土力学与土质学
土力学与土质学
第4章土的压缩性与地基沉降计算 基本内容: 这是本课程的重点。在学习土的压缩性指标确定方法的 基础上,掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分 析计算方法。 学习要求 1.掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法; 2.掌握地基最终沉降量计算方法 3.熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法; 4.掌握有效应力原理; 5.掌握太沙基一维固结理论; 6.掌握地基沉降随时间变化规律
第4章 土的压缩性与地基沉降计算 基本内容： 这是本课程的重点。在学习土的压缩性指标确定方法的 基础上，掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分 析计算方法。 学习要求： 1. 掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法； 2．掌握地基最终沉降量计算方法； 3．熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法； 4．掌握有效应力原理； 5．掌握太沙基一维固结理论； 6．掌握地基沉降随时间变化规律
4.1概述 ●土在自重应力或附加应力作用下,地基土要产生附加变形,包括 体积变形和形状变形。对于土来说,体积变形通常表现为体积缩 小。我们把这种在外力作用下土体积缩小得特性称为土的压缩性 ●土的压缩性主要有两个特点: (1)土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的; (2)由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说需要时 间,将土的压缩随时间增长的过程称为土的固结 ●在建筑物荷载作用下,地基土主要由于压缩而引起的竖直方向 的位移称为沉降。研究建筑物沉降包含两方面的内容: 是绝对沉降量的大小,亦即最终沉降; 二是沉降与时间的关系,主要介绍太沙基的一维固结理论
4.1 概述 ●土在自重应力或附加应力作用下，地基土要产生附加变形，包括 体积变形和形状变形。对于土来说，体积变形通常表现为体积缩 小。我们把这种在外力作用下土体积缩小得特性称为土的压缩性。 ●土的压缩性主要有两个特点： （1） 土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的； （2） 由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说需要时 间，将土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。 ● 在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方向 的位移称为沉降。研究建筑物沉降包含两方面的内容： 一是绝对沉降量的大小，亦即最终沉降； 二是沉降与时间的关系，主要介绍太沙基的一维固结理论
土的压缩性概念 ●土体产生体积缩小的原因: 1)固体颗粒的压缩; 2)孔隙水和孔隙气体的压缩,孔隙气体的溶解; (3)孔隙水和孔隙气体的排出。 ●由于纯水的弹模约为2×106kPa,固体颗粒的弹模为9×10kPa ,士粒本身和孔隙中水的压缩量,在工程压力(100~600kPa)范围 内,不到土体总压缩量的1/400,因此常可略不计。所以,土体压 缩主要来自孔隙水和土中孔隙气体的排出 ●孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。因此土的压缩亦 要一段时间才能完成。把这一与时间有关的压缩过程称为固结
●土体产生体积缩小的原因： (1) 固体颗粒的压缩； (2) 孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解； (3) 孔隙水和孔隙气体的排出。 ●由于纯水的弹模约为2×106kPa，固体颗粒的弹模为9×l 07kPa ，土粒本身和孔隙中水的压缩量，在工程压力(100～600kPa)范围 内，不到土体总压缩量的1/400，因此常可略不计。所以，土体压 缩主要来自孔隙水和土中孔隙气体的排出。 ●孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。因此土的压缩亦 要一段时间才能完成。把这一与时间有关的压缩过程称为固结。 土 的 压 缩 性概念
4.2有效应力原理 作用于饱和土体内某截面上总的正应力d由两部分组成:一部 分为孔隙水压力u,它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上,其 中由孔隙水自重引起的称为静水压力,由附加应力引起的称为 超静孔隙水压力(孔隙水压力);另一部分为有效应力σ',它 作用于土的骨架(土颗粒)上,其中由土粒自重引起的即为土 的自重应力,由附加应力引起的称为附加有效应力。饱和土中 总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系 O=0+1 或a=a (1)任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和 (2)土的强度的变化和变形只取决于土中有效应力的变化
4.2 有效应力原理 作用于饱和土体内某截面上总的正应力s由两部分组成：一部 分为孔隙水压力u，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其 中由孔隙水自重引起的称为静水压力，由附加应力引起的称为 超静孔隙水压力（孔隙水压力）；另一部分为有效应力s’，它 作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由土粒自重引起的即为土 的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应力。饱和土中 总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系 u u = − = + s s s s 或 ‘ ' （1）任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和； （2）土的强度的变化和变形只取决于土中有效应力的变化
