【正文】 建筑工程系 孫永慶 第三章 土的壓縮與地基沉降計(jì)算 概 述 ? 自重應(yīng)力壓縮穩(wěn)定 ? 附加應(yīng)力導(dǎo)致地基土體變形 體積變形 形狀變形 由正應(yīng)力引起，會(huì)使土的體積縮小壓密，不會(huì)導(dǎo)致土體破壞 形狀變形主要由剪應(yīng)力引起，當(dāng)剪應(yīng)力超過(guò)一定限度時(shí)， 土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時(shí)的變形將不斷發(fā)展。通常在地 基中是不允許發(fā)生大范圍剪切破壞的。 本章討論重點(diǎn) 概 述 在附加應(yīng)力作用下，地基土將產(chǎn)生體積縮小，從而引起建筑物基礎(chǔ)的豎直方向的位移（或下沉）稱(chēng)為 沉降 。 ???體 積 變 形土 體 變 形形 狀 變 形? 沉降 ： 在附加應(yīng)力作用下，地基土產(chǎn)生體積縮小，從而引起建筑物基礎(chǔ)的豎直方向的位移（或下沉）稱(chēng)為沉降。 ? 某些特殊性土由于 含水量 的變化也會(huì)引起體積變形，如濕陷性黃土地基，由于含水量增高會(huì)引起建筑物的附加下沉，稱(chēng) 濕陷沉降 。相反在膨脹土地區(qū)，由于含水量的增高會(huì)引起地基的 膨脹 ，甚至把建筑物頂裂。 ? 除此之外某些大城市，如墨西哥、上海等由于大量開(kāi)采地下水使 地下水位普遍下降 從而引起整個(gè)城市的普遍下沉。這可以用地下水位下降后地層的自重應(yīng)力增大來(lái)解釋。當(dāng)然，實(shí)際問(wèn)題也是很復(fù)雜的，還涉及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)方面的問(wèn)題。 ? 如果地基土各部分的豎向變形不相同，則在基礎(chǔ)的不同部位會(huì)產(chǎn)生沉降差，使建筑物基礎(chǔ)發(fā)生 不均勻沉降 。 ? 基礎(chǔ)的沉降量或沉降差 (或不均勻沉降 )過(guò)大不但會(huì)降低建筑物的使用價(jià)值，而且往往會(huì)造成建筑物的毀壞。 ? 為了保證建筑物的安全和正常使用，我們必須 預(yù)先對(duì)建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最大沉降量和沉降差進(jìn)行估算 。如果建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最大沉降量和沉降差，在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)，那么該建筑物的安全和正常使用一般是有保證的；否則，是沒(méi)有保證的。對(duì)后一種情況，我們必須采取相應(yīng)的工程措施以確保建筑物的安全和正常使用。 土具有壓縮性 荷載作用 地基發(fā)生沉降 荷載大小 土的壓縮特性 地基厚度 一致沉降 （沉降量） 差異沉降 （沉降差） 建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力 影響結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用 土的特點(diǎn) （碎散、三相） 沉降具有時(shí)間效應(yīng) — 沉降速率 51 概 述 工程實(shí)例 問(wèn)題： 沉降 ，且左右兩部分存在明顯的沉降差。 墨西哥某宮殿 左部： 1709年；右部： 1622年；地基： 20多米厚的粘土 由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸 接觸 修建新建筑物：引起原有建筑物開(kāi)裂 高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除 （墨西哥城） 地基的沉降及不均勻沉降 土的壓縮性 壓縮 ：在外力作用下，土體體積縮小的現(xiàn)象。 一、土的壓縮與固結(jié) 在外力作用下，土體體積為什么會(huì)縮小呢？ 土粒本身和孔隙中水的壓縮變形； 孔隙氣體的壓縮變形； 孔隙中的水和氣體有一部分向外排出。 固結(jié) ：土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程。 一、土的壓縮與固結(jié) ? 目前我們?cè)谘芯客恋膲嚎s性，均認(rèn)為土的壓縮完全是由于孔隙中水和氣體向外排出而引起的。 飽和砂土 透水性強(qiáng)，在壓力作用下，固結(jié)很快完成 飽和粘土 透水性弱，在壓力作用下，固結(jié)需要很長(zhǎng)時(shí)間完成 （一） 室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn) 與壓縮曲線 由于剛性護(hù)環(huán)所限，試樣只能在豎向產(chǎn)生壓縮，而不能產(chǎn)生側(cè)向變形，故稱(chēng)為單向固結(jié)試驗(yàn) 或 側(cè)限固結(jié)試驗(yàn) 。 