土的压缩性与地基沉降计算(土力学教学
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土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力 ⑴应力的基本概念 ②法向应力的正负 ③剪应力的正负
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力 ⑵材料的性质 ①材料力学研究理想的均匀连续材料 ②土力学研究非均匀连续材料，土由固体、液体、气体三相组 成的粒状材料。 严格地说，土力学不能应用材料力学中的应力概念。但从工程 角度看，土的颗粒很微小，通常比土样尺寸小很多。例如，粉粒的 粒径范围d=(0.05～0.005)mm,压缩试验土样ф≈80mm,d≈(1/1600 ～1/16000) ф。因此，工程上可以采用材料力学的应力概念。
土力学
第3章 土的压缩性与 地基沉降计算
教学课件
§3 土的压缩性与地基沉降计算
本章研究土的压缩性与地基沉降计算，这部分内容为土力学的 重点。因为不少建筑工程事故，包括建筑物倾斜、建筑物严重下沉 、墙体开裂、基础断裂，等等，都是土的压缩性高或压缩性不均匀 ，引起地基严重沉降或不均匀沉降造成的。
客观地分析：地基土层承受上部建筑物的荷载，必然会产生 变形，从而引起建筑物基础沉降。当建筑场地土质坚实时，地基的 沉降较小，对工程正常使用没有影响。但若地基为软弱土层且厚薄 不均，或上部结构荷载轻重变化悬殊时，基础将发生严重的沉降和 不均匀沉降，其结果将使建筑物发生上述各类事故，影响建筑物的 正常使用与安全。
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力
⑷主应力——凡剪应力τ＝0的平面上的法向应力σ，称为主应 力，此平面称为主应面。σcz为大主应力，σcx=σcy为小主应力。
⑸摩尔圆
在τ－σ的直角坐标系 中，在横坐标上点出最大 主应力σ1与最小主应力σ3 ，再以σ1－σ3为直径作圆 ，此圆称为摩尔应力圆。 微元体中任意斜截面上的 法向应力σ与剪应力τ， 可用此摩尔圆来表示。见 “4.2 土的极限平衡条件 ”土。力学
水平方向法向应力为:
σcx=σcy=k0σcz(kPa) (3.2)
式中 k0――比例系数，
称静止侧压力系数.
k0＝0.33～0.72 此微元体在重力作用下没有侧向变形和剪切变形；作用在此
微元体上的剪应力为:
土力学 τxy=τyz=τzx=0 (3.3)
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
分析地基土层发生变形的主要因素：其内因是土具有压缩性 ；其外因主要是建筑物荷载的作用。因此，为计算地基土的沉降， 必须研究土的压缩性；同时研究在上部荷载作用下，地基中的应力 分布情况。
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.1 基本概念
1、土的压缩性大 2、地基土产生压缩的原因
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力 ⑴应力的基本概念 ①土体中任一点中 的应力状态，可根据 所选定的直角坐标 ox,oy,oz,用σx,σy,σz和三 对剪应力 τxy=τyx,τyz=τzy,τzx= τxz， 一 共 六 个 应 力 分 量来表示。
②圆柱土体轴向受压 应力与应变关系为非 线性,呈曲线,如图3.3(b) 所示。通过曲线上两点A， B 的 割 线 的 斜 率 dσ/dε 的 比值称为变形模量E0。(E0 ＝dσ/dε)
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
2、土的应力与应变关系及测定方法
⑴外因
①建筑物荷载作用。这是普遍存在的因素。 ②地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载σ=(γ-γ’)h ③施工影响，基槽持力层土的结构扰动. ④振动影响，产生震沉。 ⑤温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化 ⑥浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.1 基本概念
上述因素中，建筑物荷载作用是主要外因，通过土中孔隙的压 缩这一内因发生实际效果。
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.1 基本概念
3、饱和土体压缩过程 土的颗粒越粗，孔隙越大，则透水性越大，因而土中水的挤出 和土体的压缩越快，粘土颗粒很细，则需要很长时间。 饱和土体的孔隙中全部充满着水，要使孔隙减小，就必须使土 中的水被挤出。亦即土的压缩与土孔隙中水的挤出，是同时发生的 。由于土的颗粒很细，孔隙更细，土中的水从很细的弯弯曲曲的孔 隙中挤出需要相当长的时间，这个过程称为土的渗流固结过程，也 是土与其它材料压缩性相区别的一大特点。 4、蠕变的影响 粘性土长期受荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象称为 蠕变。这是土的又一特性。
2、地基土产生压缩的原因
⑵内因
土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分: ①固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来 说无意义； ②土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载σ＝（100～600） Kpa作用下，很小，可忽略不计； ③土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土 的孔隙减小。 土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。
土力学
§3பைடு நூலகம்.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力
⑶水平土层中的自重应力——设地面为无限广阔的水平面，土 层均匀，土的天然重度为γ。在深度为Z处取一微元体dxdydz，则 作用在此微元体上的竖向自重应力σcz(如图3.2所示)为：
σcz=γz(kPa） (3.1)
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
2、土的应力与应变关系及测定方法
⑴单轴压缩试验 ①圆钢试件轴向受拉 应力与应变关系呈直线关系。σ=0时,ε=0;σ=σ1时,ε=ε1。 卸荷后由原来应力路径回到原点O，即为可逆，如图（3.3a）所示 。钢材应力与应变之比值称为弹性模量E（E＝σ/ε）。
⑵侧限压缩试验 土样圆面积为50cm2，厚度为20mm的侧限土体竖直单向受压，土 的孔隙比e减小，土体受压缩。此时，Δσz/Δεz的比值称为土的 侧限压缩模量ES。试验结果如图3.3(c)所示。
