土力学5沉降计算
高等土力学-沉降计算
5.3 等时e-logp线理论
Crawford 不同历时压缩试验图
a 主固结完成时 (2h) b 1d后 c 7d后
Crawford C B. Interpretation of consolidation tests [ J ] . J Soil Mech Found Div , ASCE , 1964 ,90 (5
各分层的变形模量，用静力触探方法确定
E Kqc
K=2 粉砂、粉质细砂；K=3.5中砂、细砂；K=5粗砂、 砾砂；K=6砾石。
由弹性理论，矩形或圆形荷载 下，基础中心线上竖向应变沿 深度分布如图
应变影响系数
Iz
zE
p
6.7 应力路径法
1. 应力路径 注意：此处p、q与临界状态理论定义不同
4. 弹塑性元件模型
由胡克弹簧和圣维南刚塑体串联而成
应力小于屈服应力 时，弹性状态； 应力大于屈服应力 时，材料屈服，应 变无限增大
是理想弹塑性本构模型， 不是流变模型
宾哈姆模型
5. 粘塑性元件模型
应力-应变速率关系
6. 粘弹塑性元件模型
富尔克模型 马克斯威尔体与弹塑性体并联
6. 地基沉降计算方法
5.4 土体流变
土的流变：土体变形和应力与时间的关系
包括：
• 蠕变：恒定应力作用下，变形随时间发展的现象 • 应力松弛：维持不变形条件下，应力随时间衰减 • 长期强度：抗剪强度随时间变化 • 应变率效应或荷载率效应：不同应变或加荷速率下，
土体表现出不同的应力-应变关系和强度特性
1. 流变试验
单向压缩流变试验 三轴蠕变试验 剪切流变试验
地基最终沉降量 某时刻地基的沉降量St 可按下式计算
式中Ut－t 时刻地基的平均固结度，由固结理论算得。
第五章同济土力学土的压缩性和地基沉降计算2013
第五章同济土力学土的压缩性和地基沉降计算2013概述地基土在附加应力作用下要产生附加变形，这种变形主要包括：体积变形和形状变形体积变形主要由正应力引起，它一般使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将发生剪切破坏，此时变形将不断发展土的压缩性是指土在外力作用下体积缩小的特性压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的压缩和排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果，对于饱和土，土孔隙体积减小主要是孔隙水排水引起的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：土在外力作用下,压缩量随时间增长的过程。
土的固结实际上是孔隙水逐渐向外排出,孔隙体积减小的过程地基沉降：地基因土体压缩而产生的竖直方向的位移。
地基沉降大小首先与土的压缩性和厚度(内因)有关，其次与作用于基础上的荷载性质和大小(外因)有关。
研究建筑物的地基沉降主要包括下面两个方面问题：最终沉降量沉降与时间的关系，即渗流固结沉降层状土上堤岸中心点处变形施工前施工后第二节土的压缩性试验与指标一、室内压缩试验与压缩模量研究土的压缩性大小及其特征的一种室内试验方法，简称压缩试验，亦称固结试验1.压缩仪示意图荷载加压活塞刚性护环注意：①土样在竖直压力作用透水石下，由于环刀和刚性护环环刀的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形；②切土方向与土天然状态的垂直方向一致③通过试验得到ΔH~p关系曲线，可转变为e~p曲线或e~lgp曲线土样透水石底座2.压缩曲线反映土在不同压力p作用下，孔隙比e的变化规律psVv=e0H0 H0/(1+e0)Vv=eH1 H1/(1+e)Vs=1Vs=1整理土样在压缩前后变形量为s,整个过程中土粒体积和底面积不变e= e0 s (1+ e 0 ) H0土粒高度在受压前后不变其中H0 H1= 1+ e0 1+ eρ s (1+ w 0 ) e 0= 1ρ0根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e,绘制e-p曲线及e-lgp曲线，为压缩曲线e e0曲线A曲线B曲线A压缩性曲线B压缩性ee p e-p曲线pe-lgp曲线lgp3. e-p曲线及有关指标压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高根据e-p压缩曲线可以得到三个压缩性指标1.压缩系数a 2.压缩模量Es 3.体积压缩系数m(1).压缩系数ae e0 e1 e2土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值利用单位压力增量所引起Δ e e1 e2得孔隙比改变表征土的压斜率a= =Δ p p 2 p1缩性高低，即压缩系数a,单位MPa-1 M2M1△e△pa=de d pp1 p2 p在压缩曲线中，实际采e-p曲线用割线斜率表示土的压《规范》用p1=100kPa、p2=200kPa缩性，a值与土体所受对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性荷载大小有关a1-20.1MPa-1低压缩性土0.1MPa-1≤a1-20.5MPa-1中压缩性土a= Δ e= e 1 e 2Δ p p 2 p1 -1高压缩性土a1-2≥0.5MPa(2).压缩模量Es土在完全侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，称为压缩模量，或称为侧限模量，可由压缩试验的e-p曲线得到。
