土力学-地基的沉降计算PPT课件
- 格式：ppt
- 大小：2.02 MB
- 文档页数：63
下载文档原格式
合集下载
土力学土的压缩性和地基沉降计算课件
• 土的压缩性概述 • 土的压缩性原理 • 地基沉降计算方法 • 地基沉降案例分析 • 地基沉降控制措施
土压缩性的定义 01 02
土压缩性的重要性
01
02
地基沉降
地下工程
03 水利工程
土压缩性的影响因素
含水量
颗粒组成
孔隙比
压力
含水量越高，土的压缩 性越大。
颗粒越细，土的压缩性 越大。
孔隙比越大，土的压缩 性越大。
压力越大，土的压缩性 越大。
土的孔隙与孔隙水压力
土是由固体颗粒、水和空气组成的复杂体系，其中孔隙是土中未被固体颗粒占据的 空间，孔隙水压力是孔隙中的水受到的压力。
土的压缩性是指土在压力作用下体积减小的性质，这一过程伴随着孔隙水压力的变化。
孔隙水压力的变化会影响土的压缩性，例如在排水条件下，孔隙水压力减小，土的 压缩性增强。
详细描述
水库大坝的地基沉降分析需要考虑大坝的重量、地基土的物理性质、地下水位等 因素。通过精确的计算和分析，可以预测大坝的沉降量，并采取相应的措施进行 控制，确保大坝的安全和稳定运行。
地基处理方法
01
02
03
04
换填法
预压法
强夯法
桩基法
施工监控与检测
沉降观测
。
土压力监测
地下水位监测 质量检测
预防与应急措施
制定应急预案
储备应急物资
加强巡查 与专业机构合作
土的压缩性指标
土的压缩性可以通过压缩试验进行测定，常用的压缩性指标包括压缩系 数、压缩模量、泊松比等。
压缩系数是描述土压缩性随压力变化的关系曲线，该曲线呈非线性；压 缩模量是在一定压力范围内，土的应力与应变之比；泊松比是横向应变
土压缩性的定义 01 02
土压缩性的重要性
01
02
地基沉降
地下工程
03 水利工程
土压缩性的影响因素
含水量
颗粒组成
孔隙比
压力
含水量越高，土的压缩 性越大。
颗粒越细，土的压缩性 越大。
孔隙比越大，土的压缩 性越大。
压力越大，土的压缩性 越大。
土的孔隙与孔隙水压力
土是由固体颗粒、水和空气组成的复杂体系，其中孔隙是土中未被固体颗粒占据的 空间，孔隙水压力是孔隙中的水受到的压力。
土的压缩性是指土在压力作用下体积减小的性质，这一过程伴随着孔隙水压力的变化。
孔隙水压力的变化会影响土的压缩性，例如在排水条件下，孔隙水压力减小，土的 压缩性增强。
详细描述
水库大坝的地基沉降分析需要考虑大坝的重量、地基土的物理性质、地下水位等 因素。通过精确的计算和分析，可以预测大坝的沉降量，并采取相应的措施进行 控制，确保大坝的安全和稳定运行。
地基处理方法
01
02
03
04
换填法
预压法
强夯法
桩基法
施工监控与检测
沉降观测
。
土压力监测
地下水位监测 质量检测
预防与应急措施
制定应急预案
储备应急物资
加强巡查 与专业机构合作
土的压缩性指标
土的压缩性可以通过压缩试验进行测定，常用的压缩性指标包括压缩系 数、压缩模量、泊松比等。
压缩系数是描述土压缩性随压力变化的关系曲线，该曲线呈非线性；压 缩模量是在一定压力范围内，土的应力与应变之比；泊松比是横向应变
土力学 地基沉降量计算
轴向荷载N=1250kN，有关地基勘察资料与基础剖面详见下
图。试用《规范》法计算基础中点最终沉降量。
解：
按《建筑地基基础设计规范》计算，采用下式，计算结果 详见下表。
例题4-2 计算表格
z (m)
L/B
z/B
Esi (kPa)
0
0
0.250 0
0
1.0
0.8
0.234 6
0.234 6
0.2346
（亦称初始沉降）；
Sc--固结沉降（亦称主
固结沉降）；
Ss--次固ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ沉降（亦
称蠕变沉降）。
瞬时沉降是指加载后地基瞬时发生的沉降。由于基础 加载面积为有限尺寸，加载后地基中会有剪应变产生， 剪应变会引起侧向变形而造成瞬时沉降。
固结沉降是指饱和与接近饱和的粘性土在基础荷载作 用下，随着超静孔隙水压力的消散，土骨架产生变形所 造成的沉降（固结压密）。固结沉降速率取决于孔隙水 的排出速率。
（三）地基受压层计算深度的确定
计算深度zn可按下述方法确定：
1）存在相邻荷载影响的情况下，应满足下式要求：
式中：△Sn′--在深度 zn处，向上取计算厚 度为△z的计算变形值； △z查P92表5-4；
△Si′--在深度zn范围 内，第i层土的计算变
形量。
2）对无相邻荷载的独立基础，可按下列简化的经验公式
