土力学土的变形性质及地基沉降计算

室内固结试验与压缩曲线
变形测量 固结容器
加
压
支架
设 备
用环刀切取扁圆柱体，一般高 2 厘 米 ， 面 积 为 30cm2 或 50cm2, 试样连同环刀一起装入护环内， 上下有透水石以便试样在压力 作用下排水。
在透水石顶部放一加压上盖， 所加压力通过加压支架作用在 上盖，同时安装一只百分表用 来量测试样的压缩。
由于试样不可能产生侧向变形 而只有竖向压缩。于是，把这 种条件下的压缩试验称为单向 压缩试验或侧限压缩试验。
测定： 轴向应力 轴向变形 时间
试验结果：
P
P3
P2
P1
es
e0
e1 e2 s1 s2
t
s3 e3
t
百分表
透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
假定试样土粒本身体积不变，土的压缩仅由于孔隙体积 的减小，因此土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。
y
1
z
k0 z
εz
σz E0
μ 2k0σz E0
σz E0
1 2μk0
属低压缩性土。 属中压缩性土。 属高压缩性土。
(2) 压缩指数Cc
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
e1 e2
lg
p2 p1
在较高的压力范围内， 压缩曲线近似为一直线，很 明显，该直线越陡，意味着 土的压缩性越高。
(2) 压缩指数Cc
低压缩性土 Cc<0.2
中压缩性土 Cc=0.2~0.4
回弹和再压缩曲线比初始曲线平缓，说明在回弹和再压缩范围内土的压缩性降低； 超过B点，再压缩曲线趋于初始压缩曲线的延长线。
土的压缩性指标，还可以通过现场原位测试取得。例如通 过载荷试验或旁压试验所测得的地基沉降与压力之间近似的 比例关系，从而利用弹性力学公式来反算土的变形模量。
（一）以载荷试验测定土的变形模量
2、固结：土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程称 为固结。对于透水性大的无粘性土，其压缩过程在很短 时间内就可以完成。而透水性小的粘性土，其压缩稳定 所需的时间要比砂土长得多。
4.1.2 土的压缩性试验与压缩性指标
为了研究土的压缩特性，通常需要进行试验。 室内侧限压缩试验（固结试验）
现场原位试验（荷载试验、旁压试验）
(1) 压缩系数
压缩曲线不是直线，即使是同一种土，其压缩系数也不 是常量。
工程上为了便于统一比较，习惯采用100kPa~200kPa范 围的压缩系数来衡量土的压缩性的高低。
我国《建筑地基基础设计规范》规定
a1-2<0.1 Mpa-1 0.1≤a1-2<0.5 Mpa-1 a1-2≥0.5 Mpa-1
1 e1
土体在无侧向变形条件下，竖直应力与竖向应变
之比。其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。
(3) 压缩模量 Es
低压缩性土 Es>15MPa
中压缩性土 Es=4~15MPa
高压缩性土 Es<4MPa
回弹曲线与再压缩曲线
试样回弹不是沿初始压缩曲线，说明土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复 的塑性变形（残余变形）组成；
高压缩性土 Cc>0.4
(3) 压缩模量 Es
土在完全侧限条件下竖向应力增量p与相应的应变增量
的比值——压缩模量（侧限压缩模量），MPa。
H1 H2 H1 H 1 e1 1 e2 1 e2
H
ຫໍສະໝຸດ Baidu
e1 e2 1 e1
H1
Es
Δp Δε
p2 p1 ΔH H
p2 p1 e1 e2
1 e1 a
宝塔倾斜为地基覆盖 层相差悬殊等原因造成。
土具有 荷载 变形特性 作用
地基发生沉降
一致沉降
差异沉降
（沉降量） （沉降差）
建筑物上部结构产生附加应力
荷载大小
土的变形特性 地基厚度
土的特点 （碎散、三相）
影响结构物的安全和正常使用
沉降具有时间效应－沉降 速率
4.1 土的压缩性
自重应力压缩稳定 附加应力导致地基土体变形
其大小反映了土体抵抗变形的能力，是反映土的压 缩性的重要指标之一。
不同土类的变形模量经验值
变形模量与压缩模量之间的关系
压缩模量Es：土在完全侧限条件下，竖向正应力与相应 的变形稳定情况下的竖向应变的比值。
变形模量E0：土在无侧限条件下，竖向正应力与相应的 变形稳定情况下的竖向应变的比值。
x
(1) 压缩系数
P1——一般指地基某深度处土中竖向自重应力； P2——地基某深度处自重应力与附加应力之和； e1——相应于p1作用下压缩稳定后土的孔隙比； e2——相应于p2作用下压缩稳定后土的孔隙比；
a tan α Δe e1 e2 Δp p2 p1
用单位压力增量 所引起的孔隙比的改 变，即压缩曲线的割 线坡度表征土的压缩 性的高低。
本章讨论重点
体积变形
由正应力引起，会使土的体积缩小压密， 不会导致土体破坏。
形状变形
形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过 一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时的 变形将不断发展。通常在地基中是不允许发 生大范围剪切破坏的。
4.1 土的压缩性
1、土的压缩性：地基土在压力作用下体积减小的特性。 土体积缩小包括两个方面： 土中水、气从孔隙中排出， 使孔隙体积减小；土颗粒本身、土中水及封闭在土中 的气体被压缩，很小可忽略不计。
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
(2) 苏 州 虎 丘 塔
此塔位于苏州市虎丘 公园山顶，落成于宋太祖 建隆二年（公元961年）， 距今已有1036。全塔7层， 高47.5米。平面呈八角形。 青砖砌筑。
1980年时，塔身已向 东北方向严重倾斜，塔顶 离中心线已达2.31米。底 层塔身出现不少裂缝。
s
VV1 e0
Vs 1
压缩前
VV2 e
Vs 1
压缩后
H0 Hi H0 si 1 e0 1 ei 1 ei
si
e0 ei 1 e0
H0
ei
e0
si H0
1
e0
e0
ds 1 0 w
1
压力p与相应的稳定孔隙比的关系曲线称为压缩曲线。
a图：压力与加荷历时 关系。
b图：各级压力下，试 样孔隙比随时间的变化 过程。
载荷试验成果：
反算变形模量：
s
1
E0
2
bp0
E0
1 2
s1
bp1
s1取比例界限p1相对应的沉 降，若无直线段，则对高
压缩性土取s1=0.02b及其对 应的p；对低压缩性土取
s1=(0.01~0.015)b 及 其 对 应 的p。
(6) 变形模量E0
表示土体在无侧限条件下应力应变之比，相当于理 想弹性体的弹性模量。