土的压缩与固结_图文

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上式又可表示为
4-4 地基沉降量计算
无侧向变形条件下土层压缩量计算公式
For a 5m-depth of sand, Given that natural void ratio e=0.80, specific gravity Gs=2.68.
(1) Determine the relative density and saturated water content. (2) What is the settlement without lateral deformation if the relative density becomes 75%?
当OCR>1时,该土是超固结土(oveconsolidated soil) ;
当OCR=1 时,则为正常固结土(normally consolidated soil) ; 当OCR<1时,该土是欠固结土(under consolidated soil) 。
4-2 土的压缩性
沉积土层的超固结比
4-2 土的压缩性
4-3 土的侧压力系数与变形模量
变形模量E0与压缩模量Es之间的关系推导: 根据定义
所以有
4-3 土的侧压力系数与变形模量
通常变形 模量取值
土的类型
泥炭 塑性粘土 硬塑粘土
较硬粘土
变形模量 (kPa)
土的类型
100-500 松砂
500-4000 密实砂
4000-8000 密实砂砾 石
8000-15000
4-4 地基沉降量计算
(7)求出第i分层的压缩量。p→e(注意: 不同土层要用不同曲线),代公式:
分层总和法
(8)最后将每一分层的压缩量累加,即得 地基的总沉降量为:
4-4 地基沉降量计算
【例题4-1】某柱下独立基础为
正方形,边长l=b=4m,基础埋深 d=1m,作用在基础顶面的轴心荷 载F=1500kPa。地基为粉质黏土 ,土的天然重度γ=16.5kN/m3, 地下水位深度3.5m,水下土的饱 和重度γsat=18.5kN/m3,如图所示 。地基土的天然孔隙比e1=0.95, 地下水位以上土的压缩系数为
②按式
计算地基土的自重应力(提示:自土面开始,地下水位
以下用浮重度计算),结果如表4-6。应力图如图。
③计算基底应力
④计算基底处附加应力
⑤计算地基中的附加应力 ⑥地基受压层厚度zn 确定 ⑦地基沉降计算分层 ⑧计算各层土的压缩量
4-4 地基沉降量计算
表4-6 分层总和法计算地基沉降量
自基底 深度z
4-4 地基沉降量计算
分层总和法
分层总和法——在沉降计算 深度范围内划分若干土层, 计算各层的压缩量( Si) ,然后求其总和,即得地基 表面的最终沉降量S,这种 方法称为分层总和法。 沉降计算深度zn是指自基础 底面向下需要计算压缩变形 所达到的深度。
4-4 地基沉降量计算
沉降计算深度zn的确定:
变形模量(kPa)
10000-20000 50000-80000 100000- 200000
土的弹性模量(杨氏模量) E,是指土体在无侧限条件下 瞬时压缩的应力与弹性应变的比值。常用于估算建筑物初 始瞬时沉降。
压缩模量Es 和变形模量E0的应变为总应变,包括弹性应变 和塑性应变。弹性模量E的应变只包含弹性应变。
① 一般土层:σz=0.2 σc; ② 软粘土层:σz=0.1 σc; ③ 至基岩或不可压缩土层。
σz-地基某深度的附加应力; σs-自重应力。
分层总和法
4-4 地基沉降量计算
分层总和法
分层总和法的基本思路是:将压缩层范围内地基分层,计算每一 分层的压缩量,然后累加得总沉降量。
分层总和法有两种基本方法:e~p曲线法和e~lgp曲线法。
(二)前期固结压力的确定
为考虑土的应力历史进行沉降计算,需确定土的前期固结压力。
e
A
Casagrande 法
C
(a) 在e-lgp压缩试验曲线上 ,找曲率最大点 m
源自文库mB
1
(b) 作水平线m1
3
(c) 作m点切线m2
2
(d) 作m1,m2 的角分线m3
(e) m3与试验曲线的直线段
D
交于点B
(f) B点对应于先期固结压力p
4-4 地基沉降量计算