次固结沉降是指主固结过程（超静孔隙水压力消散过 程）结束后，在有效应力不变的情况下，土的骨架仍随 时间继续发生变形。这种变形的速率取决于土骨架本身 的蠕变性质。
（一）瞬时沉降计算 瞬时沉降没有体积变形，可认为是弹性变形，因此一
般按弹性理论计算，按式（4-17）求解。
式中：ω--沉降系数； p0--基底附加应力； μ--泊松比，这时是在不排水条件下没有体积变形所产 生的变形量，所以应取μ=0.5； Eu--不排水变形模量(弹性模量)，常根据不排水抗剪强 度Cu和Eu的经验关系式（4-18）求得。
土力学第四章、土的最终沉降量
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。
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。
使得上式与实测值之间的关系差 距较大。根据统计资料，E0值可 能是βEs值的几倍，一般说来， 土愈坚硬则倍数愈大，而软土的
E0值和βEs值比较接近。
4.2 地基最终沉降量计算
地基最终沉降量的计算方法主要有以 下几种方法：
1、 分层总和法 2、 规范法 3、 理论公式计算法
4.2.1 分层总和法
地基的最终沉 降量，通常采用 分层总和法进行 计算，即在地基 沉降计算深度范 围内划分为若干 层，计算各分层 的压缩量，然后 求其总和。
平均附加应力系数的物理
意义：分层总和法中地基附
加应力按均质地基计算，即 地基土的压缩模量Es不随深 度而变化。从基底至地基任 意深度Z范围内的压缩量为：
z
s'
dz
1
0
Es
0zzdzEAs
4.2.2 规范法分层总和法
附加应力面积：
z
z
Azdz p0dz
0
0
深度 z 范围内 的竖向平均附 加应力系数
土体变形机理非常复杂，土体不是 理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性 、塑性的自然历史的产物。
4.1.3 土的载荷试验及变形模量
通过载荷试验可测定地基变形模量，地 基承载力以及研究土的湿陷性等。
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。
使得上式与实测值之间的关系差 距较大。根据统计资料，E0值可 能是βEs值的几倍，一般说来， 土愈坚硬则倍数愈大，而软土的
E0值和βEs值比较接近。
4.2 地基最终沉降量计算
地基最终沉降量的计算方法主要有以 下几种方法：
1、 分层总和法 2、 规范法 3、 理论公式计算法
4.2.1 分层总和法
地基的最终沉 降量，通常采用 分层总和法进行 计算，即在地基 沉降计算深度范 围内划分为若干 层，计算各分层 的压缩量，然后 求其总和。
平均附加应力系数的物理
意义：分层总和法中地基附
加应力按均质地基计算，即 地基土的压缩模量Es不随深 度而变化。从基底至地基任 意深度Z范围内的压缩量为：
z
s'
dz
1
0
Es
0zzdzEAs
4.2.2 规范法分层总和法
附加应力面积：
z
z
Azdz p0dz
0
0
深度 z 范围内 的竖向平均附 加应力系数
土体变形机理非常复杂，土体不是 理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性 、塑性的自然历史的产物。
4.1.3 土的载荷试验及变形模量
通过载荷试验可测定地基变形模量，地 基承载力以及研究土的湿陷性等。
土力学 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
变形测量 固结容器
百分表
加压上盖
透水石
环刀 压缩
容器
加
压
试样
护环
支架
设 备
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
（2）利用受压前后土粒体积不变和土样截面面积不变两个
条件，可求土样压缩稳定后孔隙比ei
受压前
:VS
(1
e 0
)
H
0
A
受压后:VS (1 e1) H1A
Vs
H 0
A
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
土的固结状态对土的压缩性的影响：
在压力p作用下的地基沉降值si： 正常固结土为s1； 超固结土为s2； 欠固结土为s3。
则有：s2＜s1＜s3
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
pc卡萨格兰德法
① 在e–lgp坐标上绘出试样
