土的压缩、固结与地基沉降
《土力学》 第四章土的压缩性

Soil compressibility and calculation of foundation deformation
学习基本要求
内 容
学时A(36学时制)
学时B(54学时制)
室内压缩试验与压缩性指标
1.5
1.5
现场载荷试验与指标
0.5
0.5
第四章土的压缩性与地基沉降计算
学习目标
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学习基本要求
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轴向应变
主应力差
室内三轴试验
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.2 一维压缩性及其指标
一、e – p 曲线
0
100
200
300
400
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
压缩系数,kPa-1,MPa-1
1
e0
侧限压缩模量,kPa ,MPa 侧限变形模量
固体颗粒
孔隙
体积压缩系数, kPa-1 ,MPa-1
P(kPa)
Kiss
第四章土的压缩性与地基沉降计算
Soil compressibility and calculation of foundation deformation 由于沉降相互影响,两栋相邻的建筑物上部接触
第四章土的压缩性与地基沉降计算
第四章 土的压缩性和地基沉降计算题解

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。
04 土的压缩性与地基沉降计算 (1)

4.2 土的压缩性试验及指标
一、室内侧限压缩试验及压缩模量 二、现场载荷试验及变形模量 三、弹性模量及试验测定 四、关于三种模量的讨论
4.2 土的压缩性试验及指标
一、室内侧限压缩试验及压缩模量
土的压缩性高低,常用压缩性指标定量表示。压缩性指标,通 土的压缩性高低,常用压缩性指标定量表示。压缩性指标, 常由工程地质勘察取天然结构的原状土样,进行室内侧限压缩试 常由工程地质勘察取天然结构的原状土样,进行室内侧限压缩试 验测定。 验测定。
e-logp曲线直线段的斜 logp曲线直线段的斜 表示, 率用Cc表示,称为压 缩指数
e1 − e2 Cc = = ∆e / log( p2 / p1 ) log p2 − log p1
4.2 土的压缩性试验及指标
(f)前期固结压力 f)前期固结压力
在 图 4-7 的 e-lgp 曲 线 上 , 对应于曲线段过渡到直线段的 某拐点的压力值是土层历史上 所曾经承受过的最大固结压力 最大固结压力, 所曾经承受过的最大固结压力, 也就是土体在固结过程中所受 到的最大有效应力,称为前期 到的最大有效应力,称为前期 固结压力p 固结压力pc。它是了解土层应 力历史的重要指标。 力历史的重要指标。
4.2 土的压缩性试验及指标
(g)原位压缩e-lgp曲线 g)原位压缩e lgp曲线 原位压缩
对于正常固结土, 1.对于正常固结土,图4-8a 中 E 点反映了原位土的一 个应力-孔隙比状态, 个应力-孔隙比状态,D点 也反应了原位土的一个应 孔隙比状态。 力-孔隙比状态。 连接 E 、 D 点的直线 就是原位压缩曲线, 就是原位压缩曲线,其斜 率Ccf就是原位土的压缩指 数。
4.2 土的压缩性试验及指标
一、室内侧限压缩试验及压缩模量 (3)试验结果 (3)试验结果
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
土的压缩性与地基沉降计算

的地基沉降量得到了有效控制
4 结论
通过该工程实例可以看出,地基沉降计算对于高层建筑的
设计和施工具有重要意义。准确的沉降计算可以帮助工程
5
师们更好地了解地基的变形情况,优化设计方案,提高建 筑物的安全性和稳定性。同时,对于类似的地质条件和建
Байду номын сангаас
筑物形式,地基沉降计算的经验和教训也可以为其他工程
提供参考和借鉴
地基沉降计算
参数确定
根据试验数据和工程经验,确定 相关参数,如土的压缩系数、弹 性模量、泊松比等。这些参数将 直接影响计算结果的精度
结果分析
对计算结果进行分析,判断其是 否满足工程要求。如果沉降量过 大或不均匀,可能需要采取措施 进行加固或优化设计
进行计算
根据选定的计算方法,利用相关 参数进行计算,得出地基沉降量。 在计算过程中,需要注意考虑各 种因素的影响,如建筑物荷载、 地下水位变化、施工过程等
建筑物的安全性和稳定性
地基沉降计算
总之,土的压缩性与地基沉降计算是土木工程 中非常重要的研究方向和实践领域
通过不断深入的研究和实践,我们可以进一步 提高地基沉降计算的精度和可靠性,为建筑物
的安全性和稳定性提供更好的保障
-
谢
谢
考虑多种因素:地基沉降是一个复 杂的过程,受到多种因素的影响。 在计算过程中,应充分考虑各种因 素的影响,如建筑物荷载、地下水 位变化、施工过程等
动态监测:在施工过程中和建筑 物使用期间,应对地基进行动态 监测,以便及时发现问题并采取 相应措施
地基沉降计算
工程实例
为了更直观地说明地基沉降计算的方法和重要性,下面将给出一个具体的工程实例 工程实例简介 某高层建筑位于城市中心地带,占地面积较大,建筑荷载较大。该建筑的地基土层分布不均, 含有软弱土层,且地下水位较高 沉降计算方法 由于该建筑的地基比较复杂,采用有限元法进行沉降计算。根据地质勘察资料,建立三维有 限元模型,将地基划分为若干个单元,并考虑土的压缩性和侧向变形 参数选取 在该工程中,根据试验数据和工程经验,选取合适的压缩系数、弹性模量和泊松比等参数值。 同时,根据地下水位变化和建筑物荷载情况,对模型进行适当的简化处理
土的压缩性与地基沉降计算

