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1、1第四章土的变形特性与地基沉降计算2土具有变形特性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的压缩特性地基厚度一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用概述概述4土的压缩性与地基沉降计算土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率3变形特性及测试方法最终沉降量一维压缩一维压缩一维固结一维固结沉降速率多维固结多维固结修正修正复杂条件下的计算公式复杂条件下的计算公式简化条件简化条件主线、重点：主线、重点：一维问题！一维问题！4土的压缩性与地基沉降计算4.1 4.1 变形特性测试方法变形特性测试方法4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4
2、.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论室内试验室内试验室外试验室外试验侧限压缩、三轴压缩等侧限压缩、三轴压缩等荷载试验、旁压试验等荷载试验、旁压试验等概述概述4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标较复杂应较复杂应力状态？力状态？44土的压缩性与地基沉降计算4.1 4.1 变形特性测试方法变形特性测试方法4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论5特殊应力状态一维问题一维问题侧限压缩试验侧限压缩试验轴对称问题轴对称问题常规三轴试验常规三轴试验4.
3、1 4.1 变形特性测试方法变形特性测试方法4土的压缩性与地基沉降计算一般应力状态理论拓展、经验积累理论拓展、经验积累室内试验室内试验旁压试验旁压试验原状土原状土荷载试验荷载试验室外试验室外试验试验目的：试验目的：变形、强度特性变形、强度特性静力触探试验静力触探试验标准贯入试验标准贯入试验64土的压缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法试样试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽3 3 13 3 类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水
4、压力不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力量测体变或孔压量测体变或孔压一、常规三轴试验一、常规三轴试验7应力应变关系以正常固结粘土为例31 1 1 1Ei1 1Et11zzE31 xz 变形模量：变形模量：弹性模弹性模量量泊松比：泊松比：固结排水试验固结排水试验一、常规三轴试验 4土的压缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法与围压有关与围压有关非线性非线性剪胀性剪胀性弹塑性弹塑性8二、侧限压缩试验二、侧限压缩试验4土的压缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法F 固结容器：固结容器：环刀、护环、导环、透水环刀、护环、导
5、环、透水石、加压上盖和量表架等石、加压上盖和量表架等F 加压设备：加压设备：杠杆比例杠杆比例1:101:10F 变形测量设备变形测量设备1、侧限压缩仪（固结仪）支架支架加压设备加压设备固结容器固结容器变形测量变形测量9水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形试验结果：试验结果：4土的压缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法二、侧限压缩试验 2、试验方法P1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e310由虎克定律由虎克定律:
6、yxzzEE xyxyz0;1 侧限条件下侧限条件下:2zz2E11 则则:1211212EEEzzzE Es变形模量变形模量 E E 与侧限变形模量与侧限变形模量 E Es s(压缩模量）之间的关系压缩模量）之间的关系2s2EE,111 4土的压缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法114土的压缩性与地基沉降计算4.1 4.1 变形特性变形特性测试方法测试方法4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论124土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2
7、 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e-e-曲线曲线二、二、e-e-lglg曲线曲线三、先期固结压力三、先期固结压力四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线低灵敏度粘性土低灵敏度粘性土13应力历史与应力应变关系应力历史与应力应变关系zp z 粘土地基一次沉积侧限条件4土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标上覆土上覆土取样或取样或剥蚀剥蚀加载或加载或再覆土再覆土应力历史非常重要应力历史非常重要144土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e-e-曲线曲线a(kP)0100200 3
8、004000.60.70.80.91.0e ei00i0ee(1e)S/HP1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e3154土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e-e-曲线曲线e a(kP)0100200 3004000.60.70.80.91.0e eea 压缩系数，压缩系数，KPKPa a-1-1，MPMPa a-1-1e 1e0szE 侧限压缩模量侧限压缩模量,KPKPa a ,MPMPa a侧限变形模量侧限变形模量固体颗粒固体颗粒孔隙孔隙z0e1e 0s1eEa vs01amE1e 体积压缩系数，体积压缩系数，KPKPa a-1-