的室内压缩曲线； ② 找出压缩曲线上曲率最
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
e1 e2 lg p2
p1
一般认为：
cc＜0.2时， 为低压缩性土； cc=0.2～0.4时，属中压缩性土； cc＞0.4时， 属高压缩性土。
图5-6 由e-lgp曲线确定压缩系数cc
《土力学》
第4章 土的压缩性与ຫໍສະໝຸດ 基沉降计算（5）土的回弹与再压缩曲线
H1
A
1e 1e
0
1
受压前后Vs，A不变
H0 H1 H0 s1 1 e0 1 e1 1 e1
e1
e0
s1 H0
1
e0
式中 e0 为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即
土力学_柳厚祥_第五章土的压缩性与沉降计算
第五章 土的压缩性与沉降计算§ 5.1 基本概念一、地基土在上部结构荷载作用下产生应力和变形⎩⎨⎧→→形状变形（剪破）体积变形（不破坏）zx yz xy z y x τττσσσ,,,,地基的竖直方向变形即为沉降三相土受力后的变形包括⎩⎨⎧排出土孔隙中的水和空气的，相互挤紧）土颗粒压缩（重新排列土体积减小的过程土体压缩性：指的是在压力作用下体积减小过程的特性，包括两个方面：1． 1． 压缩变形量的绝对大小（沉降量大） 2． 2． 压缩变形随时间的变化（固结问题）一、一、 工程意义地基的沉降有均匀沉降与不均匀沉降1． 1． 均匀沉降对路桥工程的上部结构危害较小，但过量的 均匀沉降也会导致路面标高的降低，桥下净空的减小而影响正常的使用。
2． 2． 不均匀沉降则会造成路堤的开裂，路面不平，超静定结构，桥梁产生较大的附加应力等工程问题，甚至影响其正常使用。
沉降计算是地基基础验算的重要内容，也是土力学的重要课题之一§5.2 研究土体压缩性的方法及变形指标一、一、 压缩试验与压缩性规律土体积的变小是孔隙体积变小的结果，研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验。
对一般工程情况来说，或在压缩土层厚度比荷载面宽度小很多的情况下常用侧限压缩试验来研究土的压缩性。
试验室用以进行土的侧限压缩试验的仪器称为压缩仪（固结仪），如图5-1 所示 透水石以便土中水的排出传压活塞向土样施加压力。
由于环刀所限，增压或减压是土样只能在铅直方向产生压缩或回胀，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。
试验采用压缩仪进行压缩试验是研究土的压缩性最基本的方法，有上述已知，试样土粒本身体积是假定不变的，即()112211211,11,e h he e h e h v v s s +∆=∆+=+=，因此，试样在各级压力pi 作用下的变形，常用孔隙比e 的变化来表示。
（一）e-p 曲线的表示方法如右图所示е0a 曲线为压缩曲线 ab 曲线为减压曲线 ba’为才压缩曲线当在压的压力超过试样所曾经受过的最大压力后，其e-p 曲线很快就和压缩曲线的延长线重合如图a’c 所示。
土力学课件第四章土的压缩性和地基沉降计算
《土工试验方法标准》 土的类别 a1-2 (MPa-1)
e
'
100 200 300 400
高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
0.5
[0.1,0.5) <0.1
p (kPa)
土的压缩性及压缩性指标
（2）压缩指数 土的固结试验的结果也可以绘在半对数坐标上，即坐标横 轴p用对数 坐标，而纵轴e用普通坐标，由此得到的压缩 曲线称为e~lgp曲线。 在较高的压力范围内，e~lgp曲线 近似地为一直线，可用直线的斜率 ——压缩指数Cc来表 示土的压缩性高低，即
量互为倒数。
e1 1
e
孔隙
1 a mv Es 1 e1
p 1 e1 Es e /(1 e1 ) a
固体颗粒
土的压缩性及压缩性指标
§4.2.3 土的荷载试验及变形模量
1、现场荷载试验
教材117
土的压缩性及压缩性指标
土的压缩性及压缩性指标
2、土的侧压力系数及变形模量 土的侧压力系数，K0，是指侧限条件下土中侧向应力与竖向应 力之比。 x y K0 x K0 z z z K0与泊松比有如下关系：
土的压缩性及压缩性指标
侧限压缩试验 变形测量 侧限压缩仪（固结仪） 固结容器
固结容器：
环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等 加压设备：杠杆比例1:10 变形测量设备 加 压 设 备
