5.土的压缩性与基础沉降

第四章土的压缩性与基础沉降

建筑物荷载作用或其他原因引起地基土中应力的增加，均会使地基土产生变形，变形量的大小直接与土体的压缩性有直接关系，由于土体具有压缩性，因而地基承受建筑物荷载后，产生沉降量的大小一方面取决于建筑物荷载的大小和分布，另一方面取决于地基土层的类型、分布、各土层厚度及其压缩性。

一、土的压缩性

1、土的压缩变形原因

土的压缩性：土在压力作用下，体积缩小的特性。

土的压缩量的组成

土体压缩的实质：土体在外荷载作用下被压缩，土粒产生相对移动并重新排列，与此同时土体孔隙中

部分水和气体被排出，从而引起孔隙体积减小。

2、侧限压缩试验

试验仪器：侧限压缩仪

由于土体侧向受到环刀的限制，因此不能

在侧向发生任何变形，只能在竖直方向上产生压缩

变形。

3、压缩性指标

e-p曲线：根据土体在各级不同压

力p作用下，达到压缩

稳

定的孔隙比e，绘制出

的

e-p曲线为压缩曲线。

压缩系数(a)：利用单位压力增量

所引起的孔隙

比的

改变，即压缩曲

线

的割线斜率来

表征

土体压缩性高

低，

压缩曲线的斜

率即

为压缩系数。

压缩模量(Es)

变形模量(E)

二、地基最终沉降量计算

1、分层总和法

基本假定

单一压缩土层的沉降计算

单向压缩分层总和法计算

2、《规范》法

在分层总和法的基础上，采用平均附加应力系数，并引入地基沉降计算经验系数，得到规范法计算方法。

三、地基沉降与时间的关系

1、应力历史对沉降的影响

土的回弹与再压缩特性

粘性土沉降的组成：瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降

土的应力历史对土压缩性的影响

粘性土的三种基本类型：正常固结土、超固结土、欠固结土

2、有效应力原理

饱和土的渗透固结过程就是孔隙水

压力向有效应力转化的过程，即在任一时刻

土体中的总应力等于有效应力与孔隙水压力

之和，并随着渗透固结的完成，孔隙水压力

逐渐消散，有效应力逐渐增长，土体的体积

也逐渐减小，强度随之提高。

3、饱和土的一维渗透固结理论

饱和土的单向渗透固结模型：

利用饱和土的单向渗透固结模型可

以模拟饱和土体中孔隙水压力向有效应力逐

渐转化的有效应力原理。

饱和土的单向固结理论：

基本假定

固结理论方程及其求解

地基固结度

图解法计算地基沉降与时间关系

第一节土的压缩性

提示：双击自动滚屏

一、土的压缩性的概念：

概念：

建筑物荷载作用或者其它原因引起土中应力增加，会使地基土体产生变形，变形的大小与土体的压缩性有直接的关系。土在压力的作用下，体积缩小的特性为土体的压缩性。

土的压缩变形原因：

土的压缩变形主要是由于外荷载增加，导致地基土中附加应力增加，导致地基土中产生附加的有效应力，有效应力导致土颗粒之间相互错动而发生压缩变形，孔隙水压力不引起压缩变形，但孔隙水压力转化为有效应力后会产生压

缩变形。

土的压缩量的组成：

土中固体颗粒的压缩和土中水的压缩

土中孔隙水和孔隙气体的排出

土体压缩的实质：

土体在外荷载作用下被压缩，土粒产生相对移动并重新排列，与此同时土体孔隙中部分水和气体被排出，从而

引起孔隙体积减小。

二、压缩试验

为了研究土的压缩特性，在试验室通常进行压缩

(固结)试验，测定土的压缩性指标。

试验仪器：侧限压缩仪

试验原理：由于土体侧向受到环刀的限制，因此不能在侧

向发生任何变形，只能在竖直方向上产生压缩变形。利用

不同压力作用下压缩稳定时的孔隙比之间的关系绘制相应

曲线，通过曲线确定土体的压缩特性。

三、压缩性指标

e-p曲线：根据土体在各级不同压力p作用

下，达到压缩稳定的孔隙比e，绘制出的e-p

曲线为压缩曲线。

压缩曲线反映土体受压后的压缩特

性，压缩曲线愈陡，土体的压缩性愈高，压

缩曲线愈平缓，土体的压缩性愈低。

压缩系数(a)：利用单位压力增量所引起的孔隙比的改变，即压缩曲线的割线斜率来表征土体压缩性高低，压缩曲线的斜率即为压缩系数。压缩系数表示单位压力增量作用下土的孔隙比的减小量，因此压缩系数越大，土的压缩性就越大，

但土的压缩系数不是常数，而是随割线位置的变化而不同。

我国《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)取p1＝100kPa，p2＝200kPa对应的压缩系数a1－2判别土的压缩性。

a1－2＜0.1MPa－1土属于低压缩性土

0.1MPa－1≤a1－2＜0.5MPa－1土属于中压缩性土

a1－2≥0.5MPa－1土属于高压缩性土

压缩模量(Es)：土体在侧限条件下，竖向压应力与竖向总应变的比值。

变形模量(E)：土体在无侧限条件下，竖向压应力与竖向总应变的比值。

第二节地基最终沉降量计算

提示：双击自动滚屏

一、分层总和法

基本假定

地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力

在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标

单一压缩土层的沉降计算