第05章土的压缩性与地基土的沉降计算名师编辑PPT课件.ppt

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1、 力学性质力学性质：是土在外力作用下所表现出来的性质。：是土在外力作用下所表现出来的性质。土的力学性质包括压缩性、抗剪性以及动力特性。土的力学性质包括压缩性、抗剪性以及动力特性。前两者又称为土的变形和强度特性，是静力作用前两者又称为土的变形和强度特性，是静力作用下的力学性质。土的力学性质是土的工程性质的下的力学性质。土的力学性质是土的工程性质的重要组成部分，与建筑物的稳定和正常使用关系重要组成部分，与建筑物的稳定和正常使用关系极为密切，其指标可被工程设计直接采用。极为密切，其指标可被工程设计直接采用。土的压缩性和抗剪性土的压缩性和抗剪性是在不同应力状态下表现出是在不同应力状态下表现出来的。在压

2、应力作用下，土体产生压缩变形，表来的。在压应力作用下，土体产生压缩变形，表现出可压缩性；在剪应力作用下，土体产生剪切现出可压缩性；在剪应力作用下，土体产生剪切变形，表现出土的抗剪性或强度特征。土的力学变形，表现出土的抗剪性或强度特征。土的力学性质主要取决于土的物质组成、结构特征；同时，性质主要取决于土的物质组成、结构特征；同时，与受力条件关系密切。与受力条件关系密切。5 5 土的压缩性与地基土的沉降计算土的压缩性与地基土的沉降计算 土体的变形土体的变形 土在受到外力作用时，在不同的压力水平下，土体变形性质土在受到外力作用时，在不同的压力水平下，土体变形性质是不同的。是不同的。当压力较小时，随着

3、压力的增长，土体逐渐压缩，压缩量与当压力较小时，随着压力的增长，土体逐渐压缩，压缩量与压力之间基本成直线关系，称为压密阶段；当压力增长到一压力之间基本成直线关系，称为压密阶段；当压力增长到一定程度后，随着压力的增长，压缩量与压力之间不再是直线定程度后，随着压力的增长，压缩量与压力之间不再是直线关系，而是随着压力的增长，压缩量增长的速度加快，两者关系，而是随着压力的增长，压缩量增长的速度加快，两者之间呈曲线关系，称为剪切变形阶段；当压力增长到相当高之间呈曲线关系，称为剪切变形阶段；当压力增长到相当高的水平时，土体内形成贯通的破裂面，土体沿破裂面产生破的水平时，土体内形成贯通的破裂面，土体沿破裂面

4、产生破坏，压缩量在压力变化很小的情况下急剧增大而不能稳定，坏，压缩量在压力变化很小的情况下急剧增大而不能稳定，称为破坏阶段。称为破坏阶段。土的压缩性主要是指压密阶段的变形。研究压缩变形的主要土的压缩性主要是指压密阶段的变形。研究压缩变形的主要目的是进行地基沉降计算。目的是进行地基沉降计算。土的抗剪性及抗剪强度研究在地基承载力和稳定、土坡稳定土的抗剪性及抗剪强度研究在地基承载力和稳定、土坡稳定性以及挡土墙和地下结构上的土压力等研究领域和工程领域性以及挡土墙和地下结构上的土压力等研究领域和工程领域具有广泛的用途。具有广泛的用途。5.1 5.1 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 地基最终沉降量地基

5、最终沉降量 5.3 5.3 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系 5 5 土的压缩性与地基土的沉降计算土的压缩性与地基土的沉降计算定义：土在受到外力定义：土在受到外力(主要是压力主要是压力)作用下发作用下发生变形，体积缩小的性质称为生变形，体积缩小的性质称为土的压缩性土的压缩性。1 1、土体在外力作用下的压缩过程、土体在外力作用下的压缩过程对于对于饱和土体饱和土体，土是由固体颗粒和水组成的。土，土是由固体颗粒和水组成的。土受到外力作用时，首先是由孔隙水承担这种压力，受到外力作用时，首先是由孔隙水承担这种压力，在受作用范围内的孔隙水压力升高，与外围孔隙在受作用范围内的孔隙水压力升高，与外围孔