支架
土的压缩性及压缩性指标
•只在竖直方向上进行压缩
•变形是由孔隙体积的减小引起的
A H0 A (H0 S ) 1 e0 1 e1 ei av S e0 e1 H0 1 e0
计算基底应力计算基底处附加应力kpa75kpa251675计算地基中的附加应力地基受压层厚度zn确定地基沉降计算分层计算各层土的压缩量计算地基中的附加应力地基受压层厚度zn确定地基沉降计算分层计算各层土的压缩量43地基沉降量计算柱基础中点最终沉降量16971442916596465mm自基底深度z土层厚度自重应力kpa附加应力kpa孔隙比附加应力平均值kpa分层土压缩变形量165100250097251212363100602229866009591931697251357751012501461577609572101442411671351020500811315109544649166019875103000044717390952445596表46分层总和法计算地基沉降量表46分层总和法计算地基沉降量43地基沉降量计算例题42墙下条形基础宽度为20m传至地面的荷载为100knm基础理置深度为12m地下水位在基底以下06m如下图所示地基土的室内压缩试验试验ep数据下表所示用分层总和法求基础中点的沉降量
土力学完整课件---4第4章-土的压缩性和地基沉降计算可编辑全文
σc(kPa) 16 35.2 54.4 65.9 77.4 89.0
3.计算基底压力
4.计算基底附加压力
G G Ad 20 4 4 320 kN
p F G 1440 320 110kPa p0 p d 110 16 1 94kPa
A
44
5.计算基础中点下地基中附加应力
系数s(与土质和土层的模量等因素有关, 可从规范中的相关表中查得).
地基最终沉降 量修正公式
s s s s
n i 1
p0 Esi
(
zi
i
zi1 ) i1
i、i-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应
力系数，可通过积分求出，规范中已制成表供查用。可查表。
zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)
用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长l=b=2m， σz=4αap0,αa由表查得
z(m) z/b αa σz(kPa) σc(kPa) σz /σc
0
0 0.2500 94.0 16
zn (m)
1.2 0.6 0.2229 83.8 35.2
2.4 1.2 0.1516 57.0 54.4
在一定厚度的均质土层上施加无限均布荷载，土层 产生竖向压缩，没有侧向变形。
△p
∞
s
∞ 土层竖向应力由p1增加到p2， 引起孔隙比从e1减小到e2，
竖向应力增量为△p
可压缩土层
H2
H1
S
由于
H1
H2
e1 e2 1 e1
H1
a e＝ e1 e2
所以
p p2 p1
3.单向压缩分层总和法
土的压缩性与地基沉降计算
灌浆加固
通过灌浆技术将浆液注 入土体中，提高土体的
强度和稳定性。
土体置换
对于软弱土体，可采用 优质土进行置换，提高 土体的承载力和稳定性
。
地基沉降控制案例分析
某高层建筑地基沉降控制
某桥梁墩台基础沉降控制
通过采用复合地基和分层处理方法， 有效控制了高层建筑的地基沉降。
通过采用桩基和扩大基础等措施，有 效控制了桥梁墩台的基础沉降。
80%
室内试验
通过室内试验测定土的压缩系数 、压缩模量等参数，进而预测地 基沉降量。
100%
数值模拟
利用数值模拟软件对土体进行模 拟分析，预测地基沉降量。
80%
经验公式
根据工程实践经验，总结出一些 经验公式来预测地基沉降量。
04
地基沉降控制措施
地基沉降控制原则
预防为主
在设计和施工过程中，应采取 有效的预防措施，减少地基沉 降的可能性。
缺点
计算量大，对计算机资源要求较高，且建模和参 数设置需专业人员操作。
极限分析法
基本原理
基于土体的极限平衡状态，通 过分析土体的极限承载力和稳
定性来进行地基沉降计算。
应用范围
适用于大变形和应力状态的极 限分析，如滑坡、沉陷等。
优点
能够考虑土体的极限承载力和 稳定性，适用于大变形和应力 状态的工程问题。
缺点
忽略土体的非线性、剪切变形 和孔隙水压力等因素，可能的地基土体离散为有限个单元，根据力的 平衡条件和变形协调条件进行计算。
优点
