土压缩性及地基沉降

沉降曲线(mm)
建筑物过长：长高比7.6:1
§4.2
土的压缩性
土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性
压缩量的组成
固体颗粒的压缩 土中水的压缩
占总压缩量的1/400不到， 忽略不计
空气的排出
压缩量主要组成部分
水的排出
说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果
无粘性土
透水性好，水易于排出
土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。
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。
土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
无粘性土地基 上的建筑物
粘性土地基上 的建筑物
土的透水性强，压 缩性低
土的透水性弱，压 缩性高
沉降很快完成
达到沉降稳定 所需时间十分 漫长
饱和土体一维固结理论
在荷载作用下，土体中产生超静孔隙水压力，在排水 条件下，随着时间发展，土体中水被排出，土体孔隙比减 小；超静孔隙水压力逐步消散，土体中有效应力逐步增大 ，直至超孔隙水压力完全消散，这一过程称为固结。
工程设计中，我们不但需要预估建筑物基础可能产生 的最终沉降量，而且需要预估建筑物基础达到某一沉降量 所需的时间，亦即需要知道沉降与时间的变化过程。目前 均以饱和土体一维固结理论为研究基础。
压缩稳定很快完成
粘性土 透水性差，水不易排出 压缩稳定需要很长一段时间
• 土的压缩性大
• 地基土产生压缩的原因
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。
授课章节
第三章 土的压缩性与地基沉降计算
教学目的
一、了解沉降量的原理； 二、理解影响土压缩性的主要因素，土的固结过程，能结合已有的测量知识正
确进行沉降观测； 三、掌握压缩试验原理与压缩指标的测定方法，能运用分层总和法和规范法计
算地基最终沉降量。
重点难点 教具挂图
1. 一、土的压缩性、有效应力、超静水压力、固结、固结度、压缩系数、压 缩模量、沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜等概念；
饱和土孔隙中自由水的挤出速度，主要取决于土的渗透 性和土的厚度
渗透固结：与自由水的渗透速度有关的饱和土固结过程
孔隙水压力u是指外荷p在土孔隙水中所引起的超静水压力
有效应力σ是指由土骨架所传递的压力，
即颗粒间接触应力
土体中由孔隙水 所传递的压力
饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力
向有效力应力转化的过程，在任一时刻，
§4.1 概述
土是一种散粒沉积物，具有压缩性。地基土层 在建筑物的荷载作用下产生变形，建筑物基础亦 随之沉降，尤其是当荷载差异较大、或地基土层 软弱不均时，往往导致建筑物基础出现较大的不 均匀沉降、以致建筑物某些部位开裂、倾斜，甚 至倒塌。
为了保证建筑物的安全和正常使用，本章讨 论荷载作用下土体的变形，这是土力学的重要问 题之一。在地基基础设计中，要求地基土的变形 量不超过允许值。
问题： 沉降2.2米， 且左右两部分 存在明显的沉 降差。
墨西哥某宫殿
地基：20多米厚的粘土
Kiss
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
基坑开挖，引起阳台裂缝
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
建筑物立面高差过大
47m
39
87
150
194 199
175
分析地基土层发生变形的主要因素：其内固 是土具有压缩性．其外因主要是建筑物荷载的作 用。因此，为了计算地基沉降，必须研究土的压 缩性和上部荷载作用下地基中的应力分布情况。
学习本章的目的，是根据地基土层剖面情况、 各层土的物理力学性质和上部结构的荷载，计算 地基的变形值，并控制它在容许范围之内。
工程实例
有效应力σ和孔隙水压力u之和始终等于饱 和土体的总应力σ
饱和土体有 效应力原理
u
固结的力学机理
(1)整个渗流固结过程中u和 σ´都是 在随时间t而不断变化．渗流固结 过程的实质就是土中两种不同应 力形态的转化过程。 (2)超静孔隙水压力，是由外荷载 引起，超出静水位以上的那部分 孔隙水压力。它在固结过程中随 时间不断变化，固结完成应等于 零， 饱和水土层中任意时刻的总 孔隙水压力应是静孔隙水压力与 超静孔隙水压力之和。 (3) 侧 限 条 件 下 t ＝ 0 时 ， 饱 和 土 体 的 初 始 超 静 孔 隙 水 压 力 u0 数 值 上 就 等 于 施 加 的 外 荷 载 强 度 σ( 总 应 力).
地基土产生压缩的原因
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。
2. 二、土的压缩试验与压缩曲线； 3. 三、压缩系数、压缩模量等压缩指标的表达式及工程中的应用； 四、地基最终沉降量的计算方法与步骤； 五、建筑物的沉降观测方法与要求。
多媒体演示
作业实验 3-1
备注
第四章 土的压缩性和地基沉降计算
主要内容
§4.1 概述 §4.2 土的压缩性 §4.3 地基最终沉降量 §4.4 建筑物沉降观测与地基容许变形
有效应力原理 σ＝σ´＋ u
一维固结力学模型
地基固结度 地基固结度：地基固结过程中任一时刻t的固结沉降量st与 其最终固结沉降量s之比
U st s
当t=0时，st 0，则 Ut，即0 固结完成0%；当固结稳定
时度，变化范st ，围则s为0-1，，U它t即表固1示.0结在基某本一上荷达载到作1用00下%经完过成t。时固间结后
一维固结力学模型
一维固结又称单向固结。土体在荷载作用下土中 水的渗流和土体的变形仅发生在一个方向的固结 问题。严格的一维固结问题只发生在室内有侧限 的固结试验中，实际工程中并不存在。然而，当 土层厚度比较均匀，其压缩土层厚度相对于均布 外荷作用面较小时，可近似为一维固结问题。
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有效应力原理
饱和土的压缩主要是由于土的外荷作用下孔隙水被挤出， 以致孔隙体积减小所引起的