4.3土的压缩性 土的压缩试验与压缩性指标 ●土体的变形计算,需要取得土的压缩性指标,可以通过室内侧 限压缩试验和现场原位试验得到。 ▲室内压缩试验亦称固结试验,是研究土压缩性最基本的方法。 ▲现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上 的载荷板施加荷载,观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的 沉降量s,并绘制成p-s曲线,即获得地基土载荷试验的结果 ●反映土的压缩性的指标主要有压缩系数、压缩模量、压缩指数 和变形模量。土的压缩性的高低,常用压缩性指标定量表示, 压缩性指标,通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样进行
4.3 土的压缩性 土的压缩试验与压缩性指标 ●土体的变形计算，需要取得土的压缩性指标，可以通过室内侧 限压缩试验和现场原位试验得到。 ▲室内压缩试验亦称固结试验，是研究土压缩性最基本的方法。 ▲现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上 的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的 沉降量s，并绘制成p-s曲线，即获得地基土载荷试验的结果。 ●反映土的压缩性的指标主要有压缩系数、压缩模量、压缩指数 和变形模量。土的压缩性的高低，常用压缩性指标定量表示， 压缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样进行
1侧限压缩试验 ●侧限压缩试验亦称固结试验。所谓侧限,就是使土样在竖向 压力作用下只能发生竖向变形,而无侧向变形 ●室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪(图片)。试验时将切 有土样的环刀置于刚性护环中,由于金属环刀及刚性护环的 限制,使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形,而无 侧向变形。在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙 水的两个界面。压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样, 土样产生的压缩量可通过百分表量测。常规压缩试验通过逐 级加荷进行试验,常用的分级加荷量p为:50kPa,100kPa, 200kPa. 300kPa 400kP 室内压缩试验过程可参见如下图的室内压缩试验演示
●侧限压缩试验亦称固结试验。所谓侧限，就是使土样在竖向 压力作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形。 ●室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪(图片)。试验时将切 有土样的环刀置于刚性护环中，由于金属环刀及刚性护环的 限制，使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而无 侧向变形。在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙 水的两个界面。压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样， 土样产生的压缩量可通过百分表量测。常规压缩试验通过逐 级加荷进行试验，常用的分级加荷量p为：50kPa , 100kPa , 200kPa , 300kPa , 400kPa。 室内压缩试验过程可参见如下图的室内压缩试验演示 。 1.侧限压缩试验
室内压缩试验采用的试验装置—固结仪 是 试度 侧限压缩试验装置 1—压力容器;2透水石 3—环刀,4传压板, 荷载:6护环,7一土样。 土的压缩是由于孔隙体积减小,所以土的变形常用孔隙比 表示
土的压缩是由于孔隙体积减小，所以土的变形常用孔隙比 ｅ表示。 室内压缩试验采用的试验装置——固结仪 侧限压缩试验装置 1—压力容器；2—透水石 3—环刀，4—传压板， 5— 荷载；6—护环，7—土样
压缩曲线 E e 人、△P P p(o) ep曲线确定压缩系数 e如曲线确定压缩指数
压缩曲线 e-p 曲线确定压缩系数 e-lgp曲线确定压缩指数
回弹曲线和再压缩曲线 压缩曲线特征: ()荷时,试样不是沿初始压缩+1Q 曲线,而是沿曲线bc回弹,可见表 土体的变形是由可恢复的弹性变 ,初始压缩曲线 形和不可恢复的塑性变形两部份 组成。 再压缩曲线 (2)回弹曲线和再压线曲线构成一無 b 迴滞环,土体不是完全弹性体; 迴滞环 回弹曲线 (3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线 平缓得多。 (4)当再加荷时的压力超过b点,再 压缩曲线就趋于初始压缩曲线的 延长线 土体变形机理非常复杂,不是理想的弹塑性体,而是具弹、粘、塑性的自然历史的产物
回弹曲线和再压缩曲线 压缩曲线特征： (1)卸荷时，试样不是沿初始压缩 曲线，而是沿曲线bc回弹，可见 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两部份 组成。 (2)回弹曲线和再压线曲线构成一 迴滞环，土体不是完全弹性体； (3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线 平缓得多。 (4)当再加荷时的压力超过b点，再 压缩曲线就趋于初始压缩曲线的 延长线 土体变形机理非常复杂，不是理想的弹塑性体，而是具弹、粘、塑性的自然历史的产物