能够模拟复杂的地形、地质条件和施工过程，计 算精度高。
应用范围
适用于各种复杂的地质条件和边界条件，能够考 虑土体的非线性、剪切变形和孔隙水压力等因素 。
土力学 第五章 土压缩性与地基沉降计算
土的压缩性的有关概念
为了保证建筑物的安全和正常使用，地基的最大
沉降量和沉降差都必须控制在一定的范围之内。
建筑物地基沉降的研究内容：
绝对沉降量的大小
沉降与时间的关系
第一节 土的压缩性试验 及压缩性指标
一、室内压缩试验及压缩模量
室内侧限压缩试验（固结试验）
百分表 压缩容器
支架
加 压 设 备
pc OCR p0
土的固结状态的划分
正常固结土：
土层的自重应力等于前期固结压力，OCR = 1；
超固结土：
土层的自重应力小于前期固结压力，OCR > 1；
欠固结土：
土层的自重应力大于前期固结压力，OCR < 1。
二、现场载荷试验及变形模量
载荷试验装置
堆重平台反力法
地锚反力架法
室内压缩试验与现场载荷试验的比较
地基是均质的、各向同性的线弹性半无限连续体；
基础整个底面和地基土体一直保持接触。
集中荷载作用下地表沉降
Q 1
2 2 2
s
2
E x y
Q 1
Er
完全柔性基础沉降
均布荷载作用下矩形完全柔性基础下任意点沉降：
1 so obp0 E
2
中点沉降影响系数， l/b的函数，表5-3
高压缩性土 Cc > 0.4
土的回弹曲线和再压缩曲线
回弹曲线与初始压
缩曲线并不重合； 土样中有残留的塑 性变形（残余变 形），但也有恢复 的弹性变形；
超过卸载点后，再
压力完全卸除以后，
压缩曲线就像是初 始压缩曲线的延长 线。
e～p 曲线
土力学第6章
（3）次固结沉降Ss
次固结沉降（亦称次压缩沉降）是指主 固结过程结束后，在孔隙水压力已经消散、 有效应力不变的情况下，土的骨架仍随时间 继续发生的变形。这种变形的速率已与孔隙 水排出的速率无关。而主要取决于土骨架本 身的蠕变性质。
七、地基沉降与时间的关系
1.有效应力原理
饱和土的有效应力原理表达形式为:
s
i 1
n
zi
n e e2i H i 1i ESi i 1 1 e i 1
zi H i
s s
i 1
n
p0 zi i zi 1 i 1 ESi
中等地基 软弱地基 坚实地基
s计 s实 s计 s实 s计 s实
2．粘性土地基的变形特征 在荷载作用下，透水性大的无粘性土（通常指砂土和 碎石土），其压缩过程在很短时间内就可完成，而透水性 小的粘性土，其压缩过程需要很长时间才能完成。一般认 为，由建筑物静载引起的地基沉降量，对无粘性土可认为 在施工期间已全部完成；对低压缩性粘性土，在施工期间 只完成最后沉降量的50％～80％；中等压缩性粘性土为20 ％～40％；而高压缩性粘性土仅为5％～20％。 根据粘性土地基在荷载作用下的变形特征，可将地基 最终沉降量分成三部分：
（2）固结沉降Sc 固结沉降（亦称主固结沉降）是指饱和或接近 饱和的粘性土在基础荷载作用下，随着孔隙水的逐 渐挤出，孔隙体积相应减少吐骨架产生变形）所造 成的沉降（固结压密过程）。固结沉降速率取决于
孔隙水的排出速率。地基固结沉降计算通常采用分
层总和法，但土的压缩性指标从原始压缩曲线中确 定，从而考虑了应力历史时地基沉降的影响。
土力学
第6章 地基变形
第6章
土的压缩性与地基沉降计算—地基沉降量计算(土力学课件)
1 5
Ai-16
2
C i-1σz0
△z
（2）计算原理
利用附加应力面积A的等代值计算地基任意 土层的沉降量，因此第i层沉降量为
si
Ai
Ai1 Esi
z(0)
Esi
( zi Ci
zi1Ci1)
根据分层总和法基本原理可得 地基沉降量的基本公式
s
n i1
si
n i1
（z 0) Esi
(
ziCi
△z
zi
zi-1
第i层 第n层
b C i-1
Ci
平均附加应力 系数曲线
s
ms
n
si
i 1
ms
n
i 1
z(0)
Esi
( zi Ci
zi1Ci1 )
2.地基总沉降量的计算
（2）计算原理
厚度为z均质地基土，在侧限条件下，压缩模量Es 不随深度变化，土层的压缩量为
分层总和法
si
zi
Esi
hi
按铁路桥涵地基和基础设计规范 计算地基沉降量-案例1
按《铁路桥涵地基和基础设计规范》计算地基沉降量-案例1
矩形基础长3.6m，宽2m，地面以上荷载重量F=900KN， 地基为均质黏土，重度γ=18KN/m3,e0=1.0；a=0.4MPa-1。 试按《铁路桥涵地基和基础设计规范》计算地基沉降量 （确定修正系数时，按σz0=σ0 确定）
分层总和法简介-作业1
