土压缩、固结与沉降
土的压缩性及沉降计算
最终沉降量是指建筑物地基从开 始变形到变形稳定时基础的总沉 降值。
最终沉降量
分层总和法是将地基土在一定深度范围内划分成
若干薄层，先求得各个薄层的压缩量，再将各个薄层的压 缩量累加起来，即为总的压缩量。
计算沉降时，由于采用了一系列计算假定，还需对总的 压缩量根据经验进行修正。
一、计算假定
1.地基中划分的各薄层均在无侧向膨
z
si hi
e1i e2i 1e1i
si
e1i e2i 1e1i
hi
由压缩模量的定义知：
Esi
p si
si
p Esi
hi
hi
si
zi
E si
hi
2.各薄层压缩量求和公式
基础的总沉降量就是在压缩层范围内各薄层压缩量的总和
n
Sn Si
1
3.基础总沉降量的规范公式
由于采用了一系列计算假定，求出的总压缩量与工程实际有一定出入， 故现行规范用经验系数进行修正。
一、土的压缩性
节概述
土的压缩性是指在外荷载作用下，土体体积变小的性 质.
它反映的是土中应力与其变形之间的变化关系，是土 的基本
力学性质之一。
土体压缩变形一般包括：
二、沉降的概念
建筑物作为外荷载作用于地基上，使地基中产生附加应 力，而附加应力的产生致使地基土出现压缩变形，通常将建 筑物基础随地基产生的竖向变位称之为沉降。
Cc值越大，土的压缩性越高，低压缩性土的Cc一 般小于0.2，高压缩性土的Cc值一般大于0.4。
二、现场荷载试验
1.试验方法
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
岩土工程中的土壤固结与沉降分析
岩土工程中的土壤固结与沉降分析岩土工程是土木工程学科中的重要分支，涉及到土壤的性质与行为研究。
其中，土壤的固结与沉降分析是岩土工程中的一个关键环节。
土壤固结是指土壤由于应力加载而产生排水剪切应力差导致的变形过程。
在土壤内部，颗粒之间存在着颗粒之间的空隙，称为孔隙。
当土壤受到垂直应力作用时，孔隙中的水分受到压缩，导致孔隙减小，土壤颗粒之间会发生重新排列，从而引起固结变形。
土壤固结过程可以通过固结指标来表征，常用的固结指标包括固结压缩指数、固结度和预压力等。
土壤沉降是指土壤由于固结引起的垂直减少变形。
沉降是土壤固结过程的自然延伸，对工程建设具有重要影响。
土壤沉降的预测是岩土工程中一个关键的技术问题，主要是为了保证工程的稳定性和安全性，以及对工程设计提供有力的依据。
土壤沉降是土壤固结的结果，通常可以通过试验室和现场观测来进行评估和预测。
土壤固结与沉降分析对工程建设具有重要的指导意义。
首先，通过对土壤固结和沉降过程的分析，可以合理选择施工方法和施工工艺，以减少土壤固结对工程的不利影响。
其次，土壤固结与沉降分析可以用于预测和评估工程的变形和沉降情况，在工程设计中提供必要的技术支持。
此外，对土壤固结和沉降过程的深入研究，可以为岩土工程的理论研究和工程实践提供重要的参考。
土壤固结与沉降分析中常用的方法包括理论分析方法和实验方法。
理论分析方法主要是通过建立数学模型和力学方程，来模拟和预测土壤固结与沉降过程。
实验方法包括室内试验和现场观测，通常采用标准试验方法和现场监测仪器来进行数据采集和分析。
综合运用理论分析和实验方法，能够有效地评估土壤固结和沉降的发展趋势和程度，从而为土木工程的设计和施工提供科学依据。
在土壤固结与沉降分析中，需要考虑的因素较多。
首先，土壤的物理性质和力学性质对固结与沉降过程具有重要影响。
例如，土壤的颗粒组成、颗粒大小和孔隙结构等特征，会直接影响土壤的固结和沉降性质。
其次，外界加载条件也是影响土壤固结与沉降的重要因素。
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
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
土的压缩一固结试验基本要求
土的压缩一固结试验基本要求
1、采用压缩模量进行沉降计算时，固结试验最大压力应大于土的有效自重压力与附加压力之和，试验成果可用e-p曲线整理，压缩系数和压缩模量的计算应取自土的有效自重压力至土的有效自重压力与附加压力之和的压力段。
当考虑基坑开挖卸荷和再加荷影响时，应进行回弹试验，其压力的施加应模拟实际的加、卸荷状态。
2、当考虑土的应力历史进行沉降计算时，试验成果应按e-lgp曲线整理，确定先期固结压力并计算压缩指数和回弹指数。
施加的最大压力应满足绘制完整的e-lgp曲线。
为计算回弹指数，应在估计的先期固结压力之后，进行一次卸荷回弹，再继续加荷，直至完成预定的最后一级压力。
3、当需进行沉降历时关系分析时，应选取部分土试样在土的有效自重压力与附加压力之和的压力下，作详细的固结历时记录，并计算固结系数。
4、对厚层高压缩性软土上的工程，任务需要时应取一定数量的土试样测定次固结系数，用以计算次固结沉降及其历时关系。
5、当需进行土的应力应变关系分析，为非线性弹性、弹塑性模型提供参数时，可进行三轴压缩试验，并宜符合下列要求：
1)采用三个或三个以上不同的固定围压，分别使试样固结，然后逐级增加轴压，
直至破坏；每个围压的试验宜进行一至三次回弹，并将试验结果整理成相应于各固定围压的轴向应力与轴向应变关系曲线；
2)进行围压与轴压相等的等压固结试验，逐级加荷，取得围压与体积应变关系
曲线。
土的压缩性与地基沉降
固结的力学机理
(1)整个渗流固结过程中u和 σ´都是 在随时间t而不断变化．渗流固结 过程的实质就是土中两种不同应 力形态的转化过程。 (2)超静孔隙水压力，是由外荷载 引起，超出静水位以上的那部分 孔隙水压力。它在固结过程中随 时间不断变化，固结完成应等于 零， 饱和水土层中任意时刻的总 孔隙水压力应是静孔隙水压力与 超静孔隙水压力之和。 (3)侧限条件下t＝0时，饱和土体的 初始超静孔隙水压力u0数值上就等 于施加的外荷载强度σ(总应力).
