第四章土的压缩性与地基沉降
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第四章 土的压缩性和地基沉降计算一、名 词 释 义1.角点沉降系数:单位均布矩形荷载在其角点处引起的沉降。
2.地基沉降计算深度:计算地基沉降时,超过基底下一定深度,土的变形可略去不计,该深度称为地基沉降计算深度。
3.压缩性:土在压力作用下体积缩小的特性。
4.固结:土的压缩随时间而增长的过程。
5.压缩曲线:室内土的侧限压缩试验结果,是土的孔隙比与所受压力的关系曲线。
6.压缩系数:反映土在一定压力作用下或在一定压力变化区间其压缩性大小的参数,其值等于e-p曲线上对应一定压力的切线斜率或对应一定压力变化区间的割线斜率。
7.压缩指数:采用半对数直角坐标绘制的p e log −压缩曲线,其后段接近直线,直线的斜率称为土的压缩指数。
8.压缩模量:土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值。
9.变形模量:根据土体在无侧限条件下的应力应变关系得到的参数,定义同弹性模量,但由于变形模量随应力水平而异,加载和卸载时的值不同,故未称作弹性模量,而称为变形模量。
10.地基最终沉降量:地基土层在荷载作用下,达到压缩稳定时地基表面的沉降量。
11.应力比法:地基沉降计算深度取地基附加应力等于自重应力的20%处,在该深度以下如有高压缩性土,则继续向下取至10%处,这种确定沉降计算深度的方法称为应力比法。
12.平均附加应力系数:基底下一定深度范围内附加应力系数的平均值。
13.变形比法:由基底下一定深度处向上取规范规定的计算厚度,若计算厚度土层的压缩量不大于该深度土层总压缩沉降量的2.5%,即可确定该深度为地基沉降计算深度,这种确定地基沉降计算深度的规范方法称为变形比法。
14.前期固结压力:天然土层在历史上所经受过的最大固结压力。
15.正常固结土:历史上所经受过的最大固结压力等于现有覆盖土自重应力的土体。
16.超固结土:土体历史上曾经受过大于现有覆盖土自重应力的前期固结压力的土体。
17.欠固结土:指在目前自重应力下还未达到完全固结的土体,土体实际固结压力小于现有覆盖土自重应力。
第四章 土的压缩性与地基变形计算第一节 土的压缩性一、名词解释1.土的压缩性:土体在压力作用下体积减小的性质。
2.压缩定律:在压力变化范围不大时,土中孔隙比的变化与所加压力的变化成正比。
3.压缩系数:压缩曲线上,当压力变化范围不大时,孔隙比的变化值与压力的变化值的比值,即:4.压缩模量:在侧限条件下,土的竖向应力增量与竖向应变增量的比值。
5.变形模量:表示土体在无侧限条件下,土的竖向应力增量与竖向应变增量的比值。
二、填空题1.水和土粒 孔隙 2.孔隙比 减小 3.压缩系数α 压缩模量s E α11e E s +=4.无侧向膨胀 竖 5.孔隙比 压应力 6.压缩性高低 压缩性愈高 7.并非 压力变化范围 8.三 9.越大 越小 压缩 p e - 10.dpde-=α 100k P a k P a 20011.1211.0--<MPa α 1215.01.0--<≤M P aα 1215.0--≥M P a α 12.反 13.原状 14.原状土 侧限 稳定后三、选择题1.A 2.B 3.B 4.C 5.B 6.C 7.B 8.C 9.A 10.B四.判断题1.× 2.√ 3.× 4.√ 5.× 6.√五、简答题1.答: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。
2.答: 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。
第4章土的压缩、固结与沉降土的压缩固结与沉降四川大学水电学院省岩土工程重点实验室作业:4-10;14-12; 4-13; 4134-15; 415; 416. 4-16.第四章土的压缩、固结与沉降:内容§4.1 概述§4.1概述§4.2 土的压缩性§4.3 土的侧压力系数与变形模量§43土的侧压力系数与变形模量§4.4 地基沉降量计算§4.5 饱和土的单向固结理论墨西哥某宫殿工程实例左部:1709年右部:1622年地基:20多米厚粘土问题:沉降2.2米,且左右两部分存在明显的沉降差。
工程实例由于沉降相互影响,两栋相邻的建筑物上部接触工程实例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除工程实例基坑开挖,引起阳台裂缝工程实例建筑物立面高差过大工程实例47m3915017587194199沉降曲线(mm)长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝中部沉降大——“八”字形裂缝本章研究内容和思路土具有变形特性荷载作用土的特点(碎散、三相)地基发生沉降致沉降差异沉降(碎散)一致沉降(沉降量)(沉降差)沉降具有时间效应-沉降速率建筑物上部结构产生附加应力土的压缩和变形特性建筑物部结构产生附加应力地基沉降计算固结沉降与时间本章内容影响结构物的安全和正常使用固结-沉降与时间关系§4.1 概述§4.2 土的压缩性§4.3 土的侧压力系数与变形模量§4.4 地基沉降量计算§4.4地基沉降量计算§4.5 饱和土的单向固结理论1.基本概念本概念土的压缩性:土体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 占总压缩量的1/400不到,忽土中水的压缩 空气的排出略不计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透水性好,水易于排出无粘性土粘性土压缩稳定很快完成透水性差,水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长段时间土的固结:土体在压力作用下,随着时间的变化,土中孔隙水不断排出孔隙体积不断减小的过程不断排出、孔隙体积不断减小的过程。
