土力学-第四章-一维压缩性及其指标 张丙印

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《土力学》 第四章土的压缩性

《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
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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

土力学第4章 土的压缩与变形

土力学第4章 土的压缩与变形
试验者需纪录在不同荷载不同时间土样的 压缩变形量,通过下式计算变形量与孔隙 比e的关系。
土样受压前
土样受压后
∆Hi
Vv=e0
pi
Vv=ei
H0
Vs=1
Hi
Vs=1
土样受压前后,横截面面积不变
1+e0 H0
1 ei Hi
1 ei H 0 Hi
ei

e0

H i H0
第一节 概述
一、压缩性 土体在压力作用下,体积减小的特性。 二、压缩的实质 土中孔隙体积的减小,土体压密的过程
是土中水和气排出的过程。 三、固结 土体变形随时间增长而增大的过程。
四、地基压缩变形量 指在竖向附加应力作用下,地基土层产
生的压缩变形量。 五、地基变形量与基础沉降量 地基表面的竖向变形称为地基变形量,
③各分层土沉降量的计算: 第一层土:
si

e1i e2i 1 e1i
H、 i

0.798 0.733 1 0.798
1000
36.2mm
其余各分层土沉降量的计算结果列于表4-3。
(6)地基最终沉降计算
(1 e0 )
(二)压缩曲线
e
0.56 0.52 0.48 0.44
0.4
P(kPa)
50 100 200 300 400
二、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。 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。

土力学第四章课件

土力学第四章课件

土力学第四章课件一、压缩性四、地基压缩变形量指在竖向附加应力作用下,地基土层产四、本章主要内容一、固结试验(一)室内压缩试验土的室内压缩试验,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。

试验时将切有土样的环刀置于刚性护环常规压缩试验通过逐级加荷进行试验,常V v=e0HiV v=e i(二)压缩曲线e二、压缩性指标1、压缩系数aαtan =a eΔ=e压缩系数数值越大,土的压缩性越高压缩系数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2、压缩指数C c当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧e Δe e ?e3、压缩模量E s根据e -p 曲线,可以得到另一个重要V =e ?Hp 2V =ee e ?∴1121(e ΔH Δ例4-1一饱和粘性土样进行室内压缩试验,已知土样的原始高度为20mm,初始e e 解:(1)计算孔隙比及(2)计算压缩系数并评价该土的压缩性21?a 土在完全侧限的条件下体积应变?4、体积压缩系数m v反压重物三、土的变形模量(一)浅层平板载荷试验及应力变形曲线1-载荷板2-千斤顶3-百分表4-平台反力梁千斤顶基准梁荷载板百分表地基土现场载荷试验p -s 曲线(二)变形模量变形模量计算公式:由于土体不是完全弹性体,加上二种试验*一、分层总和法(二)假设1、每一薄层的附加应力为直线分布;(三)计算公式pσΔppEΔΔQ(四)计算步骤1.地基土分层;4.计算各分层界面处基底中心下竖向附加应力及每一薄层平均附加应力;7.确定地基沉降计算深度(或压缩层下限);8.计算各薄层土的压缩量s i; Hp1i—第i层土自重应力平均值;p—第i层土自重应力平均值与附加应力例题4-2尺寸为4m×2m,上部结构的荷载F=1168kN,地基基础剖面及有关计算指标如图4-12及图4-13所示,试用分层总和法计算地基最终沉降量。

(P132)解:(1)地基分层:粘土与粉质粘土的分界面及地下水位面须作为计算分层面,同时各分层土(3)地基附加应力的计算①计算基底附加压力nzσσ(4)确定地基沉降计算深度一般按≤0.2的要求确定沉降计算深度。