9、1，MPMPa a-1-1164土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e-e-曲线曲线ea e a(kP)0100200 3004000.60.70.80.91.0e e压缩系数压缩系数a a1-21-2常用作常用作比较土的压比较土的压缩性大小缩性大小土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中中压缩性土压缩性土0.1-0.5低低压缩性土压缩性土0.117单向压缩试验的各种参数的关系单向压缩试验的各种参数的关系指标指标指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/
10、mv14土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e-e-曲线曲线184土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标二、二、e-e-lglg曲线曲线a(kP,lg)10010000.60.70.80.9e eceC(lg)C Cc c1 11 1C Ce e压缩指数压缩指数Ce回弹指数（再压缩指数）回弹指数（再压缩指数）Ce s：超固结土超固结土 p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR p p)：12zv1eeSHHH1e 1e2eACelg 1p2p1e2eBCelg 1p2p p pp2eC111ppHHSClgC
11、lg1ep1e A 331 1、基本假定和基本原理、基本假定和基本原理理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。4土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法（a a）基底压力为线性分布）基底压力为线性分布 （b b）附加应力用弹性理论计算附加应力用弹性理论计算（c c）只发生单向沉降：侧限应力状态只发生单向沉降：侧限应力状态（d d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降（e e）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为将地基分成
12、若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和各层沉降量之和：iSS342、计算步骤、计算步骤4土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法情况情况1 1不考虑地基回弹的情形：不考虑地基回弹的情形：沉降量从原基底算起；沉降量从原基底算起；适用于基础底面积小，埋深浅，施工快。适用于基础底面积小，埋深浅，施工快。考虑地基回弹的情形：考虑地基回弹的情形：沉降量从回弹后的基底算起；沉降量从回弹后的基底算起；基础底面大，埋深大，施工期长。基础底面大，埋深大，施工期长。情况情况2 2d地面地面基底基底已知：地基各
13、土层的压缩曲线已知：地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线原状土压缩曲线35d地面地面基底基底2、计算步骤情况、计算步骤情况14土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法(a)(a)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(b)(b)基底附加压力基底附加压力p p0 0pp0 d p p0 0=p-=p-d d(c)(c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布自重应力自重应力附加应力附加应力(d)(d)确定计算深度确定计算深度z zn n 一般土层一般土层：z z=0.2=0.2
14、szsz；软粘土层软粘土层：z z=0.1=0.1 szsz；一般房屋基础一般房屋基础：Z Zn n=B(2.5-0.4lnB)=B(2.5-0.4lnB)；基岩或不可压缩土层基岩或不可压缩土层。沉降计算深度沉降计算深度szsz从地面算起；从地面算起；z z从基底算起；从基底算起；z z是由基底附加应力是由基底附加应力 p-dp-d 引起的引起的362、计算步骤、计算步骤4土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法(a)(a)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(b)(b)基底附加压力基底
15、附加压力p p0 0(c)(c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布(d)(d)确定计算深度确定计算深度z zn nd地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度(e)(e)地基分层地基分层H Hi i不同土层界面不同土层界面；地下水位线地下水位线；每层厚度不宜每层厚度不宜0.4B4B或或4m4m；z z 变化明显的土层，适当取小变化明显的土层，适当取小。(g)(g)各层沉降量叠加各层沉降量叠加 S Si i(f)(f)计算每层沉降量计算每层沉降量S Si isziziHi37 ee1ie2i szip2i zi4土的压缩性与地基沉降计算
16、4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算3、计算公式、计算公式12zv1eeSHHH1e ii2i1iizii1i1iaaS(pp)HH1e1e ziiziiisiiHHSEE （a a）用）用e-e-曲线计算曲线计算二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度 sziziHi384土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算3、计算公式、计算公式iii2i1iizii1i1iaaS(pp)HH1e1e （a a）用）用e-e-曲线计算曲线计算iii1iaSA1e 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法i0iii 1i 1Ap(zz)Ai规范法规范法0zi0z(i-1)附加应力附加应力p0zi-1zii 平均附加应力系数平均附加应力系数39正常固结土正常固结土1iszip sziziiCi2i1iCiszieClg ppClg （b b）用）用e-lge-lg 曲线计算曲线计算4土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地
