土力学4[1].土的压缩性和地基沉降计算

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1、第四章土的压缩性和地基沉降计算一、基本概念土在压力作用下，体积缩小的现象称为土的压缩性。土体产生体积缩小的原因：(1)固体颗粒的压缩；(2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解；(3)孔隙水和孔隙气体的排出。孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。因此土的压缩亦要经过一段时间才能完成。我们把这一与时间有关的压缩过程称为固结。二、压缩试验试验室测定土的压缩性的主要装置为固结仪。在这种仪器中进行试验，由于试样不可能产生侧向变形，只有竖向压缩。于是，我们把这种条件下的压缩试验称为单向压缩试验或侧限压缩试验。土的压缩是由于孔隙体积

2、的减小，所以土的变形常用孔隙比ｅ表示。三、压缩试验成果与压缩试验指标压缩试验成果(1):各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系曲线，简称ep曲线。(2):elogp曲线。(3):elnp曲线。压缩试验曲线特征压缩试验条件下土体体积变化特征：(1)卸荷时，试样不是沿初始压缩曲线，而是沿曲线bc回弹，可见土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形两部份组成。(2)回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体的又一表征；(3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。(4)当再加荷时的压力超过b点，再压缩曲线就趋于初始

3、压缩曲线的延长线。弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭气体的压缩和溶解，以及薄膜水的变形等造成的变形。塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。土体变形机理非常复杂，土体不是理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性、塑性的自然历史的产物。土的压缩性指标压缩系数：曲线上任一点的切线斜率。可表示为：式中负号表示随着压力p的增加，e逐渐减少。压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。为了实用方便，一般研究土中某点由原

4、来的自重应力p1增加到外荷作用下的土中应力p2(自重应力与附加应力之和)这一压力间隔所表征的压缩性时，土的压缩性可用割线斜率代替，则：式中a——土的压缩系数，kPa-1；p1——地基某深度处土中竖向自重应力，kPa；p2——地基某深度处土中自重应力与附加应力之和，kPa；e1——相应于p1作用下压缩稳定后的孔隙比；e2——相应于p2作用下压缩稳定后的孔隙比。为了便于应用和比较，通常采用压力由p1＝100kPa增加到p2＝200kPa时所得的压缩系数a1-2来评定土的压缩性：压缩模量(侧限压缩模量）：土在完全侧限条件下的竖向附

5、加压应力与相应的应变增量之比值（MPa)。即：也可表示为：Es的倒数成为土的体积压缩系数mv，亦即：mv表示单位压应力变化引起的单位体积变化(MPa-1)。地基沉降的组成在荷载作用下，地基土体发生变形，地面产生沉降。按土体变形机理总沉降S可以分成三部分：初始沉降Sd，固结沉降Sc从和次固结沉降Ss，可用下式表示：S＝Sd十Sc十Ss初始沉降(瞬时沉降）Sd地基加载后瞬时发生的沉降。在靠近基础边缘应力集中部位。地基中会有剪应变产生。对于饱和或接近饱和的粘性土，加载瞬间土中水来不及排出，在不排水和恒体积状况下，剪应变引起的侧向变

6、形，从而造成瞬时沉降。土体在附加应力作用下产生的瞬时变形。固结沉降Sc饱和与接近饱和的粘性土在荷载作用下，随着超静孔隙水压力的消散，土中孔隙水的排出，土骨架产生变形所造成的沉降(固结压密)。固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率。次固结沉降Ss主固结过程(超静孔隙水压力消散过程)结束后，在有效应力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形。这种变形的速率已与孔隙水排出的速率无关（土的体积变化速率），而是取决于土骨架本身的蠕变性质。次固结沉降既包括剪应变，也包括体积变化。次固结变形定义　？次固结变形为主固结变形完成后土体的变形。在

7、时间上把主固结变形和次固结变形截然分开的意见在学术界看法是不一致的。　　将地基沉降分成三部分是从变形机理角度考虑，并不是从时间角度划分的。地基固结沉降和次固结沉降难以在时间上分开。土的性质对沉降的影响砂土地基初始沉降是主要的、排水固结变形在荷载作用后很快完成。饱和软粘土地基固结沉降是主要的，需要很长时间才能完成。沉降计算方法初始沉降：采用弹性理论求解。固结沉降：根据固结确定试验参数，采用分层总和法求解。次固结沉降：根据蠕变试验确定参数，采用分层总和法求解。地基的最终沉降量（固结沉降）计算地基沉降是随时间而发展的。地基的最终沉

8、降量是指地基土在外荷作用下压缩稳定后的沉降量。对一般粘性土来讲，固结沉降是基础沉降或地基沉降的主要部分，通常所说的基础沉降一般都是指固结沉降。地基最终沉降量的计算常用方法有(传统的)分层总和法和规范推荐的分层总和法。分层总和法：在地基沉降计算深度范围内将地基土划分为若干分层来计算各分层的压