【正文】 1 第四章 土的變形性質(zhì) 及地基沉降計算 2 本章特點 ? 有一些較嚴(yán)格的理論 ? 有較多經(jīng)驗性假設(shè)和公式 ? 強調(diào)物理意義及實際應(yīng)用 ? 主線：一維壓縮問題 ? 工程中的假定 ? 應(yīng)力歷史及先期固結(jié)壓力 ? 不同條件下的總沉降量計算 ? 滲流固結(jié)理論及參數(shù) 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 主要難點 學(xué)習(xí)要點 3 工程實例 問題： 沉降 ，且左右兩部分存在明顯的沉降差。左側(cè)建筑物于 1969年加固。 墨西哥某宮殿 地基： 20多米厚的粘土 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 4 Kiss 由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸 5 基坑開挖，引起陽臺裂縫 6 修建新建筑物：引起原有建筑物開裂 7 高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除 詹班、鐵工班至此 8 建筑物立面高差過大 9 建筑物過長：長高比 :1 47m 39 150 194 199 175 87 沉降曲線 (mm) 10 土具有變形特性 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 概述 土的特點 （碎散、三相） 沉降具有時間效應(yīng)－沉降速率 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 11 變形特 性及測試方法 最終 沉降量 一維壓縮 一維固結(jié) 沉降 速率 多維固結(jié) 修正 復(fù)雜條件下的計算公式 簡化條件 主線、重點：一維問題！ 167。 變形特性測試方法 167。 地基的最終沉降量計算 167。 飽和土體的滲流固結(jié)理論 室內(nèi)試驗 室外試驗 側(cè)限壓縮、三軸壓縮等 荷載試驗、旁壓試驗等 概述 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 較復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)？ 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 12 167。 變形特性測試方法 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 167。 地基的最終沉降量計算 167。 飽和土體的滲流固結(jié)理論 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 13 特殊應(yīng)力狀態(tài) 一維問題 側(cè)限壓縮試驗 軸對稱問題 常規(guī)三軸試驗 167。 變形特性測試方法 一般應(yīng)力狀態(tài) 理論拓展、經(jīng)驗積累 室內(nèi)試驗 旁壓試驗 原狀土 荷載試驗 室外試驗 試驗?zāi)康模?變形、強度特性 靜力觸探試驗 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 14 167。 一、常規(guī)三軸試驗 二、側(cè)限壓縮試驗 三、 普遍應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系及本構(gòu)模型 四、現(xiàn)場原位試驗 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 15 試樣 壓力室 壓力水 排水管 閥門 軸向加壓桿 有機玻璃罩 橡皮膜 透水石 頂帽 3?3?13? ? ?3?類型 施加 σ 3時 施加 σ 1－ σ 3時 量測 固結(jié)排水 固結(jié) 排水 體變 固結(jié)不排水 固結(jié) 不排水 孔隙水壓力 不固結(jié)不排水 不固結(jié) 不排水 孔隙水壓力 量測體變或孔壓 一、常規(guī)三軸試驗 167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 16 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 －以正常固結(jié)粘土為例 31 ???1?1 Ei 1 Et 11??zzE ?? ??? ? ? ?31? ? ? ?xz? ? ? ??? ? ? ?變形模量： ≠ 彈性模量 泊松比： 固結(jié)排水試驗 一、常規(guī)三軸試驗 ?與圍壓有關(guān) ?非線性 ?剪脹性 ?彈塑性 167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 17 二、側(cè)限壓縮試驗 ? 固結(jié)容器： 環(huán)刀、護環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水石、加壓上蓋和量表架等 ? 加壓設(shè)備： 杠桿比例 1:10 ? 變形測量設(shè)備 側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀） 支架 加壓設(shè)備 固結(jié)容器 變形測量 167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 18 水槽 內(nèi)環(huán) 環(huán)刀 透水石 試樣 傳壓板 百分表 ?施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定 ?逐級加大荷載 測定： 軸向應(yīng)力 軸向變形 試驗結(jié)果： 二、側(cè)限壓縮試驗 試驗方法 P1 s1 e1 e0 P t e s t P2 s2 e2 P3 s3 e3 167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 19 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 －以正常固結(jié)粘土為例 z p??z?)e1(e 00 ?1 Es 1 Ee 非線性 彈塑性 記憶性 ? zszE ????側(cè)限變形模量： 二、側(cè)限壓縮試驗 167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 20 側(cè)限壓縮試驗 常規(guī)三軸試驗 常規(guī)三軸試驗與側(cè)限壓縮試驗應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線的比較 （趨勢圖） z p??z?)e1(e 00 ?? 