土力学第四章解读

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p
z
土的类别 Es(kPa或MPa)
高压缩性土
<4MPa
p2 p1 H / H1
p2 p1 e1 e2
1 e1
1 e1 a
中压缩性土 低压缩性土
压缩系数的倒数 1/a
e e1 e
4-15MPa >15MPa
孔隙
固体
压缩模量 1
颗粒
§4.2 土的压缩性
侧限压缩模量
Es
p
压缩系数
土的变形特性测定方法
§4.2 土的压缩性
固结容器：
环刀、护环、导环、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
变形测量 固结容器
加
压
设
支架
备
§4.2 土的压缩性
侧限压缩试验 • 施加荷载，静置至 变形稳定 • 逐级加大荷载
测定：
• 轴向压缩应力 • 轴向压缩变形
a e p
e
1 e1
Es
1 e1 a
e e1 e
1
孔隙
固体 颗粒
压缩指数
Cc
lg
e1 e2 p2 lg
p1
e1 e2 lg( p2 )
p1
压缩指标间的关系
§4.2 土的压缩性
土的回弹曲线
e
e0 a
残
压缩曲线
余
变 形
弹 性
c
变
b
再压缩曲线
形回弹曲线
d
o pi
f p
土的回弹曲线
§4.2 土的压缩性
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
试验方法 压缩性指标 沉降的大小 沉降的过程
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
§4.1 概述 §4.2 土的压缩性 §4.3 地基的最终沉降量计算 §4.4 应力历史对地基沉降的影响 §4.5 地基变形与时间的关系 §4.6 地基沉降计算有关问题综述
§4.2 土的压缩性
压缩系数a1-2常用作 比较土的压缩性大小
土的类别 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
a1-2 (MPa-1) >0.5
0.1-0.5 <0.1
e
压缩系数：
1.0
0.9
e
a e p
0.8
p
0.7
0.6
0 100 200 300 p(kPa)
e-p曲线–压缩系数a
§4.2 土的压缩性
压缩指数
e
e0
Cc
lg
e1 e2 p2 lg
p1
e1 e2 lg( p2 )
p1
Cc越大，土的压缩性越大
土的类别
Cc
e1
高压缩性土
>0.4
e2
中压缩性土 0.2-0.4
低压缩性土
<0.2
0
lgp1 lgp2 lgp
e-lgp曲线
§4.2 土的压缩性
侧限压缩模量
Es与压缩系数成反比
Es
第四章：土的压缩性与地基沉降计算
本章提要
• 土的压缩性 -测试方法和指标 • 地基的最终沉降量-分层总和法 • 地基的沉降过程-饱和土渗流固结理论
本章特点 • 有一些较严格的理论
• 有较多经验性假设和公式
学习难点
• 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
土的压缩变形问题
速率 • 三维固结
§4.4 地基变形与 时间的关系
主线、重点：一维问题！
概述
第四章：土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 概述 §4.2 土的压缩性 §4.3 地基的最终沉降量计算 §4.4 应力历史对地基沉降的影响 §4.5 地基变形与时间的关系 §4.6 地基沉降计算有关问题综述
§4.2 土的压缩性
透水石
试样
百分表
加压上盖 环刀 压缩 容器
护环
p
P
P
3
P
2
1
es
e
0
ee
1
s
2s
2
1
t
s
3
e
3
t
§4.2 土的压缩性
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 p(kpa)=50、100、200、300、 400
p
P
1
es
e0
侧限压缩试验
百分表 环刀
E0 1 2
建筑物过长：长高比7.6:1
47m
39
87
150
194 199
175
沉降曲线(mm)
工程实例
§4.1 概述
压缩性
• 室内：三轴压缩 侧限压缩
测试 • 室外：荷载试验
旁压试验
最终沉 • 一维压缩：基本方法
降量 • 复杂条件：修正
§4.2 土的压缩性
§4.3 地基的最终 沉降量计算
沉降 • 一维固结
试样
P
P
3
2
t
e1 e 2S
S 2 1
S
3
e
3
t
§4.2 土的压缩性
e e0 e
1
孔隙
固体 颗粒
Si H0
e0
ds (1 w0 )w
1
由三相草图：
H0 1 e0 H0 Si 1 e
e
e0
(1
e0
)
Si H0
可得到e-p关系
侧限压缩试验
§4.2 土的压缩性
压缩系数 KPa-1，MPa-1
e
1
Cc
0.9
0.8 1 Ce
0.7
0.6
100
1000
p(kPa，lg)
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
e-lgp曲线
§4.2 土的压缩性
自学
载荷试验与旁压试验
§4.2 土的压缩性
pcr
pu p
0
a
b
s
c
变形模量E0：
§4.1 概述
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
工程实例
§4.1 概述
基坑开挖，引起阳台裂缝
工程实例
§4.1 概述
新 建 筑 引 起 原 有 建 筑 物 开 裂
§4.1 概述
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
工程实例
§4.1 概述
建 筑 物 立 面 高 差 过 大
工程实例
§4.1 概述
土压缩变形的快慢与土的渗透性有关。
饱和无粘性土
建筑物施工完毕，压缩变形完成
饱和粘性土
压缩过程所需时间长
• 土的固结：土在外力作用下，压缩随时间增长的过程
土体变形的机理
§4.2 土的压缩性
室内试验 现场试验
• 侧限压缩试验 • 三轴压缩试验 • 其他特殊试验
• 荷载试验 • 旁压试验
一维问题 三轴应力状态
e
a e e1 e2 p p2 p1
1.0
0.9
e
0.8
p
0.7
0.6
0 100 200 300 p(kPa)
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
e-p曲线
土体的变形特性
土体的特点：散粒体
▪ 土的压缩性
• 固体土颗粒被压缩 • 土中水及封闭气体被压缩 • 水和气体从孔隙中被挤出
压缩量微不足道 主要原因
土的压缩可只看做是土中水和气体从孔隙中被挤
出，与此同时，土颗粒相应发生移动，重新排列， 靠拢挤紧，从而土孔隙体积减少。
土体变形的机理
§4.2 土的压缩性