6、隙水形成水头压力差，于是在水头差的作用下，水水形成水头压力差，于是在水头差的作用下，水从孔隙中流出，孔隙水压力减小，外力转移到土从孔隙中流出，孔隙水压力减小，外力转移到土粒上，粒间压力逐渐增大，颗粒向孔隙内移动，粒上，粒间压力逐渐增大，颗粒向孔隙内移动，土体发生压缩变形。土体发生压缩变形。非饱和土非饱和土的压缩过程较饱和土要复杂一些。受压的压缩过程较饱和土要复杂一些。受压初期，压力作用在土粒上，土体积压缩，随着土初期，压力作用在土粒上，土体积压缩，随着土中孔隙体积的减少，土体逐渐达到饱和状态，成中孔隙体积的减少，土体逐渐达到饱和状态，成为饱和土，以后的压缩过程与饱和土相同。为饱和土，以后的压缩

7、过程与饱和土相同。2 2、土压缩的特点、土压缩的特点（1 1）土的压缩主要是由于孔隙体积减小而引）土的压缩主要是由于孔隙体积减小而引起的，而在工程上一般的压力起的，而在工程上一般的压力(100600kpa)(100600kpa)作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量非作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量非常微小，可以忽略。常微小，可以忽略。压缩量的组成压缩量的组成n固体颗粒的压缩固体颗粒的压缩n土中水的压缩土中水的压缩n空气的排出空气的排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/400不到，不到，忽略不计忽略不计压缩量主要组成部分压缩量主要组成部分（2 2）压缩往往需要一定的时间。）压缩往

8、往需要一定的时间。土体在压力土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程称为土的作用下，压缩量随时间增长的过程称为土的固固结结。固结时间的长短与土的透水性有关。砂土固结时间的长短与土的透水性有关。砂土等粗颗粒的土，由于渗透性好，孔隙水容易排等粗颗粒的土，由于渗透性好，孔隙水容易排出，因此，固结时间短；粘性土的透水性差，出，因此，固结时间短；粘性土的透水性差，土中水沿孔隙排出速度很慢，固结往往需要很土中水沿孔隙排出速度很慢，固结往往需要很长的时间。长的时间。无粘性土无粘性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出压缩

9、稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长一段时间3 3、侧限条件下的压缩性、侧限条件下的压缩性土的压缩性主要通过压缩试验以及试验指土的压缩性主要通过压缩试验以及试验指标进行研究。压缩试验一般采用侧限压缩标进行研究。压缩试验一般采用侧限压缩试验。试验。侧限侧限(侧向限制的简称侧向限制的简称)条件条件：天然结构的土：天然结构的土只发生竖向单向压缩，侧向不发生变形的只发生竖向单向压缩，侧向不发生变形的条件。又称为条件。又称为无侧胀无侧胀(侧向膨胀侧向膨胀)条件条件。实际土体侧向分布广泛，其上作用有限面实际土体侧向分布广泛，其上作用有限面积荷载的情况，可以看作侧限条件。此时，积荷载的情况，可以看作侧限条件

10、。此时，可以使用侧限条件下的压缩性指标。可以使用侧限条件下的压缩性指标。1)1)压缩试验压缩试验又称固结试验又称固结试验水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形St1e2e0e3e1s2s3se试验结果：试验结果：Pt1p2pp3土的压缩是由于孔隙体积减小，所以土的变形常用孔隙比孔隙比表示。室内压缩试验采用的试验装置室内压缩试验采用的试验装置固结仪固结仪 侧限压缩试验装置侧限压缩试验装置1压力容器；2透水石3环刀，4传压板，5荷载；6护环，7土样。2

11、2）压缩曲线与压缩系数压缩曲线与压缩系数通过压缩试验获得压缩与时间的关系曲线通过压缩试验获得压缩与时间的关系曲线(h/ph/p曲线曲线)，确定各级荷载，确定各级荷载p p作用下稳定作用下稳定e e，绘制出压缩试验曲线绘制出压缩试验曲线(ep(ep曲线曲线)。压缩过程中，压缩过程中，某压力和不同时间下某压力和不同时间下 e e与与e e的的求取求取：土在未受压时，土样的高度为土在未受压时，土样的高度为h h0 0，底面面积为，底面面积为F F，原始孔隙比为原始孔隙比为e e0 0，则土粒的体积为，则土粒的体积为FhFh0 0/(1+e/(1+e0 0)。土受到压力土受到压力p p1 1作用压缩达

