土力学第四章

土具有变形特性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的压缩特性地基厚度一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应－沉降速率第四章土的变形特征和地基沉降计算第四章土的变形特征和地基沉降计算4.1土的变形特性试验方法4.2土的一维压缩性指标4.3地基沉降量计算4.4饱和土体渗流固结理论特殊应力状态一维问题侧限压缩试验轴对称问题常规三轴试验一般应力状态理论拓展、经验积累室内试验旁压试验原状土荷载试验室外试验试验目的：变形、强度特性静力触探试验标准贯入试验4.1土的变形特性试验方法侧限：侧向限制不能变形，只有竖向单向压缩4.1.1侧限压缩试验（固结试验）1、试验仪器4.1土的变形特性试验方法4.1土的变形特性试验方法试样水槽内环环刀透水石传压板百分表施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载测定：轴向应力轴向变形试验装置4.1.1侧限压缩试验（固结试验）4.1土的变形特性试验方法4.1土的变形特性试验方法AsHeAHeVs0001111esHeH110000001Hseee0001Heees4.1.1侧限压缩试验（固结试验）P1s1e1e0PtestP2s2e2P3s3e34.1.1侧限压缩试验（固结试验）4.1土的变形特性试验方法0001Hseee各荷载作用下竖向变形量和孔隙比随时间变化pz1EsEe1AOBA'CD初始加荷段OApEs压缩模量p卸荷段ABeE回弹模量4.1土的变形特性试验方法4.1.1侧限压缩试验（固结试验）应力历史对土的压缩性有显著影响4.1土的变形特性试验方法4.1.2常规三轴压缩试验33133压力室；周围压力系统；轴向加压系统；孔隙水压力系统；反压力系统；主机4.1土的变形特性试验方法4.1.2常规三轴压缩试验类型施加σ3时施加σ1－σ3时量测固结排水CD固结排水体变固结不排水CU固结不排水孔隙水压力不固结不排水UU不固结不排水孔隙水压力4.1土的变形特性试验方法4.1.2常规三轴压缩试验阀门V2关闭施加σ3，测⊿u1，得孔压系数B维持σ3，施加σ1-σ3，测⊿u2，则可计算孔压系数A4.1土的变形特性试验方法4.1.2常规三轴压缩试验zz1Ei1EtzztzzddEE切线模量secEt随应力增大而变小)1(21211331vv泊松比割线变形模量维持围压不变4.1土的变形特性试验方法4.1.2常规三轴压缩试验1212sEE侧限压缩试验常规三轴试验zpz4.1土的变形特性试验方法4.1.3土的变形特点和本构关系土的主要变形特征：非线性弹塑性剪胀（缩）性压硬性时间效应3112131121非线性弹性31113243111324弹塑性线弹性-理想塑性311f1E311f311f1E4.1土的变形特性试验方法土的本构模型：4.1.3土的变形特点和本构关系4.2土的一维压缩性指标4.2.1压缩曲线与压缩性指标ea'(kP)01002003004000.60.70.80.91.0epp）（压缩系数1-kPapea)(10kPaaepEs侧压缩模量01ee011eaEmsv体积压缩系数a'(kP)ee-p曲线缺点：不能反映土的应力历史4.2土的一维压缩性指标4.2.1压缩曲线与压缩性指标p4.2土的一维压缩性指标4.2.1压缩曲线与压缩性指标peCclg10010000.60.70.80.9eCc11Ce压缩指数Ce回弹指数（再压缩指数）CeCc，一般Ce≈0.1-0.2Cc特点：有一段较长的直线段指标：p/kPae-lgp坐标系4.2土的一维压缩性指标4.2.1压缩曲线与压缩性指标压缩性指标：Es、a、mv、Cc1p2p建筑地基基础设计规范：p1=100KPa，p2=200KPa低压缩性土:α1-20.1Mpa-1，Cc0.033中压缩性土:0.1≤α1-20.5Mpa-1,0.033≤Cc0.167高压缩性土:α1-2≥0.5Mpa-1,Cc≥0.167应力历史与应力应变关系zpz上覆土取样或剥蚀加载或再覆土应力历史非常重要4.2土的一维压缩性指标4.2.2先期固结压力4.2土的一维压缩性指标4.2.2先期固结压力先期固结压力Pc：土层在历史上曾经经受的最大固结压力正常固结土：超固结土：欠固结土：OCR=1：正常固结OCR1：超固结OCR1：欠固结相同σcz时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小超固结比OCR：4.2土的一维压缩性指标4.2.2先期固结压力4.2土的一维压缩性指标4.2.2先期固结压力ep(lg)A132F．pcrmin(f)F点对应于先期固结压力pc(b)作水平线1(c)作A点切线2(d)作1,2的角分线3(e)3与试验曲线的直线段交于点F(a)在e-lgσ’压缩试验曲线上，找曲率最大点A4.2土的一维压缩性指标4.2.3原位压缩曲线和原位再压缩曲线0.1110p(100kPa)1.00.80.60.4ee00.42e0扰动增加原状样重塑样有一段较长的直线段起始状态相同、扰动程度不同，压缩曲线最终趋近于同一条直线0.42e0扰动越小，压缩曲线越接近于直线4.2.3原位压缩曲线和原位再压缩曲线4.2土的一维压缩性指标e-lgP曲线的特点：elg'lgp4.2.3原位压缩曲线和原位再压缩曲线4.2土的一维压缩性指标正常固结土：0e0e42.0BC①确定先期固结压力pc②过e0作水平线与pc作用线交于B。