04第四章土的压缩性和固结理论土力学课件.ppt

04第四章土的压缩性和固结理论土力学课件.ppt

微分方程的建立
dt时间内微单元体内孔隙体
积Vv的变化(减少)为:
dVv
Vv t
dt
eVs
t
dt
1 e dxdydzdt (3 40) 1 e t
由dQ=dVv,得
1 e q (3 41) 1 e1 t z
微分方程的建立
根据达西定律:
q ki k hw k u (3 42)
地基沉降:在荷载作用下,地基表面(基底)的竖向位移。
地基沉降计算包括两方面内容: 1)最终沉降量; 2)沉降量与时间的关系。
§4.2 土的压缩性
测定方法
室内试验 原位试验
压缩试验 三轴试验
载荷试验 旁压试验
§4.2 土的压缩性
一、压缩试验和相应的压缩性指标 二、载荷试验和土的变形模量 三、变形模量与压缩模量的关系 四、弹性模量及试验测定
一、压缩试验和相应的压缩性指标
压缩试验:又称侧限压缩试验或固结试验。
压缩仪
加荷方式
p =50,100,200,400kPa 四级加荷(e -p 曲线)
或p =12.5,25,50,100,200,400,800,1600,3200kPa (e -lgp 曲线) 相应的土样压缩稳定后的下沉量为s1,s2,s3,…
的常数;
(6)外荷载是一次在瞬时施加的。加载期间,饱和土层还 来不 及变形;而在加载以后,附加应力沿深度始终均匀分布。
二、一维固结微分方程及其解答
微分方程的建立
微单元体在dt 时间内水量Q的变化为:
dQ Q dt t
qdxdy
q
q z
dz
dxdydt
q dxdydzdt (3 39) z
第四章 土的压缩性和固结理论

土力学-第四章-概述 土的压缩性测试方法 张丙印

土力学-第四章-概述 土的压缩性测试方法 张丙印

t
s
s3
s2
s1
t
§4.2 土的压缩性测试方法 – 压缩试验
智者乐水 仁者乐山
压缩曲线及特点
• 侧限变形(压缩)模量:
加载:
Es
Δσ z Δεz
卸载和重加载:
Ee
Δσz Δεz
非线性 弹塑性
土的一般化的压缩曲线
z= p
1 Ee 1 Es
e
z
( e )
侧限压缩试验
18
§4.2 土的压缩性测试方法 – 三轴试验
常规三轴:
• 存在破坏应力
侧限压缩试验:
• 不存在破坏应力 • 存在体积压缩极限
z=p
侧限压 缩试验
常规三 轴试验
e
z
( e )
常规三轴与侧限压缩试验
22
§4.2 土的压缩性测试方法
智者乐水 仁者乐山
变形模量 Et 与侧限变形模量 Es间的关系
虎 εz
σz Et
νt Et
σx σy
克 定 律
墨西哥某宫殿
左部:1709年 右部:1622年 地基:20多米厚粘土
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
智者乐水 仁者乐山
工程实例
6
§4.1 概述
智者乐水 仁者乐山
墨西哥城的一幢建筑, 可清晰地看见其发生的 沉降及不均匀沉降。该 地的土层为深厚的湖相 沉积层,土的天然含水 量高达 650 %,液限 500% ,塑性指数 350 , 孔隙比为 15 ,具有极 高的压缩性。
《土力学1》之第四章
土的压缩性与地基沉降计算
张丙印
清华大学土木水利学院 岩土工程研究所

土力学和其基本特点

土力学和其基本特点

1921-1923 Terzaghi:有效应力原理及固结理论 古
1925 Terzaghi :出版《土力学》

土力学成为一门独立学科的标志

1936 第一届国际土力学及基础工程会议

1960’s后 现代土力学


土力学发展的历史
课程绪论:土力学及其特点
什么是土? ✓ 土及土力学有哪些特点?✓ 为什么要学习土力学? 土力学包括哪些内容? 如何学好土力学?
《土力学》之课程绪论
土力学和其基本特点
张丙印,男,岩土工程研究所 所长,教授
主要研究方向: - 高土石坝的应力变形计算理论 - 岩土材料本构模型 - 土工数值计算方法 - 环境岩土工程
联系方式: 办公室:新水岩土工程研究所227室 电话: 62787349(办),62772816(家) Email: byzhang@
绪论:为什么要学习土力学?
土是工程中应用最广泛的建筑材料。由土层所 构成的广袤大地
• 是工程建设的基地 • 是建筑物的地基 • 是地下建筑的环境 • 为土工构筑物提供填筑材料
因此,对土工程性质认识的偏差可能会导致损 失巨大的事故。
土力学的重要性
绪论:为什么要学习土力学?
概况:长59.4m,宽23.5m,高31.0m,共65个圆筒仓。钢混筏板
时间:1971年11月9-11日 地点:神奈川县川崎市生 研究机构:地质研究所(通产省)
消防研究所(自治省) 土木研究所(建设省) 防灾科学技术中心(科技厅)
绪论:为什么要学习土力学?
壤土(loam)斜坡崩塌(泥石流)实验 • 9日15:00人工降雨开始 • 11日15:00左右降雨量达500mm • 陡坡中泥土突然以20-30m/s流出,斜 坡崩塌,泥石流产生 • 泥石流推倒28米外的护栏,一直冲到 55米外的水池中央,造成31人被埋