12、到稳定后，孔隙比变作用压缩达到稳定后，孔隙比变化为化为e e1 1，高度变化为，高度变化为h h1 1=(h=(h0 0-h h1 1)，土粒的体积，土粒的体积为为F(hF(h0 0-h h1 1)/(1+e)/(1+e1 1)。受压前后，土粒体积保持不变，即受压前后，土粒体积保持不变，即 101001111hhFeFhe 0101010011011)1(hhhheeehheee Vve0Vs1h0/(1+e0 0)h0VveVs1h1/(1+e)ph1 h1p受压前后，土粒受压前后，土粒体积保持不变体积保持不变 不同压力不同压力p p下的压缩稳定后的孔隙比下的压缩稳定后的孔隙比e e之间的关

13、系曲线称之间的关系曲线称为压缩曲线为压缩曲线。压缩曲线的形态反映土的压缩性。压缩曲线的形态反映土的压缩性。原状土原状土样的压缩曲线一般较扰动土样的压缩曲线平缓，这是因样的压缩曲线一般较扰动土样的压缩曲线平缓，这是因为扰动土样的结构遭到破坏，土变的疏松，压缩性大为扰动土样的结构遭到破坏，土变的疏松，压缩性大。不同的土，在相同荷载增量不同的土，在相同荷载增量 p p下，压缩曲线形状不一样。下，压缩曲线形状不一样。这是因为，不同土的这是因为，不同土的e e的增量的增量 e e是不同的。是不同的。加荷方式不同，土的压缩曲线的形状不同。压缩曲线、加荷方式不同，土的压缩曲线的形状不同。压缩曲线、回弹回弹(

14、卸荷卸荷)曲线、再压缩曲线的形状有较大的差异。曲线、再压缩曲线的形状有较大的差异。e0eppee-p曲线曲线曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性压缩性曲线曲线B压缩性压缩性由压缩曲线获得压缩性由压缩曲线获得压缩性指标，包括指标，包括压缩系数、压缩系数、压缩模量和变形模量压缩模量和变形模量等等反映土的压缩性的指标主要有压缩系数压缩系数、压缩压缩指数指数、压缩模量压缩模量和变形变形模量模量。压缩曲线上取任意两点压缩曲线上取任意两点MM1 1和和MM2 2，相应的压力和，相应的压力和孔隙比为孔隙比为p p1 1、e e1 1和和p p2 2、e e2 2，则两点之间连一直线，则两点之间连一直线，该直

15、线方程为该直线方程为e e1 1-e-e2 2=-a(=-a(p p1 1-p p2 2)压缩定律压缩定律 其中，其中，a a压缩系数压缩系数(正正的数值的数值)，单位为，单位为MPaMPa-1-1。tgppeea 1221p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线曲线pe1221 ppeepea 斜斜率率 压缩定律的物理含义压缩定律的物理含义为：在无侧胀条件下，为：在无侧胀条件下，在压力变化不大时，孔隙比的变化与压力的在压力变化不大时，孔隙比的变化与压力的变化成正比。变化成正比。压缩系数是反映土的压缩性大小的指标，压压缩系数是反映土的压缩性大小的指标，压缩系数越大，土的压缩性越强。缩系数越大

16、，土的压缩性越强。由于土的压缩曲线一般不是直线，所以，计由于土的压缩曲线一般不是直线，所以，计算压缩系数时所取的点的位置不同，压缩系算压缩系数时所取的点的位置不同，压缩系数值也不同。数值也不同。为了便于比较不同土的压缩性，为了便于比较不同土的压缩性，通常的压缩系数为通常的压缩系数为p p1 1=0.1MPa=0.1MPa、p p2 2=0.2MPa=0.2MPa所对应的所对应的压缩系数压缩系数a a1212。根据根据a a1212的土的压缩性分类（规范）的土的压缩性分类（规范）：a a12120.1MPa0.1MPa-1-1时为低压缩性土；时为低压缩性土；0.10.1 a a12120.511，即前期固结压力大于现在土自重应，即前期固结压力大于现在土自重应力。历史上地面因外力作用而冲蚀到目前的地力。历史上地面因外力作用而冲蚀到目前的地面高度。面高度。(3)(3)欠固结欠固结固结比固结比11，即前期固结压力小于现在土自重应，即前期固结压力小于现在土自重应力。土层在目前土自重下还没有达到完全固结。力。土层在目前土自重下还没有达到完全固结。新近堆积的粘性土常为欠固结土。新近堆积的粘性土常为欠