地基沉降量是指地基土压缩变形达固结稳定的最大沉降量。 地基沉降有两方面的原因:一是建筑物荷载在土中产生附加 应力,二是土具有压缩性。 地基沉降计算方法有分层总和法、弹性理论法、应力历史法 、应力路径法等等。
分层总和法是目前被广泛采用的沉降计算方法。
4-4 地基沉降量计算
一、分层总和法 分层总和法是以无侧向变形条件下的压缩量公式为基础。
0.8
高压缩性土
0.5
0.7
中压缩性土 [0.1,0.5)
0.6 0 100 200 300 400
(kPa
低压缩性土
<0.1
4-2 土的压缩性
土的固结试验的结果也可以绘在半对数坐标上,即坐标横 轴p用对数 坐标,而纵轴e用普通坐标,由此得到的压缩 曲线称为e~lgp曲线。 在较高的压力范围内,e~lgp曲线 近似地为一直线,可用直线的 斜率 ——压缩指数Cc来表示土的 压缩性高低,即
③ 以0.42e0 在压缩曲线上确定C点,由假定② 知,C点也位于原状土的初始压缩曲线上;
④ 通过B、C两点的直线即为所求的位压缩曲线。
4-2 土的压缩性
b. 超固结土
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; 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。
4-1 概 述
沉降、不均匀沉降 工程实例
由于沉降相互影响,两栋相邻的建筑物上部接触
4-1 概 述
沉降、不均匀沉降 工程实例
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
4-1 概 述
沉降、不均匀沉降 工程实例
47m
39
87
150
194 199
175
沉降曲线(mm)
长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝
e1
孔隙
量互为倒数。
1
固体颗粒
4-2 土的压缩性
三、回弹曲线和再压缩曲线
土的卸载回弹和再压缩的特性——卸荷和再加荷的压缩试验。
回弹和再压缩曲线比初始压缩曲线平缓;加载到超过卸荷时的应力,再 压缩曲线与初始压缩曲线延长线重合。
4-2 土的压缩性
四、应力历史对粘性土压缩性的影响
(一)前期固结压力和超固结比
中部沉降大——“八”字形裂缝
4-1 概 述 本章研究内容和思路
土具有变形特性 荷载作用 地基发生沉降
土的特点 (碎散、三相)
一致沉降
差异沉降
(沉降量) (沉降差)
沉降具有时间效应-沉降速率
建筑物上部结构产生附加应力 本章内容
影响结构物的安全和正常使用
土的压缩和变形特性 地基沉降计算
固结-沉降与时间关系
4-2 土的压缩性
根据固结试验各级荷载pi相应的稳定 压缩量Si,可求得相应孔隙比ei
e0
孔隙
1
固体颗粒
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。
4-2 土的压缩性
二、土的压缩系数、压缩指数、压缩模量
压缩曲线反映了土受压后的压缩特性。
土的压缩系数是指土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效
应力增量的比值,即e-p
e
曲线某范围的割线斜率。
1.0
0.9
0.8
单位:Mpa-1
0.7
0.6 0 100 200 300 400
(kPa
4-2 土的压缩性
图中所示为0.1、0.2MPa两级压力下对应的压缩系数,称 为a1-2,常用来衡量土的压缩性高低。
e
《土工试验方法标准》
1.0
0.9
土的类别 a1-2 (MPa-1)
教材117
4-3 土的侧压力系数与变形模量
二、土的侧压力系数及变形模量 土的侧压力系数,K0,是指侧限条件下土中侧向应力与竖向应 力之比。
K0与泊松比有如下关系 : 土的变形模量,E0,是土体在无侧限条件下的应力与应变的比 值。相当于理想弹性体的弹性模量,但是由于土体不是理想弹 性体,故称为变形模量。 E0的大小反映了土体抵抗弹塑性变形 的能力。 前面定义侧限条件下的压缩模量Es,与之有如下关系:
4-2 土的压缩性
一、土的压缩试验 在外力作用下,土颗粒重新排列,土体体积缩小的现象称 为土的压缩。 为了研究土的压缩特性,通常可在试验室内进行压缩(固 结)试验,从而测定土的压缩性指标。室内压缩(固结) 试验的主要装置为侧限压缩仪(固结仪)。
