2019最新4第四章-土的压缩与固结语文

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饱和土体的压缩是由于孔隙水的排出,孔隙体 积缩小所致。排水速率将影响到土体压缩稳定 所需的时间,而排水速率又直接与土的渗透性 有关,因而,土体在外荷载作用下的压缩过程 与时间有关。
工程设计中,有时不但需要预估建筑物基础可 能产生的最终沉降量,而且还常常需要预估建 筑物基础达到某一沉降量所需的时间或预估建 筑物完工以后经过一定时间可能产生的沉降量。 如:
●分层总和法有两种基本方法: e~p曲线法和e~lgp曲线法。
二、用e~p曲线法计算地基的最终沉降量
(1)根据建筑物基础 的形状,结合地基中土 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、偏心或倾斜等情况 ),求出基底压力的大 小和分布。
二、用e~p曲线法计算地基的最终沉降量
2.天然土层的固结状态
当OCR=1时,该土是正常固结土。
2.天然土层的固结状态
当OCR>1时,则为超固结土。
2.天然土层的固结状态
如果土在自重应力po作 用下尚未完全固结,这 种土称为欠固结土。对 欠固结土,其现有有效 应力即是历史上曾经受 到过的最大有效应力,
因此,其OCR=1,故欠 固结土实际上是属于正 常固结土一类。
第4节 地基沉降计算的e~p曲线法
一、分层总和法简介 上述公式是在土层均 一且应力沿高度均匀 分布假定下得到的。 但通常地基是分层的, 自重应力和附加应力 也沿深度变化,所以 不能直接采用上述公 式进行计算。
一、分层总和法简介
工程上计算地基的沉降 时,在地基可能产生压 缩的土层深度内,按土 的特性和应力状态的变 化将地基分为若干(n) 层,假定每一分层土质 均匀且应力沿厚度均匀 分布。
应力。就地基土而言,能够使土体产生固结或压 缩的应力主要有两种:其一是土的自重应力;其 二是外荷在地基内部引起的附加应力。
1.基本概念
前期固结应力----将土在历史上曾受到过的
最大有效应力称为前期固结应力,以pc表示。
超固结比----把前期固结应力与现有有效应力
poˊ之比定义为超固结比,以OCR表示,即 OCR=pc/ poˊ。
一、分层总和法简介
然后对每一分层分别 计算其压缩量Si,最 后将各分层的压缩量 总和起来,即得地基 表面的最终沉降量S ,这种方法称为分层 总和法。
一、分层总和法简介
在理论上,附加应力可 深达无穷远,但实际计 算地基土的压缩量时, 只须考虑某一深度范围 内土层的压缩量,这一 深度范围内的土层就称
第3节 单向压缩量公式
一、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 Fra Baidu bibliotek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
二、单向压缩量公式
二、单向压缩量公式
根据av,mv和Es的定义,上式又可 表示为:
在较高的压力范围内,e~lgp 曲线近似地为一直线,可用直 线的坡度——压缩指数Cc来表 示土的压缩性高低,即
式中:e1,e2分别为p1,p2所对应的孔隙比。
(三)压缩指数与回弹再压缩指数
为了研究土的卸载回弹和再压缩的特性,可以进 行卸荷和再加荷的固结试验。再压缩指数或回弹 指数Cs=(0.1~0.2)Cc。
【例题4-1】
【例题4-1】
(5)确定压缩层厚度。 从计算结果可知,在第4 点处有 σz4/ σs4=0.195<0.2, 所以,取压缩层厚度为 10m。
【例题4-1】
(6)计算各分层的 平均自重应力和平 均附加应力。 各分层的平均自重 应力和平均附加应 力计算结果见下表
【例题4-1】
【例题4-1】
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。
第1节 概述
沉降—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。
沉降差—如果地基土各部分的竖向变形不相同, 则在基 础的不同部位将会产生沉降差,使建筑物基础发生不 均匀沉降。
(6)求出第i分层的压 缩量。