水槽 護(hù)環(huán) 環(huán)刀 透水石 試樣 傳壓板 百分表 室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)與壓縮曲線 壓縮儀 3p2p1pPtet0e1e3e2e（一）室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)與壓縮曲線 ap(kP )0 100 200 300 400 e ap (lg k P )，100 1000 e e~p曲線 e~lgp曲線 （一）室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)與壓縮曲線 12v21ee eap p p? ?? ? ???（二）壓縮系數(shù) e?p?1p1e2p2eap(kP ) e e~p曲線 39。39。e?39。39。p?39。39。1p 39。39。2pe?p?1p1e2p2eap(kP ) e （二）壓縮系數(shù) e~p曲線 土的類(lèi)別 a12 (MPa1) 高壓縮性土 = 中壓縮性土 低壓縮性土 12v 1 221ee eap p 1 0 0?? ?? ? ??（二）壓縮系數(shù) e?p?1p1e2p2eap(kP ) e e~p曲線 ,P1=100kPa,P2=200kPa （三）壓縮指數(shù)與回彈再壓縮指數(shù) 1221 11l g l glgcee eCpp ppp? ?? ? ?? ????????Cc 1 ap (lg k P )，100 1000 e e~lgp曲線 e P(kPa) 初始?jí)嚎s曲線 回彈曲線 再壓縮曲線 彈性變形 塑性變形 A 初始?jí)嚎s曲線 Cc 1 1 Cs （三）壓縮指數(shù)與回彈再壓縮指數(shù) ap (lg k P )，e 體積壓縮系數(shù) mV：土體在單位應(yīng)力作用下單位體積 的體積變化。 （四）其它壓縮性指標(biāo) ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?121121111111111VveeVmpV p eee ep e p eae? ? ?????? ? ?? ?? ? ?? ? ? ???孔隙 土粒 e1 體積 1 1+e1 e2 1+e2 p?（四）其它壓縮性指標(biāo) ? ?? ?? ?? ?112 1211 1111 11zzzszzvveEe e A eeeAe eeam??????? ? ?? ??? ?? ? ???壓縮模量 Es ：為土體在 無(wú)側(cè)向變形 條件下，豎向應(yīng)力 與豎向應(yīng)變之比。 孔隙 土粒 e1 體積 1 1+e1 e2 1+e2 z?變形模量 E ：土體在 無(wú)側(cè)限 條件下應(yīng)力與應(yīng)變之比。 （四）其它壓縮性指標(biāo) ? ?? ?? ?xx y zyy y xzz x yEEEEEE? ?? ? ?? ?? ? ?? ?? ? ??? ? ????? ? ????? ? ???z z E ? ? ? ? 廣義虎克定律 ? ? 0xx y zEE? ?? ? ?? ? ? ?側(cè) 限 條 件 下 ：0x y zK? ? ???z 1x? ???? ? 0 1K ??? ?? ? 20 2221 11z z z zz x y z zKE E E E E E E? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ????? ??22221111z szEE? ??? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?變形模量與壓縮模量關(guān)系 （四）其它壓縮性指標(biāo) 單向壓縮試驗(yàn)的各種參數(shù)的關(guān)系 已知 求解 av mv Es av —— mv(1+e1) (1+e1)/Es mv av /(1+e1) —— 1/Es Es (1+e1)/ av 1/mv —— 應(yīng)力歷史 ：土體在歷史上曾經(jīng)受到過(guò)的應(yīng)力狀態(tài)。 （五）應(yīng)力歷史對(duì)粘性土壓縮性的影響 固結(jié)應(yīng)力 ：能夠使土體產(chǎn)生固結(jié)或壓縮的應(yīng)力，以 p0表示。 前期固結(jié)應(yīng)力 ：土在歷史上曾受到過(guò)的最大有效應(yīng)力， 以 pc表示。 超固結(jié)比 ：前期固結(jié)應(yīng)力與現(xiàn)有有效應(yīng)力 poˊ之比， 以 OCR表示，即 OCR=pc/ poˊ。 （五）應(yīng)力歷史對(duì)粘性土壓縮性的影響 1OC R ? ， 超 固 結(jié) 土1O C R ＝ ， 且 土 在 自 重 作 用 下 固 結(jié) 穩(wěn) 定 ， 正 常 固 結(jié) 土1O C R ＝ ， 且 土 在 自 重 作 用 下 未 完 全 固 結(jié) ， 欠 固 結(jié) 土z 39。0pz??地面 巖層 A土層 正常固結(jié)土 z 039。39。pz??現(xiàn)地