常規(guī)三軸： ? 存在破壞應(yīng)力 ? 側(cè)限壓縮試驗： ? 不存在破壞應(yīng)力 ? 存在體積壓縮極限 167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 21 由虎克定律 : ? ?yxzz EE ????? ???????xyx y z0。1? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ???側(cè)限條件下 : 2zz2E11???? ?? ? ???? ? ? ???則 : ???????????????????????? ????????121121 2EEEzzzE Es 變形模量 E 與側(cè)限變形模量 Es 之間的關(guān)系 （相同的初始狀態(tài)） 2s2E E , 1 11?? ? ? ? ? ???167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 22 三、普遍應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系及本構(gòu)模型 （原因） 土受力以后為什么會表現(xiàn)出上述變形特性 ？ ——土的特殊性 ? 彈性變形 體應(yīng)變 主要是由于孔隙體積變化引起的 ； 剪應(yīng)變 主要是由于土顆粒的大小和排列形態(tài)變化引起的 。 ? 接觸點處彈性變形 ? 彈性撓曲變形 ? 顆粒滾爬的可逆性 ? 封閉氣泡受壓 ? 塑性變形 ? 大孔隙消失 ? 接觸點顆粒破碎 ? 顆粒相對滑移 ? 扁平顆粒斷裂 ? 剪脹性 ? 與圍壓有關(guān) ? 碎散性 ? 記憶性 ? 結(jié)構(gòu)性 167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 23 3 1 ? ? ? 1 ? 2 1 非線性彈性 3 1 ? ? ? 1 ? 1 3 2 4 彈塑性 線彈性 理想塑性 3 1 ? ? ? 1 ? f ? 1 E 三、普遍應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系及本構(gòu)模型 167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 24 四、現(xiàn)場原位試驗 自學(xué) 荷載試驗與旁壓試驗 167。 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 25 167。 變形特性測試方法 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 167。 地基的最終沉降量計算 167。 飽和土體的滲流固結(jié)理論 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 26 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 一、 e σ ′ 曲線 二、 e lgσ ′ 曲線 三、先期固結(jié)壓力 四、原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線 低靈敏度粘性土 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 27 一維壓縮性及其指標(biāo) ? ? p（或 ??）曲線 ? e – p（或 ??）曲線 ? e – lgp（或 lg??）曲線 ? 先期固結(jié)壓力 ? 原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線 由側(cè)限壓縮試驗整理得到的三條常用曲線 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 28 應(yīng)力歷史與應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 z p??z?粘土地基 一次沉積 側(cè)限條件 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 上覆土 取樣或剝蝕 加載或再覆土 應(yīng)力歷史非常重要 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 29 z p??z?初始 加載 卸載 再加載 一次 加載 側(cè)限壓縮試驗 ? 卸載和再加載曲線 ?p ? 在試驗曲線的卸載和再加載段，土樣的變形特性同初始加載段明顯不同，前者的剛度較大 ? 在再加載段，當(dāng)應(yīng)力超過卸載時的應(yīng)力 ?p時，曲線逐漸接近一次加載曲線 ? 卸載和再加載曲線形成滯回圈 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 30 側(cè)限壓縮試驗 ? 應(yīng)力歷史及影響 ?土體在歷史上所承受過的應(yīng)力情況（包括最大應(yīng)力等）稱為 應(yīng)力歷史 zp??z?初始 加載 卸載 再加載 ?p 應(yīng)力歷史的影響非常顯著 ? 土樣在 A和 B點所處的應(yīng)力狀態(tài)完全相同，但其變形特性差別很大 A B ? 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 31 側(cè)限壓縮試驗 百分表 試樣 環(huán)刀 ? 已知： ? 試樣初始高度 H0 ? 試樣初始孔隙比e0 ? 試驗結(jié)果： 每級壓力 p作用下，試樣的壓縮變形 S 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 P1 s1 e1 e0 P t e s t P2 s2 e2 P3 s3 e3 32 1 e0 ?e 孔隙 固體 顆粒 H0 S e e1e1SHH 000????000 HS)e1(ee ???側(cè)限壓縮試驗 由三相草圖： 可得到 ep關(guān)系 167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 33 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 一、 e σ ′ 曲線 a39。(kP )?0 100 200 300 400 e i 0 0 i 0e e ( 1 e ) S / H? ? ?167。 4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 34 167。 一維壓縮性及其指標(biāo) 一、 e σ ′ 曲線 39。??e?a39。(kP )?0 100 200 300 400 e ea39。?????壓縮系數(shù)， KPa1， MPa1 e