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 基础沉降量计算
沉降量计算公式
沉降量计算公式1. 什么是沉降？沉降指的是土地表面在一段时间内的下沉或抬升，常见于建筑物或其他重型设施施工后。
沉降量的大小与地层的性质、施工方式、建筑物质量等多种因素有关。
2. 沉降量的计算公式沉降量的计算需要考虑土壤的变形及建筑物的载荷，因此计算公式也分为多种方法。
其中，比较常见的是弹性沉降和地基不均匀沉降的计算方法。
弹性沉降的计算公式为：△h=E×△b/2×[1-(1-v^2)/Epl]式中：△h为沉降量，E为弹性模量，△b/2为建筑物载荷作用面的下降值，v为泊松比，Epl为等效弹性模量。
地基不均匀沉降的计算公式为：△h=∑[Zi/Gi×(qi-△p)]×[1+∑(dZi/Di)×(qi-△p)]式中：Zi、Gi、qi、△p代表第i层的厚度、剪切模量、第i层的土层压力和建筑物自重引起的土压力，dZi、Di分别为第i层的厚度变化和刚度变化。
3. 沉降量的实际应用沉降量是设计和施工过程中需要考虑的重要因素。
在建筑物和其他重要设施的施工过程中，如果未考虑到沉降量的大小及其对工程的影响，可能会导致建筑物结构变形、裂缝等问题的出现。
沉降量的计算公式可以帮助工程师们对土层的变形及建筑物的载荷进行科学计算和合理预测，从而制定出更为准确的施工方案和使用方案。
同时，沉降量的实际检测工作也十分重要，可以为施工和使用中的管理提供数据支撑和指导。
4. 总结沉降量的计算公式有多种，需要根据实际场景和建筑物质量等条件综合考虑。
同时，实际应用中需要进行科学检测和数据记录，以确保施工和使用的安全性和持久性。
如果您需要进行相关计算和检测工作，建议咨询相关专业机构和专业人士的意见。
土力学基础沉降量计算
土力学基础沉降量计算土力学是研究土壤力学性质和土体力学行为的学科，其中包括土壤的基础沉降量计算。
基础沉降是指在土体承受荷载作用下，其高度发生的变化。
根据不同的计算方法，可以得出土壤基础沉降量的理论值。
基础沉降量计算的主要方法有排沉降法和加权平均法两种。
排沉降法是在垂直受力平面上进行。
假设土壤是均匀的，排沉降法转化为受力面内的沉降法，即沉降计算区域内每个截面土层的相对沉降量。
在计算过程中，每个土层的单位荷载大小不变。
最后将各沉降计算点的相对沉降量累加即可得到整个土体的基础沉降量。
加权平均法则将土壤分层计算。
假设土壤分为不同的层，每一层中的土壤在基础上受到的荷载大小不一致，在土体上沉降也不一致。
在计算过程中，将每一层的土壤视为刚性板，计算荷载对该层产生的应力，并计算每一层的单位应力沉降。
最后将各层的单位应力沉降乘以相应的权重，并将所有层的单位应力沉降求和，即可得到整个土体的基础沉降量。
对于两种方法的计算结果，一般较为接近，但也存在一定的差异。
排沉降法计算较为简单，适用于均匀土层的场地；而加权平均法较为复杂，适用于土层较为复杂的场地。
在实际工程中，根据具体情况选择适用的计算方法。
土壤的性质也是影响基础沉降量的重要因素之一、土壤的压缩变形性、裂缝度等都会对基础沉降量有一定的影响。
因此，在计算基础沉降量时，需要充分考虑土壤的力学性质，并进行合理的修正。
此外，基础沉降量计算还需考虑建筑物的荷载情况。
建筑物的荷载包括常设荷载和临时荷载，常设荷载一般为建筑物自重，临时荷载包括人员活动、设备等。
荷载的大小和施加时间也将对基础沉降量产生影响。
总之，基础沉降量计算是土力学中一个重要的研究内容。
通过采用合适的计算方法，考虑土壤性质和建筑物荷载等因素，可以得出基础沉降量的理论值，为土壤工程中的设计和施工提供可靠的依据。
土力学4.土的压缩性和地基沉降计算
一、基本概念 土在压力作用下，体积缩小的现象称为土的压缩性。 土体产生体积缩小的原因： (1)固体颗粒的压缩； (2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解； (3)孔隙水和孔隙气体的排出。 孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。因此 土的压缩亦要经过一段时间才能完成。我们把这一与时间 有关的压缩过程称为固结。
(2): elogp曲线。 (3): elnp曲线。
压缩试验曲线特征 压缩试验条件下土体体积变化特征： (1)卸荷时，试样不是沿初始压缩曲线，而是沿曲线bc回弹，可见土体的变形是由可 恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形两部份组成。 (2)回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体的又一表征； (3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。 (4)当再加荷时的压力超过b点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。
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pc ＜ 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。