1.分层总和法：将地基压缩层范围以内的土层划 分成若干薄层，分别计算每一薄层土的变形量， 最后总和起来，即得基础的沉降量。 2.地基最终沉降量：地基变形完全稳定时，地基 表面的最大竖向变形量。
分层总和法简介-作业1
《高等土力学》第四章-沉降分析
f
a
b
§4.2 地基中的应力§4.2.3 附加应力
（d）O点在荷载面的角点外侧
荷载面（abcd）＝ 面积Ⅰ（ohce）- 面积Ⅱ（ohbf）
- 面积Ⅲ（ogde）+ 面积Ⅳ（ogaf）
则
z (K z K z K z K zV ) p
必须注意: 在角点法中，查附加应力系数 时所用的L和B均指划分后的矩形（如ohbf、 ohce等）的长和宽。
§4.2 地基中的应力
§4.2.1 引言
地基中自重应力的计算问题即属于一维问题。
§4.2 地基中的应力
§4.2.2 自重应力
自重应力——土本身自重引起。在建筑物建造前即存在，故又称为初
始应力。 只有有效应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土体变形。而自重应
力作用下的土体变形一般均已完成（欠固结土除外），故自重应力通常
——谢康和
§4 沉降分析Settlement Analysis
§4.1 概述 §4.2 地基中的应力 §4.3 土的压缩性 §4.4 沉降组成分析 §4.5 沉降计算方法
§4.1 概述
变形
竖向变形
沉降（下沉） Settlement 隆起（上抬） Heave
水平向变形（侧向） Lateral displacement
w
P
4 G
z2 R3
2(1 R
)
§4.2 地基中的应力§4.2.3 附加应力
2．明德林（R.D. Mindlin，1936）解（集中力作用于地基内）
地基内作用一竖向集中力时地基中应力计算
§4.2 地基中的应力§4.2.3 附加应力
当一集中力作用于地基内时，地基中附加应力计算可采用弹性理 论中半无限弹性体内作用一竖向集中应力时的明德林（R.D. Mindlin，1936）解。如上图设置坐标系，距表面距离c处作用一 个集中力P，地基中附加应力表示式为
土的压缩性与地基沉降计算—土的压缩性(土力学课件)
荷载试验与变形模量-作业2
1.荷载试验的试坑宽度不应小于承压板宽度或直径的3倍。 2.荷载试验施加的第一级荷载是土层原始状态所受的自重应力， 整个加载过程加载等级至少为8级 3.荷载试验满足连续两个小时内，每小时沉降量小于0.1mm可 以施加下一级荷载
荷载试验与变形模量-作业2
4.荷载试验终止加载标准： ① 荷载板周围土体有明显隆起(砂类土)或出现裂纹(黏性土)； ② 荷载增加很小，但沉降量却急骤增大，即 P—S曲线出现 陡降现象； ③ 在荷载不变的情况下，24h内沉降速率无减小的趋势； ④ 总沉降量已达0.3～0.4倍荷载板宽度(或直径)。
1.荷载试验
（7）终止加载标准：
③ 在荷载不变的 情况下，24h内 沉降速率无减小
的趋势；
④ 总沉降量已 达0.3～0.4倍荷 载板宽度(或直
径)。
1.荷载试验
（8）根据整理的资料绘制P-S曲线
P-S曲线的三个变形阶段 0
第一阶段 直线变形阶段(压密阶段)
pa
pK p
a
b
p＜pa
s
c
1.荷载试验
解：根据压缩试验资料计算土体压缩量
s
e1 e2 1 e1
h1
=
0.980-0.845 1+0.980
2000=136
(mm)
土体压缩量的计算 -作业2
土体压缩量的计算-作业2
计算题
已知一土样厚为30mm，原始孔隙比e0= 0.765，当荷 载p1=0.1MPa时， e1=0.707，在0.1～0.2MPa荷载段内 的压缩系数 a0.1-0.2 =0.24MPa-1，求： （1）土样的无侧向膨胀压缩模量 ； （2）当荷载为0.2MPa时，土样的总变形量
土力学 5.土的压缩性和地基沉降计算
说明：土的压缩模量Es用在不考虑土侧向变形的地基沉降计算中， 实际上，只有少数情况下地基中土应力与变形与完全侧限条件下压 缩试验土样的应力应变情况相同 1、水平向无限分布的均质土中自重应力作用下 2、满足上式条件的地基在无限均布荷载作用下 3、地基可压缩土层厚度与荷载面积尺寸相比相对较小，即薄压缩 层，可近似看作荷载水平向无限均布
土结构性的压缩——与土形成的应力历史有关,(p>pc时,影响大)
压 缩
说明：正常固结土的压缩认为只是由于孔隙体积减小的结果 无粘性土 粘性土
透水性好，水易于排出 透水性差，水不易排出
压缩稳定很快完成 压缩稳定需要很长一段时间
土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
