第四章土力学.pptx
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1、 4.1 4.1 概述概述概述概述基本概念基本概念基本概念基本概念地基中应力应力:自重应力、附加应力地基的变形变形:主要由附加应力附加应力产生影响地基变形因素因素:基底附加压力、土的压缩性、地下水位变化、地下采空、侵蚀、湿陷、膨胀、冻胀等。地基的竖向变形竖向变形沉降沉降:均匀沉降、不均匀沉降(沉降差、倾斜)对最大沉降量最大沉降量和沉降差沉降差应在规定的允许范围允许范围内。4.2 4.2 土的压缩性及压缩性指标(一)土的压缩性及压缩性指标(一)土的压缩性及压缩性指标(一)土的压缩性及压缩性指标(一)4.2.1 4.2.1 土的压缩性土的压缩性土的压缩性土的压缩性 土体材料的压缩压缩主要由三部分组
2、成组成:1.固体土颗粒本身被压缩,极小,工程上可忽略;2.土中液体水及封闭气体被压缩,在工程荷载下一般不计;3.受荷载作用后土中的水和气体从孔隙中挤出水和气体从孔隙中挤出,孔隙减小,土体压缩变形压缩变形。土压缩性的主要影响因素影响因素:1.土本身的性状土本身的性状:土粒级配、成分、结构构造、孔隙水等 2.环境因素环境因素:应力历史、应力路径、温度等 评价土的压缩性的方法方法:1.室内室内侧限压缩试验(室内固结试验);2.现场现场荷载试验 侧限压缩试验侧限压缩试验 是指土在压缩过程中只能发生竖向变形竖向变形,而不能发生侧向变形。加载方式加载方式 逐级逐级加载,要等到土样压缩相对稳定后才能施加下一
3、级荷载。可加载、卸载、再加载。4.2 4.2 土的压缩性及压缩性指标(二)土的压缩性及压缩性指标(二)土的压缩性及压缩性指标(二)土的压缩性及压缩性指标(二)侧限压缩试验示意图侧限压缩试验示意图 4.2.2 4.2.2 侧限压缩试验及土的压缩性指标侧限压缩试验及土的压缩性指标侧限压缩试验及土的压缩性指标侧限压缩试验及土的压缩性指标在侧限侧限压缩条件下(如图)(如图)压缩量压缩量计算公式:或 4.2 4.2 土的压缩性及压缩性指标(三)土的压缩性及压缩性指标(三)土的压缩性及压缩性指标(三)土的压缩性及压缩性指标(三)压缩曲线压缩曲线由压缩试验测定各级荷载由压缩试验测定各级荷载p pi i下土样
4、的稳定变形量下土样的稳定变形量s si i,按按压缩量公式计算压缩量公式计算e ei i,绘制,绘制孔隙比孔隙比与与压力压力关系曲线。关系曲线。4.2 4.2 土的压缩性及压缩性指标(四)土的压缩性及压缩性指标(四)土的压缩性及压缩性指标(四)土的压缩性及压缩性指标(四)e e p p曲线曲线e ello og g p p曲线曲线 土的压缩性指标土的压缩性指标土的压缩性指标土的压缩性指标(1)压缩系数压缩系数a a ep曲线上任一点的切线斜率斜率a表示压力p作用下的压缩性 当压力变化范围p1p2不大时,将相应的曲线用直线M1M2来代替 压缩系数压缩系数a a 值越大,土的压缩性就值越大,土的压
5、缩性就越大越大。4.2 4.2 土的压缩性及压缩性指标(五)土的压缩性及压缩性指标(五)土的压缩性及压缩性指标(五)土的压缩性及压缩性指标(五)e e p p压缩曲线压缩曲线 4.2 4.2 土的压缩性及压缩性指标(六)土的压缩性及压缩性指标(六)土的压缩性及压缩性指标(六)土的压缩性及压缩性指标(六)国家标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)取压力p1=100kPa、p2=200kPa 压力区间对应的压力系数a1-2评价土的压缩性。a1-20.1 MPa-1低压缩性土低压缩性土低压缩性土低压缩性土0.1 MPa-1a
6、1-20.5 MPa-1中压缩性土中压缩性土中压缩性土中压缩性土a1-20.5 MPa-1高压缩性土高压缩性土高压缩性土高压缩性土(2)压缩指数压缩指数 Cc elog p曲线直线段直线段的斜率 压缩指数压缩指数C Cc c越大,土的压缩性越大越大,土的压缩性越大。(3)压缩模量压缩模量Es 在完全侧限完全侧限条件下,土体竖向附加应力z与相应的应变增量z之比:压缩模量和压缩系数成反比,压缩模量越大压缩性越小压缩模量和压缩系数成反比,压缩模量越大压缩性越小。4.2 4.2 土的压缩性及压缩性指标(七)土的压缩性及压缩性指标(七)土的压缩性及压缩性指标(七)土的压缩性及压缩性指标(七)e ello