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力 ⑴应力的基本概念 ②法向应力的正负 ③剪应力的正负
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力 ⑵材料的性质 ①材料力学研究理想的均匀连续材料 ②土力学研究非均匀连续材料，土由固体、液体、气体三相组 成的粒状材料。 严格地说，土力学不能应用材料力学中的应力概念。但从工程 角度看，土的颗粒很微小，通常比土样尺寸小很多。例如，粉粒的 粒径范围d=(0.05～0.005)mm,压缩试验土样ф≈80mm,d≈(1/1600 ～1/16000) ф。因此，工程上可以采用材料力学的应力概念。
土力学
第3章 土的压缩性与 地基沉降计算
教学课件
§3 土的压缩性与地基沉降计算
本章研究土的压缩性与地基沉降计算，这部分内容为土力学的 重点。因为不少建筑工程事故，包括建筑物倾斜、建筑物严重下沉 、墙体开裂、基础断裂，等等，都是土的压缩性高或压缩性不均匀 ，引起地基严重沉降或不均匀沉降造成的。
客观地分析：地基土层承受上部建筑物的荷载，必然会产生 变形，从而引起建筑物基础沉降。当建筑场地土质坚实时，地基的 沉降较小，对工程正常使用没有影响。但若地基为软弱土层且厚薄 不均，或上部结构荷载轻重变化悬殊时，基础将发生严重的沉降和 不均匀沉降，其结果将使建筑物发生上述各类事故，影响建筑物的 正常使用与安全。
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力
⑷主应力——凡剪应力τ＝0的平面上的法向应力σ，称为主应 力，此平面称为主应面。σcz为大主应力，σcx=σcy为小主应力。
⑸摩尔圆
在τ－σ的直角坐标系 中，在横坐标上点出最大 主应力σ1与最小主应力σ3 ，再以σ1－σ3为直径作圆 ，此圆称为摩尔应力圆。 微元体中任意斜截面上的 法向应力σ与剪应力τ， 可用此摩尔圆来表示。见 “4.2 土的极限平衡条件 ”土。力学
水平方向法向应力为:
σcx=σcy=k0σcz(kPa) (3.2)
式中 k0――比例系数，
称静止侧压力系数.
k0＝0.33～0.72 此微元体在重力作用下没有侧向变形和剪切变形；作用在此
微元体上的剪应力为:
土力学 τxy=τyz=τzx=0 (3.3)
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
分析地基土层发生变形的主要因素：其内因是土具有压缩性 ；其外因主要是建筑物荷载的作用。因此，为计算地基土的沉降， 必须研究土的压缩性；同时研究在上部荷载作用下，地基中的应力 分布情况。
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.1 基本概念
1、土的压缩性大 2、地基土产生压缩的原因
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力 ⑴应力的基本概念 ①土体中任一点中 的应力状态，可根据 所选定的直角坐标 ox,oy,oz,用σx,σy,σz和三 对剪应力 τxy=τyx,τyz=τzy,τzx= τxz， 一 共 六 个 应 力 分 量来表示。
②圆柱土体轴向受压 应力与应变关系为非 线性,呈曲线,如图3.3(b) 所示。通过曲线上两点A， B 的 割 线 的 斜 率 dσ/dε 的 比值称为变形模量E0。(E0 ＝dσ/dε)
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
2、土的应力与应变关系及测定方法
⑴外因
①建筑物荷载作用。这是普遍存在的因素。 ②地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载σ=(γ-γ’)h ③施工影响，基槽持力层土的结构扰动. ④振动影响，产生震沉。 ⑤温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化 ⑥浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.1 基本概念
上述因素中，建筑物荷载作用是主要外因，通过土中孔隙的压 缩这一内因发生实际效果。
土力学
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.1 基本概念
3、饱和土体压缩过程 土的颗粒越粗，孔隙越大，则透水性越大，因而土中水的挤出 和土体的压缩越快，粘土颗粒很细，则需要很长时间。 饱和土体的孔隙中全部充满着水，要使孔隙减小，就必须使土 中的水被挤出。亦即土的压缩与土孔隙中水的挤出，是同时发生的 。由于土的颗粒很细，孔隙更细，土中的水从很细的弯弯曲曲的孔 隙中挤出需要相当长的时间，这个过程称为土的渗流固结过程，也 是土与其它材料压缩性相区别的一大特点。 4、蠕变的影响 粘性土长期受荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象称为 蠕变。这是土的又一特性。
2、地基土产生压缩的原因
⑵内因
土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分: ①固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来 说无意义； ②土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载σ＝（100～600） Kpa作用下，很小，可忽略不计； ③土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土 的孔隙减小。 土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。
土力学
§3பைடு நூலகம்.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
1、土体中的应力
⑶水平土层中的自重应力——设地面为无限广阔的水平面，土 层均匀，土的天然重度为γ。在深度为Z处取一微元体dxdydz，则 作用在此微元体上的竖向自重应力σcz(如图3.2所示)为：
σcz=γz(kPa） (3.1)
§33.1土的土压的缩变性形与特地基性沉降计算
§3.1.2 土的应力与应变关系
2、土的应力与应变关系及测定方法
⑴单轴压缩试验 ①圆钢试件轴向受拉 应力与应变关系呈直线关系。σ=0时,ε=0;σ=σ1时,ε=ε1。 卸荷后由原来应力路径回到原点O，即为可逆，如图（3.3a）所示 。钢材应力与应变之比值称为弹性模量E（E＝σ/ε）。
⑵侧限压缩试验 土样圆面积为50cm2，厚度为20mm的侧限土体竖直单向受压，土 的孔隙比e减小，土体受压缩。此时，Δσz/Δεz的比值称为土的 侧限压缩模量ES。试验结果如图3.3(c)所示。