5.2.2 压缩试验和压缩性指标
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
相同p时，一般OCR越大，土 越密实，压缩性越小
先期固结压力pc的确定：A.Casagrande 法
A
1.在e-lgp压缩试验曲线上， 找曲率最大点m
2.作水平线m1 3.作m点切线m2 4.作m1,m2 的角分线m3 5.m3与试验曲线的直线段 交于点B 6.B点对应于先期固结压力pc
到的相应孔隙比
3.计算步骤
d 地基沉降计算深度
1.绘制基础中心点下地基中自重 应力和附加应力分布曲线
σc线 σz线
2.确定基础沉降计算深度
一般土层：σz=0.2σc 软粘土层：σz=0.1σc， 存在基岩：计算至基岩表面
3.确定地基分层
土层的分界面 地下水位面 每层厚度hi ≤0.4b
e1i－e2 i s i hi 1 e1i
e C m
B
m1 m3 m2
土结构性的压缩——与土形成的应力历史有关,(p>pc时,影响大)
压 缩
说明：正常固结土的压缩认为只是由于孔隙体积减小的结果 无粘性土 粘性土
透水性好，水易于排出 透水性差，水不易排出
压缩稳定很快完成 压缩稳定需要很长一段时间
土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
5.2.2 压缩试验和压缩性指标
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
相同p时，一般OCR越大，土 越密实，压缩性越小
先期固结压力pc的确定：A.Casagrande 法
A
1.在e-lgp压缩试验曲线上， 找曲率最大点m
2.作水平线m1 3.作m点切线m2 4.作m1,m2 的角分线m3 5.m3与试验曲线的直线段 交于点B 6.B点对应于先期固结压力pc
到的相应孔隙比
3.计算步骤
d 地基沉降计算深度
1.绘制基础中心点下地基中自重 应力和附加应力分布曲线
σc线 σz线
2.确定基础沉降计算深度
一般土层：σz=0.2σc 软粘土层：σz=0.1σc， 存在基岩：计算至基岩表面
3.确定地基分层
土层的分界面 地下水位面 每层厚度hi ≤0.4b
e1i－e2 i s i hi 1 e1i
e C m
B
m1 m3 m2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
pc
室内压缩曲线 l g p
17
6. e-lgp法计算土层压缩量
正常固结
e
e0
e lg(p0p)lgp0
Cc
e
e
Cc
lg
p0
p p0
e s 1 e0 h0
Cc
lg p
p0
p0 p
( pc)
18
超固结
e
p1 pc
e1
Cs
lg
p1 p0
e0
e2 e1
Cs
(p1 p0 p)
p2 pc
e2 Cslgpp0c Cclgpp2c
p0
(p2 p0p)
s
e 1 e0
h0
p1 pc p2
Cc
lg p
19
欠固结
e
e0
e1
e1
Cc
lg
p0 pc
e2
Cc
e2
Cc
lg
p0
p p0
ee1e2
pc
e
Cc
lg
p0
p pc
lg p
p0
p0 p
s
e 1 e0
h0
20
二、试验方法确定土的变形模量
确定变形模量
现场试验 室内试验
荷载试验 旁压试验 三轴试验
p0 pH
粘
为什么要采用基底净压力？
土
（3）计算原存应力（自重应力）
粉
qzi H hi
质
粘 （4）计算中心点以下的附加应力 土
（5）确定压缩底层
H
自重应力 q z
b
p0 pH
0
1 21
2
3 4
3 4
55
66
7
7
8
8 9
9
附加应力 z
26
均匀满布荷载作用下的均质土层是否需要分层？
q x
OCR pc p0
p0 pc
p0
p0
lg p
15
5. 前期固结压力的确定及现场压缩曲线的推求
e
正常固结
e0
室内压缩曲线
Casagrande
/2 /2
1936
现场压缩曲线
Cc
0 .4 2 e0
土样不受扰动影响
lg p
pc
16
e
e0
0 .4 2 e0
超固结
Cs
/2 /2
现场压缩曲线
Cc
p0
1 e0 av
S
e0 e1 1 e0
h0
z
e0 e1 1 e0
av p 1 e0
p 1 e0
z
av
Es
1 mv
av
e0 e 1 p1 p0
12
e
e0
e1
p0
p1
p
压缩系数、体积压缩系数、压缩模量、变形模量是否为常数？