土的压缩性与地基沉降符号约定α1-2:土的压缩系数E s:土的压缩模量C c:压缩指数E0:土的变形模量μ:土的泊松比OCR:超固结比U:固结度一、土的压缩试验与压缩曲线室内侧限压缩试验(亦称固结试验)是研究土压缩性的最基本方法。
1、压缩曲线实验得到各级荷载p作用下对应的孔隙比e,从而可绘制出土的e-p曲线及e-lgp曲线:2、压缩系数在曲压缩试验所得的e-p曲线上,常以p1=100kPa、p2=200kPa及相对应的孔隙比e1和e2计算土的压缩系数:。
依α1-2可评价土的压缩性高低:为低压缩性土,为中压缩性土,为高压缩性土。
3、压缩模量土的压缩模量E s是表示土压缩性的又一指标,也采用室内侧限压缩试验获得,依E s可评价土的压缩性高低。
4、压缩指数在曲压缩试验所得的e-lgp曲线上,常出现直线段,直线段的斜率记作,称为压缩指数,在压力较大时为常数,不随压力变化而变化。
C c值越大,土的压缩性越高。
5、变形模量变形模量由现场静载试验确定。
,其中为土的泊松比。
二、基础沉降1、分层总和法计算最终沉降量分层总和法采用完全侧限条件下的压缩性指标计算沉降量,假定土层只发生竖向变形,不发生侧向变形。
求解步骤及注意事项:(1)分层:一般取0.4b或1~2m一层,地下水位线及土层界面应为分层界面;(2)求每一层顶面、底面的自重应力和附加应力,并分别求他们的平均值;(3)确定计算深度,对于一般土层,≤0.2;对于软土层,≤0.1。
(☆)(4)计算各层压缩量;(5)求和。
2、规范法计算最终沉降量略。
3、弹性理论法计算最终沉降量略。
三、地基变形与时间的关系1、地基最终沉降量的组成(1)瞬时沉降:加压之后即时发生的沉降,此时地基土只发生剪切变形,其体积还来不及变化。
(2)固结沉降:荷载作用下随着土孔隙中水分的逐渐挤出,孔隙体积相应减少而发生的沉降。
(3)次固结沉降:孔隙水压力消散后仍在继续缓慢进行的,由土骨架蠕变而引起的沉降。
土的压缩性与地基沉降计算

地基瞬时沉降Sd的计算
饱和粘性土的瞬时沉降,可近似按弹性力学公式 计算:
Sd=·(1- 2)·P·B/E
地基的最终沉降量
概述 1)定义:地基的最终沉降量是指地基土层在附
甲:被影响建筑物 乙:影响建筑物 第1步:用角点法计算P0范围(2 abed)的荷载在O点下
任意深度引起的附加应力σz
划分网格:I区: oabc II区: odec
(σz )O= 2 (cI- CII) P0 第2步:用分层法或规范法计算σz
在甲地基中查生的沉降即为所求。
地基沉降与时间的关系
前面讲述的是地基的最终沉降量计算,有时对于饱和软粘土地 基尚需研究地基的沉降过程或在某一个时间点的沉降大小。所 以要研究地基沉降与时间的关系。
详细过程请参照黑板.
2、推荐公式
3、参数释义
σi :基底中心O点以下深度Z i 范围的平均附加应力,kpa σi-1:基底中心O点以下深度Z i-1 范围的平均附加应力,kpa i :基底中心O点以下深度Z i 范围的平均附加应力系数 i-1 :基底中心O点以下深度Z i-1 范围的平均附加应力系数 Z i :自基础底面至第i层土底面的垂直距离,m,cm. Zi-1 :自基础底面至第i-1层土底面的垂直距离,m,cm. Esi:第i层土的侧限压缩模量,Mpa S’:未作修正时按理论计算的地基沉降量大小.m,cm. n:地基压缩层范围内按天然土层界面划分的土层数 S:修正后地基的最终沉降量. s:沉降计算经验系数,由Es 、 P0查表5.3,可以内插.
瞬时沉降; 主固结沉降
3.土的压缩性和地基沉降计算