用这种仪器进行试验时,由于刚性护环所限,试样只 能在竖向产生压缩,而不能产生侧向变形,故称为侧 限压缩试验。
应力历史,就是土体在历史上曾经受到过的应力状态。
天然土层在历史上曾受到过的最大固结压力称为前期固结压
力(preconsolidation pressure) ,以pc表示;而把前期固结压力 与现有上覆压力p1之比定义为超固结比( OCR, over consolidated ratio)表示:
即,
OCR=pc/ p1
p
p
4-2 土的压缩性
(三)现场压缩曲线的推求
取土样使土受扰动,为使沉降计算接近实际,对室内试验结果进行修正。
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。
推求:
① 确定先期固结压力σp ② 过e0 作水平线与σp作用线交于B。由假定① 知,B点必然位于原状土的初始压缩曲线上;
土的压缩与固结_图文.ppt
4-1 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。 在附加应力作用下,地基土土体变形,从而将引起建筑物沉 降。
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。
4-4 地基沉降量计算
分层总和法
用e~p曲线法计算地基的沉降量计算步骤
(1)首先根据建筑物基础的形状,结合地基土层性状,选择沉降计算点的位 置;再按作用在基础上荷载的性质(中心、偏心或倾斜等),求出基底压力 的大小和分布。
(2)将地基分层。2~4m, <=0.4b, 土层交界面,地下水位;
(3)计算地基中的自重应力分布。 (4)计算地基中竖向附加应力分布; (5)确定压缩层厚度; (6)按算术平均求各分层平均自重 应力和平均附加应力。(注意:也可 以直接计算各土层中点处的自重应力 及附加应力)
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; ⑤ 过B和C点作直线即为原位压缩压缩曲线。
4-3 土的侧压力系数与变形模量
一、现场荷载试验
4-2 土的压缩性
侧限压缩试验
侧限压缩仪(固结仪)
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
变形测量 固结容器
支架
加压设备
4-2 土的压缩性
•Only compression in vertical •Deformation due to void volume decrease
(m)
土层 厚度
Hi (m)
自重 应力
(kPa)
附加应力(kPa)
l/b z/b α c
σz
0
16.5 1.0 0 0.2500 97.25
1.2
1.2 36.3 1.0 0.6 0.2229 86.60
a1=0.30MPa-1,地下水位以下土 的压缩系数为a2=0.25MPa-1,地 基土承载力特征值fak=94kPa。试 采用传统单向压缩分层总和法和
规范推荐分层总和法分别计算该
基础沉降量 。
分层总和法
4-4 地基沉降量计算
【解】按分层总和法计算
①按比例绘制柱基础及地基土的剖面图,如图所示。
分层总和法
无侧向变形条件下单向压缩量计算假设: (1)土的压缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的结 果,土粒本身的压缩可忽略不计; (2)土体仅产生竖向压缩,而无侧向变形; (3)土层均质且在土层厚度范围内,压力是均匀分布的。
4-4 地基沉降量计算
无侧向变形条件下单向压缩量公式
4-4 地基沉降量计算
根据av,mv和Es的定义
式中,e1,e2分别为p1,p2所对应的 孔隙比。
4-2 土的压缩性
压缩系数和压缩指数区别:前者随所取的初始压力及压力 增量的大小而异,而后者在较高的压力范围内是常数。
土的压缩模量是指土体在侧限条件下的竖向附加应力与相
应的竖向应变之比:
土的体积压缩系数ms定义 为土体在单位应力作用下
体积应变,它与土的压缩模
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