土力学-第四章-饱和土体的渗流固结理论1 张丙印

土力学-第四章-饱和土体的渗流固结理论1 张丙印

一维渗流固结理论
6
§4.5 饱和土体的渗流固结理论 - 一维固结理论
智者乐水 仁者乐山
实践背景:大面积均布荷载
p
侧限状态的简化模型
p
饱和 压缩层
不透水 岩层
σz=p
K0 p
p K0 p
不变形 的钢筒
处于侧限状态,渗流和土体的变
形只沿竖向发生
Terzaghi一维渗流固结模型
7
§4.5 饱和土体的渗流固结理论 - 一维固结理论
世界最大人工岛
智者乐水 仁者乐山
日本关西国际机场
2
§4.5 饱和土体的渗流固结理论
智者乐水 仁者乐山
设计预测沉降: 5.7-7.5 m
完工实际沉降: 8.1 m,5cm/月 (1990年)
预测主固结完成: 20年后
比设计超填:
3.0 m
测点
日期 1
2
3
5
7
8 10 11 12 15 16 17 平均
第四章:土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5
概述 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
§4.5 饱和土体的渗流固结理论
• 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 • 问题:沉降大,不均匀
智者乐水 仁者乐山
u t
k
1 e1
wa
2u z2
u t
Cv
2u z2
固结系数:
Cv
k(1 e1 )

土力学-第四章-饱和土体的渗流固结理论2 张丙印

土力学-第四章-饱和土体的渗流固结理论2 张丙印

• 图表解: P157,图4-27,曲线①

近似解:
Ut=1
8 π2
e
π 4
2
Tv

简化解
Tv
Tv
πUt 2 4
0.933 lg Ut
0.085
Ut 0.6 Ut 0.6
Tv
3U t
Ut 1
Ut 是Tv 的单值函数,Tv 可反映固结的程度
地基的平均固结度计算 5
§4.5 饱和土体的渗流固结理论 - 固结度计算
§4.5 饱和土体的渗流固结理论 - 一维固结理论
智者乐水 仁者乐山
• 方程的解:
uz,t
4 p sin mπz π m m 2H
e
m
2
π2 4
Tv
m 1,3,5
排水面 H
从超静孔压分布u-z曲线的
移动情况可以看出渗流固结
的进展情况
u-z曲线上的切线斜率反映
该点的水力梯度水流方向
渗流 Tv = 0 Tv = ∞
智者乐水 仁者乐山
求达到某一沉降量(固结度)所需要的时间
Ut = St /S
从 Ut 查表(计算)确定 Tv
t Tv H Cv
有关沉降-时间的工程问题
12
§4.5 饱和土体的渗流固结理论 – 工程问题
智者乐水 仁者乐山
根据前一阶段测定的沉降-时间曲 线,推算以后的沉降-时间关系
对于各种初始应力分布,
智者乐水 仁者乐山
O
S0
dS
S90
S
t90 t A
绘制压缩试验S - t1/2 曲线
做近似直线段的延长线交S 轴 于 S0 , 即 为 主 固 结 的 起 点,dS为的初始压缩量