教学内容设计及安排第一节土的压缩性【基本内容】 【工程实例】土体压缩性——土在压力(附加应力或自重应力)作用下体积缩小的特性。
地基土压缩-→地基的沉降 沉降值的大小取决于⎩⎨⎧性、各土层厚度及其压缩地基土层的类型、分布布建筑物荷载的大小和分地基土的压缩实质 减少。
会被压缩,也会被排出部分);)不变;但会被排出(孔隙水体积(不变;土粒体积(v as V V V V ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧ω)土的固结——土体在压力作用下其压缩量随时间增长的过程。
【讨论】土体固结时间长短与哪些因素有关?一、侧限压缩试验及e -p 曲线1.侧限压缩试验(固结试验)侧限——限制土样侧向变形,通过金属环刀来实现。
试验目的——研究测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力,或孔隙比和压力的关系,变形和时间的关系,以便计算土的各项压缩指标。
试验设备——固结仪。
2.e -p 曲线要绘制e -p 曲线,就必须求出各级压力作用下的孔隙比——e 。
如何求e ?看示意图:设试样截面积为A ,压缩前孔隙体积为V v0,土粒体积为V S0,土样高度为H 0,孔隙比为e 0(已测出)。
压缩稳定后的孔隙体积为V v ,土粒体积为V S ,土样高度为H 1,孔隙比为e ,S 为某级压力下样式高度变化(用测力计测出),cm 。
依侧限压缩试验原理可知:土样压缩前后试样截面积A 不变,V S0=V S1,则有:)1(000e H Se e +-= 利用上式计算各级荷载P 作用下达到的稳定孔隙比e ,可绘制如图3-2所示的e -p 曲线,该曲线亦被称为压缩曲线。
常规试验中,一般按P =50kPa 、100 kPa 、200 kPa 、400 kPa 四级加荷,测定各级压力下的稳定变形量S ,然后由式(3-2)计算相应的孔隙比e 。
压缩曲线⎪⎩⎪⎨⎧—压缩性低。
—平缓著。
土的孔隙比减少得愈显量作用下,—说明在相同的压力增—越陡二、压缩性指标1.压缩系数 dpde-=α α——压缩系数,MP a -1,负号表e 随P 的增长而减小。
第四章土的压缩性与基础的沉降【例4-1】有一矩形基础放置在均质粘性土层上,如图所示。
基础长度l=10m,宽度b=5m,埋置深度d=1.5m,其上作用着中心荷载P=10000kN。
地基土的天然湿重度为20kN/m3,土的压缩曲线如图所示。
若地下水位距基底2.5m,试求基础中心点的沉降量。
【解题思路】本例题是典型的利用现有地基沉降量计算规范法计算建筑物地基沉降的算例,在计算中主要把握好规范法计算各个步骤,计算公式应用正确。
具体步骤可以见教材说明。
【解答】(1)基底附加压力由l/b=10/5=2<10可知,属于空间问题,且为中心荷载,所以基底压力为基底净压力为(2)对地基分层因为是均质土,且地下水位在基底以下2.5m处,取分层厚度H i=2.5m。
(3)各分界层面的自重应力计算(注意:从地面算起)根据分界层面上自重应力,绘制自重应力分布曲线,如图所示。
(4)各分界层面的附加应力计算该基础为矩形,属空间问题,故应用“角点法”求解。
为此,通过中心点将基底划分为4块相等的计算面积,每块的长度l1=5m,宽度b1=2.5m。
中心点正好在4块计算面积的公共角点上,该点下任意深度z i处的附加应力为任一分块在该处引起的附加应力的4倍,计算结果如下表所示。
附加应力计算成果表位置z i z i/b l/b Kc00020.25001701 2.5 1.020.19991362 5.0 2.020.12028237.5 3.020.073250410.0 4.020.047432512.5 5.020.032822根据分界层面上附加应力,绘制附加应力分布曲线,如图所示。
(5)确定压缩层厚度从计算结果可知,在第4点处有,所以,取压缩层厚度为10m 。
(6)计算各分层的平均自重应力和平均附加应力 (7)初始孔隙比和压缩稳定后的孔隙比层 次平均自重应力(kPa)平均附加应力(kPa )加荷后总的应力(kPa ) 初始孔隙比压缩稳定后的孔隙比Ⅰ551532080.9350.870Ⅱ941092030.9150.870Ⅲ 122 66 188 0.895 0.875 Ⅳ150411910.8850.873(8)计算地基的沉降量分别计算各分层的沉降量,然后累加即地基最终沉降量【例4-2】柱荷载F=1190kN ,基础埋深d=1.5m ,基础底面尺寸l×b=4m×2m;地基土层如图所示,试用《地基规范》方法计算该基础的最终沉降量。