材料名称 变形模量(MPa)
C20砼 26000
较硬粘土 8～15
s 或 e1 e0 h0 (1e0)
s
e0 e1 1 e0
h0
压缩量计算公式
p1 e1
1 e1
1
9p
3. 压缩指标
e
• 压缩系数 coefficient of compressibility
av
e0 e 1 p1 p0
e1 e 0 p1 p0
e0
e de
p dp
e1
p0 100kPa p1 200kPa
Δs1
• 沉降计算
Δs2
hc
n
Δs3
s ds d s si
Δs4
0
0
i1
• 计算深度hc
ds
至变形很小、可忽略不计的深度。
Δs8
hc
z
24
土柱的侧限 p
p
25
2. 计算步骤
（1）分层 hi 0.4b
为什么要分层？
• 应力随深度变化。
细
• 压缩性随深度变化（包括同一土层）。
砂
（2）计算基底净压力（附加压力）
[ x
(
y
z )]
y
1 E
[
y
(
x
z )]
z
1 E
[
z
(
x
y )]
7
3. 压缩试验及压缩曲线
• 压缩仪 oedometer 构造
加压活塞
荷载
刚性护环
土样
透水石 环刀
透水石
底座
8
h0
hs
p0
e0
1
s 1 e0 h 1
hs
e
hs
1
h0 e0
h1 h0 s 1 e1 1 e1
14
e
过去地表 当前地表 过去地表
h p0 h
pc p0 正常固结土 normally consolidated clay
pc p0 欠固结土 under consolidated clay
pc p0 超固结土over consolidated clay
超固结比 over consolidation ration
[ z
(
x
y )]
y
x y 0
xy1 zK0z 静止侧压力系数
K0 1
z
z
E
(122 ) 1
z
Es
22 土的压缩模量 E (116)Es
压缩模量Es
完全侧限时，土的应力与应变之比。
z
z
E
22
(1 )
1
z
Es
E
(1
22 1
)Es
压缩模量 E s
E 变形模量
p s 1 s 2
p
x
1 E
4
2 土的弹性变形性质
广义Hooke定律
x
1 E
[ x
(
y
z )]
y
1 E
[
y
(
x
z )]
z
1 E
[
z
( x
y )]
弹性半无限地基
xy
xy G
xz
xz G
yz
yz G
5
弹性变无限地基承受均匀满布荷载
z
x
1 E
[
x
(
y
z )]
y
1 E
[
y
( x
z )]
x
z
1 E
p0
p1
p
标准压缩系数a1-2
0.1
0.5
a12 /MPa1
低压缩性 中压缩性
高压缩性
10
• 体积压缩系数
coefficient of volume compressibility
mv
av 1 + e0
• 压缩模量
modulus of compressibility
Es
1 e0 av
11
证明
Es
21
反压重物
反力梁 千斤顶 百分表
荷载板 基准梁
22
pa
pk
压力p
圆形压板
E 12 pD
4S
方形压板
沉
降 s
E 12 pB
2S
23
三、地基沉降计算——分层总和法
1. 基本原理
• 基本假设
（1）基础中心处的沉降代表基础的沉降。
（2）中心土柱完全侧限，其压缩量为沉降。
无侧向膨胀，直接利用压缩试验的结果。
密实砂 50～80
密实砾、石 100～20013
4. 应力历史对粘性土压缩性的影响
e
e
土样从地 层中取出
Cs 1
1 Cc
现场压缩 曲线
p
pc
lg p
p c 前期固结压力
C c 压缩指数
preconsolidation pressure
compression index
C s 膨胀指数
swelling index
第四章 土的压缩性及地基 沉降计算
1
一、土的压缩性 compressibility
在压力作用下土的体积减小。
• 压缩性的原因
• 土颗粒的压缩 ≈0
• 孔隙水的压缩 ≈0
• 孔隙的减小
压缩性
2
一、土的压缩性 compressibility
1.为什么要研究土的压缩性 地基沉降（竖向位移）
墨西哥城下的土层为：表层为人工
填土与砂夹卵石硬壳层，厚度5m，其
下为火山灰形成的超高压缩性淤泥，
天然孔隙比高达7～12，含水率150～
2m
600%，层厚达数十米。该艺术宫沉降
4m
量高达4m，并造成邻近的公路下沉2m。
Palacio de las Bellas Artes,Mexico City
墨西哥城艺术宫的下沉
3
建筑物的不均匀沉降，墨西哥城