土力学1-第5章-压缩性及沉降计算
p (kPa)
一般Ce ≈ 0.1-0.2Cc
e – lg p曲线
36
§4.3 一维压缩性及其指标 - e - lg p曲线
指标
名称
定义
曲线
- p曲线
e - p曲线 e - lg(p)曲线
Es
mv a Cc Ce
侧限压缩模量
体积压缩系数 压缩系数 压缩指数 回弹指数
p/
v / p -e/p -e/(lgp) -e/(lgp)
侧限条件
Δε x Δε y 0 σx σy
ε x ε
y
Et
σ y
Et
νt
Δσ x Δσ y
Et
Et
νt Δσ z 1 νt
ν t ν t Δσ z ν t 则: Δεz Δσ z Et Et νt Et νt 2 2 ν Δσ z t βEs Et 1 Et < Δεz 1 ν t
mv 1 Es
- p曲线
31
§4.3 一维压缩性及其指标 - e - p曲线
由三相草图： e e0 e S
孔隙
H0 固体 颗粒
H0 1 e0 H0 S 1 e
e e0 (1 e0 ) S H0
可得到e - p关系
1
侧限压缩试验
32
§4.3 一维压缩性及其指标 - e - p曲线
侧限压缩试验：
• 不存在破坏应力 • 存在体积压缩极限
e ( e )
z
常规三轴与侧限压缩试验
22
§4.2 土的压缩性测试方法
变形模量 Et 与侧限变形模量 Es间的关系
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Ai p0 (zii zi1i1 )
fk：地基承载力标准值
s=1.4-0.2,
(1)与土质软硬有关,
Ai 0zi
附加应力
(2)与基底附加应力p0/fk的大小有关
沉降计算总结：
① 准备资料
•建筑基础（形状、大小、重量、埋深） •地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线 •计算断面和计算点
H e1
lg
p2 p
e2
B C
p1 p2 lgP
A B C
p1 p p2 lgP
正常固结土
p1i szi
e
p2i szi zi
地面
自重应力 d
szi
p
d 基底
p0
zi
Hi
附加应力
e1i
B
沉降计算深度
e2i
C
ei CCi lg p2i
第五章 地基沉降计算
土具有压缩性 荷载作用
地基发生沉降
本章主要内容
§5.2 地基的最终沉降量 §5.3 应力历史对地基沉降的影响 §5.5 地基沉降与时间的关系
§5.2 地基的最终沉降量计算
p
t
可压缩层
σz=p
不可压缩层
S
S
最终沉降量S∞：
t∞时地基最终沉降稳定以后的 最大沉降量，不考虑沉降过程。
p s
lgP
b.超固结土 (p s )
① 确定σs ，σp的作用线；
e
② 过e0作水平线与σs作用线 交于D点；
e0
D
B
③ 过D点作斜率为Ce的直线， 与σp作用线交于B点，DB为原 位再压缩曲线
0.42e0
s p
④ 过0.42e0 作水平线与elgP曲线交于点C；
C ⑤ 过B和C点作直线即为原
lgP 位压缩压缩曲线。
三、地基的最终沉降量计算
1、计算公式
e
S
zH
vH
e1 e2 1 e1
H
e1
正常固结土：
e2
S
e 1 e1
H
CC
1
H e1
lg( p2 p1
)
e
超固结土(并假定p2>p)：
e1
S
Ce
1
H e1
lg
p p1
CC
1
p= s：正常固结土
p> s：超固结土
超固结比：
p< s：欠固结土
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
OCR p s
先期固结压力σp的确定： Casagrande 法 A
e (a) 在e-lgσ’压缩试验曲
线上，找曲率最大点 m
C
(b) 作水平线m1 (c) 作m点切线m2
本节主要内容：
一、地基最终沉降量分层总和法 二、粘土地基沉降计算的若干问题
一、地基最终沉降量分层总和法
1、基本假定和基本原理
（a）假设基底压力为线性分布 （b）附加应力用弹性理论计算 （c）只发生单向沉降：侧限应力状态 （d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降 （e）将地基分成若干层，认为整个地基的
e1i 1 e1i
Hi
Cei 1 e1i
Hi
lg
szi 'szi
S2i
e2i 1 e1i
Hi
Cci 1 e1i
Hi
lg
'szi zi szi
e
Si
S1i
S2i
Hi 1 e1i
Cei
或1-2m； ④z 变化明显的土层，适当
取小。
(f)计算每层沉降量Si
(g) 各层沉降量叠加Si
地面
自重应 力
p
d p0
d
基底
szi z
Hi
i
附加应力
沉降计算深 度
3、计算公式
（a）e-σ´曲线
e
S
zH
vH
e1 e2 1 e1
H
e1i e2i
szi zi p2i
Si
p1i
CCi
lg
szi zi szi
p1i p2i
lgP
Si
ei 1 e1i
Hi
CCi 1 e1i
Hi
lg
szi zi szi
超固结土
p1i szi
p2i p :
Si
ei 1 e1i
Hi
Cei 1 e1i
▪已知
H
Ut 1
0 uz,tdz
H
,
0 zdz
u
z
＝
,t
4p
m＝1
1 m
sin
mz 2H
e
m2
2 4
Tv
,
(m
1,3,5....)