前期固结压力的确定
确定先期固结压力步骤如下: (1)从e~logp曲线上找出曲率半 径最小的一点A,过A点作水平线 A1和切线A42; (2)作lA2的平分线A3,, 与
e~logp 曲线中直线段的延长线相交
于B点; (3)B 点所对应的有效应力就是 先期固结压力pc。
初始(原始)压缩曲线确定
n
考虑应力历史的地基沉降计算
超 固 结 土
p ( pc p1 )
p ( pc p1 )
pci p1i pi Hi S C log Cei log p ci p p 1 e i 1 0i ci 1i
考虑应力历史的地基沉降计算
正常固结土
欠固结土
p1i pi Hi S Cci log p i 1 1 e0 i 1i
n
S
p1i pi Hi Cci log p i 1 1 e0 i ci
若pc> p1 ,则试样是超固结的。由于超固结土由 前期固结压力pc减至现有有效应力p1期间曾在原位经历 了回弹。因此,当超固结土后来受到外荷引起的附加 应力p时,它开始将沿着原始再压缩曲线压缩。如果 p较大,超过(pc- p1 ),它才会沿原始压缩曲线压缩 。 超固结土原始压缩曲线推求: (1) 先作b1点,其横、纵坐标分别为试样的现场自 重压力p1 和现场孔隙比 e0; (2) 过b1点作一直线, 其斜率等于室内回弹曲线与再压缩曲线的平均斜率, 该直线与通过B点垂线(其横坐标相应于先期固结压力 值)交于b1 点, b1 b就作为原始再压缩曲线。其斜率为回 弹指数Ce; (3) 作c点,由室内压缩曲线上孔隙比 等0.42 e0处确定; (4) 连接bc直线,即得原始压缩 曲线的直线段,取其斜率作为压缩指标Cc。 若p c < p1,则试样是欠固结的,由于自重作用下的压缩尚 未稳定,实质上属于正常固结土一类,它的现场压缩 曲线的推求方法完全与正常固结土一样。
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oedometer
2 Compression curve/压缩曲线
F h F (h s) 1 e0 1 e1 e0 e1 s h 1 e0
s e1 e0 (1 e0 ) h
3 compression coefficient av/压缩系数
e1 e2 de av , p2 p1 dp
p>pc, lack consolidation(欠固结) P=pc, normal consolidation (正常固结) P<pc, overconsolidation (超固结)
Determine pc
1.2 compressible deformation calculation/单向压缩量的计算
1 Compressibility/土的压缩性
1.1 Consolidation Test and compression characteristics/土的固结试验与压缩特性
1 Consolidation test Assumption:
• Load distribution-uniform • Stress distribution(in different height)-the same • Lateral deformation-0 • The area of the sample section-unchangeable • Solid soil-uncompressible oedometer
Hale Waihona Puke 4 compression index Cc/压缩指数
Cc
e1 e2 (e e ) 1 2 p2 lg p2 lg p1 lg p1
e1 e2 de Cc p dp lg lg pc p
de C c av dp p
Stress History Effect—
§ Compressibility, consolidation and settlement 土的压缩、固结与地基沉降
•Compressibility /土的压缩性
•Consolidation /土的固结
•Settlement /地基沉降
• Introduction / 概述
Compressibility and consolidation can be distinguished as: · compressibility –volume changes in a soil when subjected to pressure –giving AMOUNTS of settlement · consolidation -rate of volume change with time –giving TIME to produce an amount of settlement required These are distinct from: 1. compaction which is the expulsion of air from a soil by applying compaction energy. 2. immediate or undrained settlement which is the resultant deformation of a soil under applied stresses without any volume change taking place
on the flatter portions( 2 and 3) and volume changes can increase or decrease with changes in effective stress.
e0 e1 p av p 1 s h mv p h p h 1 e0 Es mv av coefficient of volume compressib ility / 体积压缩系数 1 e0 / 压缩模量
1 e0 Es Compressib le mod ulus av
•Only compression in vertical,Deformation due to void volume decrease
F h F (h s) 1 e0 1 e1 ei av s e0 e1 h 1 e0
hi hs hi 1 hs hs
MPa , kPa
1
1
av1-2<0.1Mpa-1, 0.1≤av1-2<0.5Mpa-1, av1-2 ≥ 0.5Mpa-1,
Low compressibility /低压缩性土 Middle compressibility/中压缩性土 High compressibility /高压缩性土
1.3 Effective stress plot
The soil is described as normally consolidated when its state exists on the steeper line (1 and 4) and the effective stress can only be increased with subsequent reduction in volume because decreasing the stress takes the soil state away from the normally consolidated line. This line is often referred to as the virgin compression curve or line as any change of effective stress along it will be for the first and only time whereas any number of unload/reload paths could be followed. The soil is described as overconsolidated when it occurs