土力学-第四章-土的压缩性和地基沉降计算习题课2 张丙印

土力学-第四章-土的压缩性和地基沉降计算习题课2 张丙印

14
概念及ห้องสมุดไป่ตู้点
什么是欠固结土?
智者乐水 仁者乐山
不透水岩层
新淤积(或填筑)土层 在原有土层固结完 成之前,取样作试 验会得到什么结果?
15
概念及难点
智者乐水 仁者乐山
说明粘性土压缩性的主要特点,并讨论分层
总和法计算粘性土地基的沉降时,可以模拟 哪些特点,不能模拟哪些。进一步分析计算 的误差及改进措施。
有效应力 = - u总= 50+185-122.7 =17.3kPa 9
方法及讨论 – 固结度计算
智者乐水 仁者乐山
课堂讨论题2:固结计算
在如图所示的厚10m的饱和黏土层表面瞬时大面积均匀堆载p0, 若干年后用测压管分别测得土层中的孔隙水压力uA=51.6kPa、 uB=94.2kPa、uC=133.8kPa、uD=170.4kPa,uE=198.0kPa
+90.4+98/2) =598
S初始超静孔压 =1500
静水压
超静孔压 Ut=1-598/1500=0.601
11
方法及讨论 – 固结度计算
2)固结年限计算: 思路:Ut Tv t
智者乐水 仁者乐山
Ut=0.601
查表Tv=0.29
Cv
k(1 aγw
e)
kEs γw
5.14 10-8 550 2.83 103cm2 / s 0.01
地下
水位
p0=150kPa
A
2m
Es=5.5MPa
B
k=5.1410-8cm/s C
2m 2m
2m D
2m E
不透水岩层
10m
1)试估算此时黏土层的 固结度,并计算此黏土 层已固结了几年? 2) 再经过5年,则该黏土 层的固结度将达到多少? 黏土层在该5年内产生了 多大的压缩量?

土力学1-第四章土的压缩性与地基沉降计算.ppt

土力学1-第四章土的压缩性与地基沉降计算.ppt

常用试验类型
类型
固结 排水
施加 3
固结
固结 不排水
固结
不固结 不排水
不固结
施加 1-3 排水
不排水
不排水
量测
体变
孔隙水 压力 孔隙水 压力
百分表
围压 力3 阀门
仁者乐山 智者乐水
横梁 量力环
量 水 管
孔压