▪解得 ▪近似
Ut＝1
8 2
m1 e m＝1
m
2
2 2
2
Tv
Ut＝1
z ,t z
H
Uz,t
z z
z uz,t z
1 uz,t z
z,t uz,t M
z
Uz,t=0－1：表征总应力中有效应力所占比例
H
Ut
有效应力分布面积＝ 总应力分布面积
0 z,tdz
H
0 zdz
1
uz,tdz zdz
2、平均固结度Ut与沉降量St之间的关系
Si ：初始瞬时沉降
t
S Sd Sc Ss
S
Sc：主固结沉降
n
S Si i 1
Ss: 次固结沉降
•初始沉降(瞬时沉降) Sd：有限范围的外荷载作用下 地基由于发生侧向位移(即剪切变形)引起的。
•主固结沉降(渗流固结沉降) Sc ：由于超孔隙水压力 逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的 。是地基变形的主要部分。
Hi
lg
p2i p1i
p2i szi zi
e
e1i A e2i
B C
p2i p :
Si
Cei 1 e1i
Hi
lg
p p1i
CCi 1 e1i
Hi
lg
p2i p
p1i pi p2i lgP
欠固结土
S1i
结果修正
❖ 基底压力线性分布假设 ❖ 弹性附加应力计算 ❖ 单向压缩的假设 ❖ 只计主固结沉降 ❖ 原状土现场取样的扰动 ❖ 参数线性的假设 ❖ 按中点下附加应力计算
各种假定导致 S 的误差，如
①取中点下附加应力值， 使 S 偏大; ②侧限压缩使计算值偏小； ③地基不均匀性导致的误差 等。
S修＝s S Ψs为沉降经验修正系数
t时刻：
有效应力分布面积 Ut 总应力分布面积
z,tdz zdz
az,t dz 1 e1 St az H S
1 e1
Ut
St S
在时间t的沉降与最终沉降量之比
St Ut S
二、固结度的计算
地基沉降过程计算
1) 基本计算方法——均布荷载，单向排水情况
最终沉降量为各层沉降量之和： S Si
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。
2、计算步骤
(a)计算原地基中自重应力分布 σsz从地面算起；
地面
(b)基底附加压力p0 p0 = p - d
(c)确定地基中附加应力z分布 σz从基底算起； σz是由基底附加应力 p-γd 引起的
软粘土（应力集中）S偏小, Ψs>1 硬粘土（应力扩散）S偏大, Ψs<1
S sS
表5-3 沉降计算经验系数s
基底附加应力
Es
2.5 4.0 7.0 15.0 20.0
p0
p0fk
p0 0.75 fk
1.4 1.3 1.0 0.4 0.2 1.1 1.0 0.7 0.4 0.2
0z(i-1)
自重应 力
(d)确定计算深度zn
① 一般土层：σz=0.2 σsz； ② 软粘土层：σz=0.1 σsz； ③ 一般房屋基础：Zn=B(2.5-0.4lnB)； ④ 基岩或不可压缩土层。
p d p0
d
基底
附加应 力
沉降计算 深度
(e)地基分层Hi
①不同土层界面； ②地下水位线； ③每层厚度不宜超过0.4B
ai 1 e1i
(p2i
p1i )Hi
a 1 e1i
zi Hi
Si
zi H i Esi
ziHi Ei
Si
ai 1 e1i
Ai
规范法
p0
Ai p0 (zii zi1i1 )
i 平均附加应力系数
0z(i-1)
zi-1 zi
Ai
0zi
附加应力
原位压缩曲线的近似推求
a. 正常固结土
① 确定先期固结压力σp
② 过e0 作水平线与σp作用线交 于B。由假定①知，B点必然位于原