土的压缩性与地基沉降

1. 土力学地基基础 土的压缩性与地基沉降

2. 第五章 土的压缩性和地基沉降 地基的沉降及不均匀沉降 墨西哥城

3. 第五章 土的压缩性和地基沉降 著名的比萨斜塔 意大利

4. 第五章 土的压缩性和地基沉降 土具有压缩性 荷载作用 荷载大小 地基发生沉降 土的压缩特性 沉降具有时间效应－固结 均匀沉降 （沉降量） 不均匀沉降 （沉降差） 地基厚度 影响结构物的安全和正常使用

5. 第五章 土的压缩性和地基沉降 什么是土的压缩性？ 土体在压力作用下体积减小的特性 固体土颗粒本身被压缩 土压缩的原因 土空隙中水及封闭气体被压缩 水和气体从孔隙中被挤出

6. 第五章 土的压缩性和地基沉降 室内压缩试验与压缩性指标 测定： 竖向压应力 竖向变形 • 逐级施加荷载，至变形稳定 百分表 试验结果： 传压板 水槽 环刀 内环 透水石 试样

7. p si h0 hi h0/(1+e0) hi/(1+e) 第五章 土的压缩性和地基沉降 压缩试验结果整理 Vv＝e0 V’v＝ei Vs＝1 Vs＝1 土粒体积、横截面在受压前后保持不变 其中

8. e-p压缩曲线 第五章 土的压缩性和地基沉降 压缩试验结果曲线 e - p曲线 e - lgp曲线 e-lgp压缩曲线 e e 0.9 e0 0.8 0.7 ei 0.6 p pi 100 1000 e-p曲线 e-lgp曲线

9. 压缩曲线 第五章 土的压缩性和地基沉降 侧限压缩性指标：压缩系数a e （MPa-1） e0 M1 《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性 e1 △e M2 e2 △p β p p1 p2 e-p曲线 实际工程中，往往用割线斜率表示

10. 1 Cc 0.9 0.8 0.7 0.6 100 1000 第五章 土的压缩性和地基沉降 侧限压缩性指标：压缩指数Cc e e-lgp曲线

11. 第五章 土的压缩性和地基沉降 侧限压缩性指标：压缩模量Es 土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。 侧限压缩模量单位： Mpa，Kpa

12. 第五章 土的压缩性和地基沉降 土的压缩性原位测试 反力梁 千斤顶 百分表 1－承压板 2－千斤顶 3－百分表 4－平台 5－支墩 6－堆载 基准梁 荷载板 地基土现场载荷试验图

13. 第五章 土的压缩性和地基沉降 土的压缩性原位测试 试验加荷标准： 1）加荷等级应不小于8级，最小加荷量不应小于设计荷载的2倍； 2）每级加荷后，按间隔10、10、10、15、15min，以后为每30min读一次沉降量，沉降量＜0.1mm/h认为稳定可以加下一次荷载； 3）除第一次，其后每次加荷，对松软土10～25kPa，对坚硬土50kPa。凭观测累计荷载下的沉降量s，直到达到以下状况终止加载： Pcr Pu P o S1 ar b c s 荷载试验p～S曲线

14. 应力历史对地基沉降的影响 天然土层应力历史 根据土的先（前）期固结压力pc与现有土层自重应力p1之比，可把天然土层划分为三种固结状态。 正常固结状态 超固结状态 欠固结状态 超固结比：

15. 应力历史对地基沉降的影响 先期固结压力pc的确定 直线段延长线与A3相交于B 过A点作水平线A1 曲率半径最小的一点A 作∠1A2平分线A3 B点对应的有效应力即为先期固结压力 过A点作切线A2

16. 应力历史对地基沉降的影响 考虑应力历史影响的地基最终沉降计算 • 正常固结土 确定pc 作e0线与pc相交于b点 作e=0.42e0线得c点

17. 应力历史对地基沉降的影响 • 超固结土 过b1作fg平行线，与pc相交于b点 （1）△p＞pc－p1的各分层总沉降量： 确定b1点 确定pc （2）△p≤pc－p1的各分层总沉降量： （3）总沉降量： 确定c点 回弹在压缩曲线

18. 应力历史对地基沉降的影响 • 欠固结土 土自重应力继续固结沉降 地基附加应力引起沉降 按正常固结土方法求得原始压缩曲线

19. 地基沉降计算 最终沉降量S∞的计算 p 可压缩层 σz=p 不可压缩层 t∞时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量。 地基表面的竖向变形，称为地基沉降，或基础沉降。

20. 地基沉降计算 最终沉降量S∞的计算方法——分层总和法 基本假定 • （a）假设基底压力为线性分布 ，认为土质是均匀的 • （b）采用基础中心点下附加应力为计算依据 • （c）不考虑土的侧向变形 计算所用知识和公式 • 所用知识：土的压缩性指标+地基应力 • 计算公式：

21. 地基沉降计算 d σc线 σz线 地基沉降计算深度 计算步骤 • 确定基础沉降计算深度 一般σz=0.2σc 软土σz=0.1σc（若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止） • 确定地基分层 1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面 2.每层厚度hi ≤0.4b