量测

马达
阀门
常规三轴压缩试验
§4.2 土的压缩性测试方法
仁者乐山 智者乐水
一般化的应力应变曲线
仁者乐山 智者乐水
墨西哥某宫殿
工程实例
§4.1 概述
Kiss
仁者乐山 智者乐水
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
仁者乐山 智者乐水
基坑开挖,引起阳台裂缝
工程实例
§4.1 概述
建新 筑建 物筑 开引 裂起
原 有
仁者乐山 智者乐水
§4.1 概述
仁者乐山 智者乐水
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
《土力学1》之第四章
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
本章提要
• 土的压缩性 -测试方法和指标 • 地基的最终沉降量-分层总合法 • 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
应力情况(包括最大应力 等)称为应力历史
土样在A和B点所处的应力
状态完全相同,但其变形 特性差别很大
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6. B点对应于先期固结压力p
智者乐水 仁者乐山
A
mB
1
3
2
D
p
p(lg)
先期固结压力p的确定
16
反映了土的应力历史
0.8 1 Ce
0.7 0.6
指标:
• 压缩指数
Cc
Δe Δ(lgp)
• 回弹指数
(再压缩指数) Ce
100
1000
p (kPa)
Ce << Cc 一般Ce ≈ 0.1-0.2Cc
e – lg p曲线
11
§4.3 一维压缩性及其指标 - e - lg p曲线
智者乐水 仁者乐山
指标 Es mv a Cc Ce
滞回圈
侧限压缩试验
4
§4.3 一维压缩性及其指标 - - p曲线
智者乐水 仁者乐山
应力历史及影响 σz p
土体在历史上所承受过的 应力情况(包括最大应力 等)称为应力历史
初始
加载
p
卸载
A
B 再加载
εz
土样在A和B点所处的应
力状态完全相同,但其 变形特性差别很大
应力历史的影 响非常显著
侧限压缩试验
t
3
§4.3 一维压缩性及其指标 - - p曲线
卸载和再加载曲线
σz p
一次 加载
p
初始 加载
卸载 再加载
εz
智者乐水 仁者乐山
在试验曲线的卸载和再
加载段,土样的变形特 性同初始加载段明显不 同,前者的刚度较大
在再加载段,当应力超
过卸载时的应力p时,
曲线逐渐接近一次加载 曲线
卸载和再加载曲线形成
e
智者乐水 仁者乐山
正常固结土的原位
p(lg)
压缩曲线:直线
正常固结土初始压缩曲线
14
§4.3 一维压缩性及其指标 - 先期固结压力
智者乐水 仁者乐山
e
原位压
A 缩曲线
沉积过程
C
取样过程
B
压缩试验
AB:沉积过程,到B点应
力为p
BC:取样过程,应力减
小,先期固结压力为p
CD:压缩试验曲线,开
始段位于再压缩曲线上,
5
§4.3 一维压缩性及其指标 - - p曲线
智者乐水 仁者乐山
侧限压缩(变形)模量 kPa ,MPa
Es
Δp Δε
初始加载Es 卸载和重加载Ee
体积压缩系数:单位压应力变 化引起的单位体积的体积变化
mv
1 Es
p Es
1 Ee 1
=s/H0
s H0
侧限时有:
1= v=s/H0
- p曲线 6
侧限压缩模量
Es
Δp Δε
压缩系数
a
Δe Δp
Δε
1
Δe e0
Es
e0 a
智者乐水 仁者乐山
e e0 e
1
孔隙
固体 颗粒
体积压缩系数
mv
Es
a e0
压缩指标间的关系
10
§4.3 一维压缩性及其指标 - e - lg p曲线
智者乐水 仁者乐山e1Cc 0.9特点:在压力较大部分, 接近直线段
后段趋近原位压缩曲线
D
p p(lg)
在先期固结压力p附
近发生转折,据此可
确定p
先期固结压力
15
§4.3 一维压缩性及其指标 - 先期固结压力
Casagrande 法
e
1. 在e-lgp曲线上,找出曲率
C
最大点m
2. 作水平线m1
3. 作m点切线m2
4. 作m1,m2 的角分线m3
5. m3与试验曲线的直线段交 于点B
Δe Δp
1.0
0.9
e
0.8
p
0.7
0.6
0 100 200 300 p(kPa)
智者乐水 仁者乐山
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
8
§4.3 一维压缩性及其指标 - e - p曲线
如土层当前 承受的自重
压力为s
p= s :正常固结土 p> s :超固结土 p< s :欠固结土
超固结比: OCR p s
OCR=1:正常固结 OCR>1:超固结 OCR<1:欠固结
相同s 时,一般OCR越大,土越密实,压缩性越小
先期固结压力 13
§4.3 一维压缩性及其指标 - 先期固结压力
名称 侧限压缩模量 体积压缩系数
压缩系数 压缩指数 回弹指数
定义
p/ v/p
-e/p -e/(lgp) -e/(lgp)
曲线
- p曲线
e - p曲线 e - lg(p)曲线
侧限压缩试验指标汇总
12
§4.3 一维压缩性及其指标 - 先期固结压力
智者乐水 仁者乐山
先期固结压力:土层历史上所经受到的最大压力p
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
智者乐水 仁者乐山
e
压缩系数:
1.0
0.9
e
a
Δe Δp
0.8
p
0.7
0.6
0 100 200 300 p(kPa)
e - p 曲线–压缩系数a
9
§4.3 一维压缩性及其指标 - e - p曲线
第四章:土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 概述 §4.2 土的压缩性测试方法 §4.3 一维压缩性及其指标 §4.4 地基的最终沉降量计算 §4.5 饱和土体的渗流固结理论
§4.3 一维压缩性及其指标
智者乐水 仁者乐山
- p 曲线 e - p 曲线
由侧限压缩试 验整理得到的
e - lg p 曲线
§4.3 一维压缩性及其指标 - e - p曲线
e e0 e
1
孔隙
固体 颗粒
S H0
智者乐水 仁者乐山
由三相草图:
H0 1 e0 H0 S 1 e
e
e0
(1
e0
)
S H0
可得到e - p关系
侧限压缩试验
7
§4.3 一维压缩性及其指标 - e - p曲线
压缩系数 kPa-1,MPa-1
e
a
三条常用曲线
先期固结压力
原位压缩曲线及原位再压缩曲线
一维压缩性及其指标
2
§4.3 一维压缩性及其指标 - -p曲线
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
侧限压缩试验
智者乐水 仁者乐山
百分表 环刀
试样
p
P3
P2
P1
t
s
S3
S2
S1
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