土力学-土的压缩性与地基沉降计算

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1、第3章土的压缩性与土力学教学课件地基沉降计算本章研究土的压缩性与地基沉降计算，这部分内容为土力学的重点。因为不少建筑工程事故，包括建筑物倾斜、建筑物严重下沉、墙体开裂、基础断裂，等等，都是土的压缩性高或压缩性不均匀，引起地基严重沉降或不均匀沉降造成的。客观地分析：地基土层承受上部建筑物的荷载，必然会产生变形，从而引起建筑物基础沉降。当建筑场地土质坚实时，地基的沉降较小，对工程正常使用没有影响。但若地基为软弱土层且厚薄不均，或上部结构荷载轻重变化悬殊时，基础将发生严重的沉降和不均匀沉降，其结果将使建筑物发生上述各类事故，影响

2、建筑物的正常使用与安全。分析地基土层发生变形的主要因素：其内因是土具有压缩性；其外因主要是建筑物荷载的作用。因此，为计算地基土的沉降，必须研究土的压缩性；同时研究在上部荷载作用下，地基中的应力分布情况。§3.1土的变形特性1、土的压缩性大§3.1.1　基本概念⑴外因①建筑物荷载作用。这是普遍存在的因素。②地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载σ=(γ-γ’)h③施工影响，基槽持力层土的结构扰动.④振动影响，产生震沉。⑤温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化⑥浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。2、地基土产生压缩的原因§3.1土的

3、变形特性§3.1.1　基本概念⑵内因土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分:①固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来说无意义；②土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载σ＝（100～600）Kpa作用下，很小，可忽略不计；③土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土的孔隙减小。2、地基土产生压缩的原因土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。上述因素中，建筑物荷载作用是主要外因，通过土中孔隙的压缩这一内因发生实际效果。§3.1土的变形特性§3.1.1　基本概念土的颗粒越粗，孔隙越大，则透水性越大，因而

4、土中水的挤出和土体的压缩越快，粘土颗粒很细，则需要很长时间。3、饱和土体压缩过程粘性土长期受荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象称为蠕变。这是土的又一特性。饱和土体的孔隙中全部充满着水，要使孔隙减小，就必须使土中的水被挤出。亦即土的压缩与土孔隙中水的挤出，是同时发生的。由于土的颗粒很细，孔隙更细，土中的水从很细的弯弯曲曲的孔隙中挤出需要相当长的时间，这个过程称为土的渗流固结过程，也是土与其它材料压缩性相区别的一大特点。4、蠕变的影响§3.1土的变形特性§3.1.2土的应力与应变关系⑴应力的基本概念①土体中任一点中的应力状

5、态，可根据所选定的直角坐标ox,oy,oz,用σx,σy,σz和三对剪应力τxy=τyx,τyz=τzy,τzx=τxz，一共六个应力分量来表示。1、土体中的应力§3.1土的变形特性§3.1.2土的应力与应变关系⑴应力的基本概念1、土体中的应力②法向应力的正负③剪应力的正负§3.1土的变形特性§3.1.2土的应力与应变关系⑵材料的性质1、土体中的应力①材料力学研究理想的均匀连续材料②土力学研究非均匀连续材料，土由固体、液体、气体三相组成的粒状材料。严格地说，土力学不能应用材料力学中的应力概念。但从工程角度看，土的颗粒很微小

6、，通常比土样尺寸小很多。例如，粉粒的粒径范围d=(0.05～0.005)mm,压缩试验土样ф≈80mm,d≈(1/1600～1/16000)ф。因此，工程上可以采用材料力学的应力概念。σcz=γz(kPa）　(3.1)§3.1土的变形特性§3.1.2土的应力与应变关系⑶水平土层中的自重应力——设地面为无限广阔的水平面，土层均匀，土的天然重度为γ。在深度为Z处取一微元体dxdydz，则作用在此微元体上的竖向自重应力σcz(如图3.2所示)为：1、土体中的应力水平方向法向应力为:σcx=σcy=k0σcz(kPa)(3.2)式

7、中k0――比例系数，称静止侧压力系数.k0＝0.33～0.72此微元体在重力作用下没有侧向变形和剪切变形；作用在此微元体上的剪应力为:τxy=τyz=τzx=0(3.3)§3.1土的变形特性§3.1.2土的应力与应变关系⑷主应力——凡剪应力τ＝0的平面上的法向应力σ，称为主应力，此平面称为主应面。σcz为大主应力，σcx=σcy为小主应力。1、土体中的应力⑸摩尔圆在τ－σ的直角坐标系中，在横坐标上点出最大主应力σ1与最小主应力σ3，再以σ1－σ3为直径作圆，此圆称为摩尔应力圆。微元体中任意斜截面上的法向应力σ与剪应力τ，可

8、用此摩尔圆来表示。见“4.2土的极限平衡条件”。§3.1土的变形特性§3.1.2土的应力与应变关系⑴单轴压缩试验①圆钢试件轴向受拉应力与应变关系呈直线关系。σ=0时,ε=0;σ=σ1时,ε=ε1。卸荷后由原来应力路径回到原点O，即为可逆，如图（3.3a）所示。钢材应力与应变之比值称为弹性模量E（E＝σ/