22. 地基沉降计算 d σc线 σz线 地基沉降计算深度 • 计算地基应力 1）计算基底接触应力 2）计算基底附加应力 3）计算地基附加应力 • 计算各分层沉降量 根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量 • 计算基础最终沉降量

23. 地基沉降计算 最终沉降量S∞的计算方法：《建规》推荐法 《建规》推荐法的要点 (1)引入平均附加应力系数的概念 (2)引入一个沉降计算经验系数ψs则修正后的地基沉降量为： 沉降计算经验系数

24. 第五章 土的压缩性和地基沉降 有效应力原理 一、土中二种应力试验 在直径和高度完全相同的甲、乙两个量筒底部，放置一层松散砂土，其质量与密度完全一样。在甲量筒中放置若干钢球，使松砂承受σ的压力；在乙量筒中小心缓慢地注水，在砂面以上高度h正好使砂层表面也增加σ的压力。 现象：甲中砂面下降，砂土发生压缩。乙中砂面并不下降，砂土未发生压缩。

25. 第五章 土的压缩性和地基沉降 有效应力原理 结论：甲、乙两个量筒中的松砂顶面都作用了相同的压力σ，但产生两种不同的效果，反映土体中存在两种不同性质的力： 1、由钢球施加的应力，通过砂土的骨架传递的应力（有效应力σ’），能使土层发生压缩变形，从而使土的强度发生变化； 2、由水施加的应力通过孔隙水来传递（孔隙水压力u），不能使土层发生压缩变形。 1）任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和； 2）土的变形是有效应力引起的。

26. 饱和土的渗透固结 • 土的固结过程中某一时间t的固结沉降量s1与固结稳定的最终沉降量s之比 固结度 Ut？ 1）当t=0时， st=0，则Ut=0，即固结完成0%； 2）当固结稳定时， st=s,则Ut=1，即固结基本上达到100%。 固结度的变化范围为0～1，它表示在某一荷载作用下 经过t时间后土体所能达到的固结程度。

27. 饱和土的渗透固结 • 饱和土的渗透固结过程 （1）压力作用； （2）饱和土体中自由水的逐渐排除； （3）土体孔隙体积逐渐变小； （4）超孔隙水压力逐渐转移到土骨架上，由土粒来承 担，成为有效应力。 即：压力作用、排水、压缩、压力转移。 渗透固结所需时间的长短与土的渗透性和土层厚度有关，土的渗透性愈小、土层愈厚，孔隙水被挤出所需的时间愈长。

28. 渗透固结力学模型 土孔隙中的自由水 土中孔隙 土的骨架 （2）经过t时间后，水从活塞小孔排除，活塞下降使弹簧承受一定压力，此时，孔隙水压力逐渐减小，有效应力逐渐增加 。 （1）骤然施加压力的瞬间，水来不及排除，压力完全由水承担，弹簧不受力。 （3）当t很长时，筒中水停止流出，压力完全作用在弹簧上，土体渗流固结结束。 饱和土的渗流固结过程是土中孔隙水压力（超静水压力）消散，逐渐转移为有效压力的过程。

29. 饱和土的渗透固结 砂 饱和粘土 1 砂

30. 饱和土的渗透固结 • 基本假设 1、土的排水和压缩，只限竖直单向。即水平方向不排水，不发生压缩； 2、土层均匀，完全饱和。在压缩过程中，渗透系数k和压缩模量保持不变； 3、附加应力以此骤加，且沿深度z均匀分布。

31. 饱和土的渗透固结 固结系数 • 初始条件 • 边界条件 双面排水

32. 饱和土的渗透固结 时间因子： 无量纲 双面排水时，取粘土层厚度的一半。 • H的确定： 单面排水时，取粘土层的厚度。 固结度

33. 饱和土的渗透固结 固结度与时间因素的关系图

34. 饱和粘性土地基沉降的三个阶段 固结沉降：荷载作用下，孔隙水逐渐挤出，孔隙体积相应减小，土体逐渐压密而产生的沉降，采用分层总和法计算。 瞬时沉降：加荷瞬间土孔隙水来不及排除，孔隙体积尚未变化，地基土在荷载作用下仅发生剪切变形时的沉降。采用弹性力学公式计算。 次固结沉降：是指超静孔隙水压力消散为0，在有效应力基本不变的情况下，随时间继续发生的沉降量。

35. 饱和粘性土地基沉降与时间的关系 • 碎石土、砂土的压缩性小，渗透性大，受力后固结稳定所需的时间短，可认为在施工期间地基沉降已全部或基本完成； • 粘土及粉土受力后固结稳定所需的时间很长，一般固结稳定需几年甚至几十年才完成。 • 低压缩性粘性土，施工期间可认为已完成最终沉降的50％～80％； • 中压缩性粘性土，施工期间可认为已完成最终沉降的20％～50％； • 高压缩性粘性土，施工期间可认为已完成最终沉降的5％～20％。 • 因此，一般只考虑粘土和粉土的变形与时间的关系。

36. 上海展览中心馆： • 展览馆中央大厅为框架结构，箱形基础，埋深7.27m；箱基顶面至塔尖，总高96.63m。地基为高压缩性淤泥质土。 • 1954年5月开工； • 1954年年底地基平均下沉量为60cm； • 1957年6月，最大下沉量146.55cm，最小122.8cm； • 1979年9月，平均下沉量160cm。