由假定①知，B点必然位于原状土的初始压缩曲线上；③以0.42e0在压缩曲线上确定C点，由假定②知，C点也位于原状土的初始压缩曲线上；①土样取出以后e不变，等于原状土的初始孔隙比e0，因而，（e0,pc）点应位于原状土的初始压缩曲线上；②0.42e0时，土样不受到扰动影响。推定：④通过B、C两点的直线即为原位压缩曲线。pc超固结土：①土取出地面后体积不变，即（e0,γh）在原位再压缩曲线上；②再压缩指数Ce为常数；③0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动影响。推定：①确定pc，γh的作用线；②过e0作水平线与γh作用线交于D点；⑤直线BC即为原位压缩曲线。0eelg'CBD③过D点作斜率为Ce的直线，与pc作用线交于B点，DB为原位再压缩曲线；④过0.42e0作水平线与e-lgp曲线交于点C；ps()lgp4.2.3原位压缩曲线和原位再压缩曲线4.2土的一维压缩性指标pcγh4.3地基沉降量tSSd：初始瞬时沉降Ss:次固结沉降Sc：主固结沉降scdSSSS4.3地基沉降量4.3.1一维压缩基本课题压缩前szσszH2压缩后1szp1e2szzp2e侧限条件σz=ppHH/2H/2e1Vs1e1Vs2e12zv11eee1e1eHHsvzHeees12114.3地基沉降量4.3.1一维压缩基本课题ee1e2p1p2ppHeees12111221ppeepeapHeaHppeas11211)(1pHEHppEsss1)(112AmpHmsvve-p曲线公式中的p1、p2、p是什么，怎么计算？4.3地基沉降量4.3.1一维压缩基本课题p：作用于土层厚度范围内的平均附加应力A：作用于土层厚度范围内的附加应力分布图面积，A=pHe-lgp曲线可使用推定的原状土压缩曲线；可以区分正常固结土和超固结土并分别进行计算。正常固结土：4.3地基沉降量4.3.1一维压缩基本课题121121lg11-ppeHCHeeesc1e2eACelg'1p2plgpe-lgp曲线超固结土(并p2ipci)：1e2eBCelg'1p2ppcA4.3地基沉降量4.3.1一维压缩基本课题lgpccceppeHCppeHCs2111lg1lg1超固结土(并p2pc)：12lg1ppeHCsoezszszpp214.3地基沉降量4.3.2沉降计算的分层总和法1、基本假定和方法基底压力为线性分布弹性理论计算基底中心点下附加应力侧限条件只计算主固结沉降iSS4.3地基沉降量4.3.2沉降计算的分层总和法2、计算步骤不考虑地基回弹的情形：•沉降量从原基底算起；•适用于基础底面积小，埋深浅，施工快。考虑地基回弹的情形：•沉降量从回弹后的基底算起；•基础底面大，埋深大，施工期长。4.3.2沉降计算的分层总和法2、计算步骤——不考虑回弹d地面基底1）计算原地基中自重应力分布2）基底附加压力p0pp0dp0=p-d3）确定地基中附加应力z分布自重应力附加应力沉降计算深度σz从基底算起；σz是由基底附加应力p-γd引起的4.3.2沉降计算的分层总和法2、计算步骤——不考虑回弹d地面基底pp0d自重应力附加应力4）确定计算深度zn①一般土层：σz=0.2σsz；②软粘土层：σz=0.1σsz；③一般房屋基础：Zn=B(2.5-0.4lnB)；④基岩或不可压缩土层。沉降计算深度d地面基底pp0d自重应力附加应力沉降计算深度5）地基分层Hi①不同土层界面；②地下水位线；③每层厚度不宜0.4b或4m；④z变化明显的土层，适当取小。7)各层沉降量求和si6)计算每层沉降量sisziziHi4.3.2沉降计算的分层总和法2、计算步骤——不考虑回弹4.3.2沉降计算的分层总和法2、计算步骤——不考虑回弹规范法：iiieaHpeasiiiiiA1111siiisiiEHpEsA1i)(A110iiiiizazap)(110iiiisiizzEpsiiHeees12112、计算步骤——考虑回弹4.3.2沉降计算的分层总和法i层地基的沉降量Si=再压缩沉降量S1i+压缩沉降量S2isziszi-dzi可以当作超固结土处理先期固结压力：pci=szi加载前应力：p1i=szi-d加载后应力：p2i=szi-d+ziszidsziszidziBCeA1ie2ie2、计算步骤——考虑回弹4.3.2沉降计算的分层总和法szii1iei1isziHsClg1edszizii2ici1iszidHsClg1ei1i2isss3、沉降量的修正4.3.2沉降计算的分层总和法sss基底附加应力2.54.07.015.020.0p0fk1.41.31.00.40.2p00.75fk1.11.00.70.40.2sEsiiisEAAE当地基为一均匀土层时，直接用土层Es查表；地基为多层土，应计算Es的当量值，Ai为第i层土附加应力系数曲线围成的面积iiziziizizihaahA22113、沉降量的修正4.3.2沉降计算的分层总和法sEAi为第i层土附加应力分布图的面积1、计算自重应力1、计算自重应力2、计算基底接触压力3、计算基底附加压力4、基础中心点下地基中竖向附加应力，l/b=1，z/b，zi=4ksp05、确定沉降计算深度，7米6、计算基础中心点最终沉降量，利用e-p曲线iz1HEsisii7、按规范法求解，利用平均附加应力系数8、沉降经验系数MPaEs766.32304065.03147092.02994134.02802203.03398343.03046614.05978936.0065.0094.0134.0203.0343.0614.0936.0EAAsiii查表4-6，74.1232.132.1ssss