是由于土中孔隙体积减小 的结果。 土的固结——土体在压力作用下 其压缩量随时间增长的过程。
外因：主要是建筑物荷载的作用 建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素 地下水位大幅度下降 施工影响，基槽持力层土的结构扰动 振动影响，产生震沉 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉
土体变形可分为：体积变形和形状变形。 本章只讨论由正应力引起的体积变形，即由于外荷载导致地基内 正应力增加，使得土体体积缩小。 在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起建筑物基 础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降。
为什么研究沉降？
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。
加荷进行试验，常用的分级加荷量p为：100，200，300，400kPa。 土的压缩是由于孔隙体积减小，所以土的变形常用孔隙比e表示。
单向固结试验或侧限固结试验
单向固结试验或侧限固结试验
土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。 根据固结试验的结果可建立压力p与相应的
稳定孔隙比的关系曲线，称为土的压缩曲线 。
愈高。工程上，自重应力P1增加到外荷作用土 中应力P2(自重与附加应力之和)
为了便于应用和比较，通常采用压力由P1＝100kPa增加到P2 ＝ 200kPa时所得的压缩系数a1-2来评定土的压缩性：
a1-2 <0.1 MPa-1时，低压缩性土 0.1≤a1-2 <0.5MPa-1时，中压缩性土
a1-2 ≥0.5MPa-1时，高压缩性土
h1
1 e1
Es >15 MPa时，低压缩性土 15≥Es >4MPa时，中压缩性土
Es<4MPa时，高压缩性土
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
然后由式（4-1）计算相应的孔隙比e 。
压缩指标
反映土的压缩性的指标主要有压缩系数、压缩指数、压缩模量和变形 模量、体积压缩系数。
压缩系数：曲线上任意两点割线的斜率。可表示为：
a e e1 e2 p p2 p1
式中，负号表示随着压力P的增加，e逐渐减
少。压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是 不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加 ，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性
◇室内压缩试验亦称固结试验，是研究土压缩性最基本的方法。 ◇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，并绘制成 P-S曲线，即获得地基土载荷试验的结果。
反映土的压缩性的指标主要有压缩系数、压缩模量、压缩指数和变形 模量、体积压缩系数。土的压缩性的高低，常用压缩性指标定量表示，压