(7)最后将每一分层 的压缩量累加,即得 地基的总沉降量为: S=∑ Si
【例题4-1】
有一矩形基础放置在均 质粘土层上,如图(a )所示。基础长度 l=10m,宽度b=5m, 埋置深度d=1.5m,其 上作用着中心荷载 P=10000kN。
【例题4-1】
地基土的天然湿重度为20kN/m3,饱和重度为 21kN/m3,土的压缩曲线如图(b)所示。若地下水 位距基底2.5m,试求基础中心点的沉降量。
第6节 地基沉降与时间关系——土的单向 固结理论
1.控制任意时间相邻基础的沉降差; 2.控制施工进度。随时间增长,强度变大,而
施工加荷速率要满足强度增加的要求; 3.合理预留施工超高(桥梁、引水渠道等)
超高—竣工后的稳定沉降量,等于最终沉降 量减去竣工时的沉降量
即S∞=S超+S竣
第6节 地基沉降与时间关系——土的单向 固结理论
压缩系数av是表征土压缩性的重要指标之一。在 工程中,习惯上采用100kPa和200kPa范围的压 缩系数来衡量土的压缩性高低。 《建筑地基基础设计规范》
当av<0.1MPa-1时
属低压缩性土
当0.1MPa-1≤ av<0.5MPa-1时 属中压缩性土
当av ≥0.5MPa-1时
属高压缩性土
(三)压缩指数与回弹再压缩指数
一、土的压缩与固结
固结----土的压缩随时间增长的过程称为土 的固结。
饱和土中孔隙水向外排出要有一个时间过程,其排 出速率与土体的渗透性有关,即土的压缩随时间而增长 。透水性强的土,孔隙水排出速率快;透水性弱的土, 孔隙水排出速率慢。砂土的固结可认为是瞬时完成的, 而粘性土的固结则随时间增长逐渐完成。
(四)其它压缩性指标
除了压缩系数av和压缩指数cc之外,还常用到体 积压缩系数mv、压缩模量Es 和变形模量E等。
体积压缩系数mv----定义为土体在单位应力作用下 单位体积的体积变化,其大小等于av /(1+e1),其 中,e1为初始孔隙比.
(四)其它压缩性指标
压缩模量Es----定义为土体在无侧向变形条件下, 竖向应力与竖向应变之比,即Es=σz /εz,其大小 等于1/mv(或1+e1 /av ) 。 Es的大小反映了土体 在单向压缩条件下对压缩变形的抵抗能力。
一、单向固结模型
在不同深度z处设测压管分析不同时刻t模型内部的应 力变化:
一、单向固结模型
在某一压力作用下,饱和土的固结过程就是土体中各点 的超孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加的过 程,或者说是超孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力的 过程,而在这种转化的过程中,任一时刻任一深度上的 应力始终遵循着有效应力原理,即p=u+ σ′。
为保证建筑物的安全和正常使用,基础的沉降量和沉 降差必须限制在保证建筑物安全的允许范围之内。
第2节 土的压缩特性
一、土的压缩与固结 压缩----在外力作用下,土体体积缩小的现象 称为压缩。土被压缩的实质是VV的减小。
在研究土的压缩时,均认为土体压缩完全是由 于土中孔隙体积减小的结果。对饱和土体是孔隙水 排出的结果,对非饱和土情况比较复杂,可能包括 孔隙水的排出、孔隙气体的排出、孔隙气体的压缩 等多个方面。本书研究的是饱和土体。
变形模量E----表示土体在无侧限条件下应力与应 变之比,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。E的大 小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。
(五)应力历史对粘性土压缩性的影响
1.基本概念 应力历史----就是土体在历史上曾经受到过的应
力状态。
固结应力----是指能够使土体产生固结或压缩的
二、土的压缩性指标
(一)室内固结试验与压缩曲线 为了研究土的压缩特性,通常可在试验室内进行固结试 验,从而测定土的压缩性指标。室内固结试验的主要装 置为固结仪,如图所示。
(一)室内固结试验与压缩曲线
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,故称为单向固 结试验或侧限固结试验。