压缩仪示意图
荷载 加压活塞 透水石 环刀
刚性护环
土样
注意：土样在竖直 压力作用下，由于 环刀和刚性护环的 限制，只产生竖向 压缩，不产生侧向 变形
透水石
底座
e-p曲线 研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律
p
s
Vv＝e0
H0 H0/(1+e0)
Vv＝e
H1 H1/(1+e)
Vs＝1
Vs＝1 整理
载荷试验示意图
反压重物
反力梁
千斤顶
百分表
荷载板 基准梁
载荷试验观测标准： a. 每级加载后，按间隔10、10、10、15、15、30分钟 读数，当连续2个小时内，每1个小时的沉降量小于 0.1mm时，可加下一级荷载； b. 当出现承压板周围土有明显的侧向挤出或发生裂纹 时、当沉降s急剧增大时、当某一级 荷载24小时不能达到稳定标准时， 即可终止加载；（此前一级荷载为极限荷载） c. s/b0.06可终止加载。
2 2 ＝ 1 － 1 －
其中
土的泊松比， 一般0～0.5 之间
土的载荷试验及变形模量 原位测试
原位测试（In-Situ Testing ）：在岩土体原 有的位置上，在保持岩土的天然结构、天然 含水量以及天然应力状态条件下测定岩土性 质称为原位测试。 土体原位测试：一般指的是在工程地质勘察 现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下 对土层进行测试，以获得所测土层的物理力 学性质指标及划分土层一种土工勘察技术。
土的压缩性和地基沉降计算
土的压缩性和地基沉降计算土壤的压缩性和地基沉降计算是土木工程中一个重要的问题，与地基设计和结构安全密切相关。
本文将从土壤的压缩性和地基沉降计算的基本原理、方法以及在实际工程中的应用等方面进行探讨。
一、土壤的压缩性土壤的压缩性指的是土壤在受一定应力作用下发生体积变化的能力。
当土体受到应力作用时，其中的孔隙水和气体会逐渐排出，土体颗粒之间的接触点受到应力的作用，导致土体发生变形。
根据土壤的压缩性质，可以将土壤分为压缩性土和不压缩性土。
压缩性土的体积变化主要是由于土体颗粒重新排列和孔隙压缩导致的，而不压缩性土的体积变化主要是由于土体颗粒的破碎和溶解引起的。
压缩性土的压缩度是评价土壤压缩性的重要参数。
压缩度可以分为初始压缩度和终极压缩度。
初始压缩度是指土壤在施加一定压力之前的初始压缩变形，主要包括初始固结和微观结构的调整。
终极压缩度是指土壤在持续施加一定压力后，接触点进一步调整和颗粒重新排列导致的终极压缩变形。
二、地基沉降计算方法地基沉降计算是指在地基承受荷载的作用下，土壤发生压缩而导致的地基下沉。
地基沉降计算的目的是为了保证结构的安全和稳定，避免地基沉降过大导致结构沉降、损坏甚至倾斜。
地基沉降的计算方法主要分为经验公式法、理论计算法和实测法。
经验公式法是通过以往工程经验总结出的关于地基沉降与荷载、土壤性质等因素之间的经验关系进行计算。
理论计算法是基于土壤力学理论和压缩性原理，通过推导土壤压缩系数、土压力分布等参数，采用有限元分析或解析方法计算地基沉降。
实测法是通过在工程中实测地基沉降数据，将实测数据进行处理分析得到地基沉降。
在实际工程中，地基沉降的计算方法通常是综合应用经验公式法、理论计算法和实测法。
先根据经验公式估算地基沉降量的大致范围，然后根据工程实际情况选择合适的理论计算方法进行计算，最后在工程实施过程中结合实测数据进行验证和修正。
三、地基沉降计算的应用地基沉降计算在土木工程中有着广泛的应用。
首先，在地基设计中，地基沉降计算可以用于确定结构地基的稳定性和安全性，从而选择合适的地基改良方法。
第四章土的压缩与固结
n
Es
S = Si
i=1
i1 p0
b
a
i p0
zi-1
e zi f
zi Hi
c
d
附加应力分布图面积
αi ,αi-1 —为平均附加应力系数（可查表4.4.1）
Zi、 zi-1 —为从基底算至所求土层i的底面、顶面
沉降计算深度： S / 0.025 S
S /由计算深度向上取厚度为 z 的土层沉降计算值；
Es
Β查表4.3.1
4.3、用e～p曲线法计算地基的最终沉降量 4.3.1分层总和法
分层总和法的基本思路是： 将压缩层范围内地基分层， 计算每一分层的压缩量， 地面
然后累加得总沉降量。
➢分层总和法有两种基本方法： e~p曲线法和e～lgp曲线法。
S e1 e2 H 1 e1
d
基底
➢基础中心处的沉降代表基础的沉降。
