土的压缩性与地基沉降计算(513)

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1、第4章土的压缩性与土力学教学课件地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算是土力学的重点内容。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。地基土承受上部建筑物的荷载，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，影响建筑物的正常使用与安全。§4.1土的压缩性§4.1.1基本概念§4.1.1

2、基本概念地基土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和在上部荷载作用下地基中的应力分布情况。TowerofPisa（意大利比萨斜塔）这是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例。该塔自1173年9月8日动工，至1178年在建至第4层中部，高度约29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，于1272年复工，经6年时间，建完第7层，高48m，再次停工中断82年。于1360年再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m。TowerofPisa（意大利比萨斜塔）塔身呈圆筒形，1~6层由优质大理石砌

3、成，顶部7~8层采用砖和轻石料。1590年伽利略在此塔做落体实验，创建了物理学上著名的落体定律。斜塔成为世界上最珍贵的历史文物，吸引无数世界各地游客。全塔总重约145MN，基础底面平均压力约50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°，成为危险建筑。1990年1月4日被封闭。除加固塔身外，用压重法和取土法进行地基处理。目前已向游人开放。§4.1土的压缩性1、土的压缩性大§4.1.1基本概念⑴外因①建筑物荷载作用。（普遍存在的因素）②地下水位下降。相当于施加大面积荷载σ=(

4、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§4.1土的压缩性§4.1.1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

5、是主要外因，通过土中孔隙的压缩的内因发生实际效果。§4.1土体在外荷载作用下，内部孔隙压缩，挤出土中水与气体而使土的孔隙减小，产生压缩变形。土的压缩变形量随时间增大，直至稳定，是时间的函数。粘性土与无粘性土的压缩特点：前者需时长，后者需时短土的固结－－在压力作用下土体压缩量随时间增长的过程。§4.1.1基本概念§4.1土的压缩性§4.1土的压缩性§4.1.1基本概念土的颗粒越粗，孔隙越大，则透水性越大，因而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

6、性。饱和土体的孔隙中全部充满着水，要使孔隙减小，就必须挤出土中的水。故土的压缩与土孔隙中水的挤出同时发生。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透固结过程，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§4.1土的压缩性§4.1.2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（4.3a）所示。钢材应力与应变之比值称为弹性模量E（E＝σ/ε）。2、土的应力与应变关系及测定方法②圆

7、柱土体轴向受压应力与应变关系为非线性,呈曲线,如图4.3(b)所示。通过曲线上两点A，B的割线的斜率dσ/dε的比值称为变形模量E0。(E0＝dσ/dε)§4.1土的压缩性§4.1.2土的应力与应变关系⑵侧限压缩试验土样圆面积为50cm2，厚度为20mm的侧限土体竖直单向受压，土的孔隙比e减小，土体受压缩。此时，Δσz/Δεz的比值称为土的侧限压缩模量ES。试验结果如图4.3(c)所示。2、土的应力与应变关系及测定方法试验前σ＝0，孔隙比为e0，当σ加大时，孔隙比减小，呈曲线ab。当压力为σi时，孔隙比减小为ei，卸荷σ至零,曲线为bc，孔隙比增大为ei’,

8、孔隙比并未恢复到e0。e0-ei’为残留变形——塑性