一、单向固结模型 土的单向固结模型是一个侧壁和底 部均不能透水,其内部装置着活塞 和弹簧的充水容器。当模型受到外 界压力作用时,由弹簧承担的应力 即相当于土体骨架所承担的有效应 力σ′,而由容器中的水承担的应力 即相当于土体内孔隙水所承担的孔 隙水应力u。
一、单向固结模型
可见,饱和土的渗透固结也就是孔隙水压力逐渐 消散和有
(一)室内固结试验与压缩曲线
(一)室内固结试验与压缩曲线
压缩曲线反 映了土受压 后的压缩特 性。
1、e~p曲线
(一)室内固结试验与压缩曲线
2、e~lgp曲线
(二)压缩系数
式中:av称为压缩系 数,即割线M1M2的坡 度,以kPa-1或MPa-1 计。e1,e2为p1,p2 相对应的孔隙比。
(二)压缩系数
(一)室内固结试验与压缩曲线
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。 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;另一种是用半对数直角 坐标绘制的e~lgp曲线。
(一)室内固结试验与压缩曲线
(一)室内固结试验与压缩曲线
(2)将地基分层: ①天然土层的交界面 ②地下水位 ③每层厚度控制在 Hi=2m~4m或 Hi≤0.4b,b为基础宽 度
二、用e~p曲线法计算地基的最终沉降量
(3)计算地基中土的 自重应力分布。
(4)计算地基中竖向 附加应力分布。
(5)按算术平均求各 分层平均自重应力和 平均附加应力
二、用e~p曲线法计算地基的最终沉降量
(7)由图4-12(b) 根据p1i= σsi和 p2i= σsi+ σzi分别 查取初始孔隙比 和压缩稳定后的 孔隙比,结果列 于下表。
【例题】
(8)计算地基的沉降量。分别计算各分层的沉 降量,然后累加即得。
=(0.0336+0.0235+0.0106+0.00637)×250 =18.5cm
第6节 地基沉降与时间关系——土的单向 固结理论
【例题4-1】
(4)求各分层面的竖 向附加应力并绘分布 曲线见图 (a)。
【例题4-1】
该基础为矩形,属空间问题,故应用“角点法” 求解。为此,通过中心点将基底划分为四块相 等的计算面积,每块的长度l1=5m,宽度 b1=2.5m。中心点正好在四块计算面积的公共 角点上,该点下任意深度zi处的附加应力为任 一分块在该点引起的附加应力的4倍,计算结 果如下表:
【例题4-1】
【解】(1)由l/b=10/5=2<10 可知,属于空间问题,且为 中心荷载,所以基底压力为
p=P/(l×b)=10000/(10×5) =200kPa 基底净压力为 pn=p-γd=200-20 ×1.5
=170kPa
【例题4-1】
(2)因为是均质土,且 地下水位在基底以下 2.5m处,取分层厚度 Hi=2.5m。
为“压缩层”。
一、分层总和法简介
对于一般粘性土,当地 基某深度的附加应力σz 与自重应力σs之比等于 0.2时,该深度范围内的 土层即为压缩层;对于 软粘土,以σz/σs=0.1为 标准确定压缩层的厚度 。
一、分层总和法简介
●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。
第4章 土的压缩与固结
概 述 土的压缩特性 单向压缩量公式 地基沉降计算的e-p曲线法 地基沉降计算的e-lgp曲线法 地基沉降与时间关系-土的单向固结理论 一般条件下的地基沉降
第1节 概述
1.一般情况下,地基土在其自重应力下已经压缩稳定。 2.当建筑物荷载传给地基之后,将在地基中产生附加应 力,导致地基土体变形。 3.土体变形有体积变形与形状变形之分。
(3)求各分层面的自重 应力(注意:从地面算 起)并绘分布曲线见图 (a)。
【例题4-1】
σs0= γd=20 ×1.5=30kPa σs1= σs0 +γH1=30+20 ×2.5=80kPa σs2= σs1 +γˊH2=80+(21-9.8) ×2.5=108kPa σs3= σs2 +γˊH3=108+(21-9.8) ×2.5=136kPa σs4= σs3 +γˊH4=136+(21-9.8) ×2.5=164kPa σs5= σs4 +γˊH5=164+(21-9.8) ×2.5=192kPa
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