Δp
s/h1
e1 e2 a e1 e2
1 e1
S
h2
e2
e1
s h1
(1
e1 )
a e1 e2 p2 p1
1 e1 a
Vv 2
hv 2
Vs
hs
侧限状态下地基土的压缩变形计算
s
S
e1
e2
e2
H
e1
h1
(1
e1 )
1 e1
S a / (p2 p1 ) H
a e1 e2
d p0
d
基底
σci
σci
σci1 2
σ zi
σ zi
σzi1 2
si
zi
Hi
附加应力
沉降计算深度
土力学第3章土的压缩性与地基沉降计算
pc p0
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e
e
e
p
z z p0 pc
OCR 1 正常固结状态
p
p0 pc
pc p0 OCR 1
超固结状态
p
pc p0
pc p0 OCR 1
欠固结状态
第15页/共27页
先期固结压力 pc 的确定
Casagrande 法
1. 在e-lgp曲线上，找出曲 率半径最小的点A
3.1.3 土的回弹曲线与再压缩曲线 土的回弹曲线与再压缩曲线
在进行室内试验过程中，当土压力加到某一数值后，逐渐卸压，土样 将发生回弹，土体膨胀，孔隙比增大，若测得回弹稳定后的孔隙比， 则可绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线称为回弹曲线。
第12页/共27页
3.1.4 应力历史对压缩性的影响
一、沉积土的应力历史
后，进行逐级加压固结（一
般按p=50kPa、100kPa、
200kPa、300kPa、400kPa
5级加荷），测定各级压力p
作用下土样的压缩稳定后的
孔隙比变化。
三联固结仪
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• 压缩仪示意图
试验方法：侧限压缩试验
加压活塞 刚性护环
荷载 透水石 环刀
土样
注意：土样在竖直压 力作用下，由于环刀 和刚性护环的限制， 只产生竖向压缩，不 产生侧向变形
2. 作水平线m1
3. 作A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
pc
6. B点对应开普顿在对大量资料
进行统计分析的基础上
提出了按塑性指数近似
•
确定pc 的公式可供参考。 式中， -土的不排水剪抗
第4章 土的压缩性与地基沉降计算
△p
a
d p
在压缩曲线中，实际采 p1 p2 p 用割线斜率表示土的压 e-p曲线 缩性 《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa e 对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性 a
a1-2＜0.1MPa-1低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土
为什么要研究沉降？
基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建 筑物的正常使用，甚至会危及建筑物的安全。
关西国际机场
世界最大人工岛 1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m×1250m 填筑量：180×106m3 平均厚度：33m 地基：15-21m厚粘土
土的超固结比及固结状态
前期固结压力常用于判断土的固结状态。为此，将土的前期固结压 力pc与土现在所受的压力p0的比值OCR定义为土的超固结比OCR ，即：
pc OCR p0
对原位地基土而言，p0一般指现有上覆土层自重压力。 （ 1）如土层的自重应力 p0等于 前期固结压力pc，即自重应力就是该土层 历史上受过的最大有效应力，即pc=p0，则OCR=1，这类土为正常固结土。 （ 2）如土层的自重应力p0小于 前期固结压力 pc，即该土层历史上受过的 最大有效应力大于自重应力，即pc>p0 ，则OCR>1 ，该类土为超固结土。 （ 3）如土层的 前期固结压力 pc小于土层的自重应力 p0，也就是说该土层 在自重作用下的固结尚未完成，即pc<p0 ，则OCR<1,称该类为欠固结土。
p e e2 ＝ 1 p2 p1
压缩系数a的影响因素
土的粒径越大，越密实，压缩性越低。 含水率w↑，则a↑ 土样受到扰动，则a↑