7、 og g p p曲线曲线 4.3.1 4.3.1 载荷试验载荷试验载荷试验载荷试验 载荷试验原理载荷试验原理 在试验土面上逐级加荷载并测定每级荷载下土的变形,绘制荷载-沉降曲线。载荷试验装置和方法载荷试验装置和方法 4.3 4.3 土的压缩性原位测试(一)土的压缩性原位测试(一)土的压缩性原位测试(一)土的压缩性原位测试(一)(a)堆重-千斤顶式 (b)地锚-千斤顶式 (c)基槽承载式 4.3 4.3 土的压缩性原位测试(二)土的压缩性原位测试(二)土的压缩性原位测试(二)土的压缩性原位测试(二)载荷试验方法及加荷标准载荷试验方法及加荷标准载荷试验方法及加荷标准载荷试验方法及加荷标准开挖试坑
8、试验时必须注意保持试验土层的原状结构和天然湿度第一级荷载相当于开挖试坑卸除土的自重应力第二级荷载以后每级荷载:软土1025kPa,硬土50kPa加荷等级不少于8级,最大加载量不少于荷载设计值的2倍测记承压板沉降量荷载试验终止加载的条件荷载试验终止加载的条件荷载试验终止加载的条件荷载试验终止加载的条件(1)承载板周围的土明显侧向挤出或发生裂纹;(2)沉降s急剧增大,荷载p 沉降s曲线出现陡降段;(3)在某一荷载下,24小时内沉降速率不能达到稳定标准;(4)沉降s0.08b(b为承压板宽度或直径)。地基应力与应变的关系地基应力与应变的关系地基应力与应变的关系地基应力与应变的关系 荷载-沉降曲线(p
9、-s 曲线)可以分为三个变形阶段:l 直线变形阶段(比例界限荷载或临塑荷载pcr)l 局部变形阶段(塑性变形区逐渐扩大,压力板沉降显著增大)l 完全破坏阶段(地基失稳破坏,极限荷载pu)实际荷载不允许达到极限荷载实际荷载不允许达到极限荷载pu,通常安全系数,通常安全系数K=23。4.3 4.3 土的压缩性原位测试(三)土的压缩性原位测试(三)土的压缩性原位测试(三)土的压缩性原位测试(三)地基土的变形模量地基土的变形模量地基土的变形模量地基土的变形模量 地基土的变形模量是指无侧限无侧限情况下单轴受压时应力与应变之比。p-s 曲线的oa段近似成直线关系,运用弹性理论计算变形模量变形模量E0为:式
10、中:pcr 比例界限荷载;s 实测的沉降量;沉降系数(方形板0.88,圆形板0.79);b 矩形荷载的短边或圆形荷载的直径。4.3 4.3 土的压缩性原位测试(四)土的压缩性原位测试(四)土的压缩性原位测试(四)土的压缩性原位测试(四)土的变形模量与压缩模量的关系土的变形模量与压缩模量的关系土的变形模量与压缩模量的关系土的变形模量与压缩模量的关系 变形模量E0是在现场土柱周围的土体起到一定的侧限作用测得的;而压缩模量Es是在室内土体完全侧限条件下测得的。理论上E0和Es可以通过材料力学进行换算。由理论换算两者的关系关系关系关系:注注注注:此关系是理论关系,由于实际中影响因素复杂,并不能完全反映
11、E0与Es之间的关系。4.3 4.3 土的压缩性原位测试(五)土的压缩性原位测试(五)土的压缩性原位测试(五)土的压缩性原位测试(五)4.3.2 旁压试验旁压试验 当基础埋深较大埋深较大在地下水位以下。试验原理试验原理:使工作腔的变形符合平面应变平面应变状态状态,腔体外部用一块弹性膜弹性膜包起来,其受到压力作用后产生膨胀膨胀,挤压孔周围的土。旁压试验曲线旁压试验曲线pV三个阶段:初步接触阶段(完全紧贴压力p0);似弹性阶段(近似直线段,临塑压力pf);塑性阶段(变形迅速增加,极限压力pl)。旁压模量旁压模量由曲线第二阶段的坡度可得:注:以上为水平向变形模量,对于各向异性注:以上为水平向变形模量
12、,对于各向异性材料尚需修正。材料尚需修正。4.3 4.3 土的压缩性原位测试(六)土的压缩性原位测试(六)土的压缩性原位测试(六)土的压缩性原位测试(六)4.4 4.4 地基的沉降量计算(一)地基的沉降量计算(一)地基的沉降量计算(一)地基的沉降量计算(一)地基沉降量的组成地基沉降量的组成瞬时沉降瞬时沉降 s sd d:地基受荷后立即发生的沉降主固结沉降主固结沉降 s sc c:土体的孔隙压缩而产生的沉降次固结沉降次固结沉降 s ss s:土骨架的蠕动变形所引起的沉降 因而,建筑物基础的最终沉降量最终沉降量:s s=s sd d+s sc c+s ss s计算最终沉降量的目的计算最终沉降量的目
13、的确定建筑物最大沉降量、沉降差倾斜及局部倾斜判断是否超过容许值 4.4.1 4.4.1 分层总和法分层总和法分层总和法分层总和法 基本假设和原理基本假设和原理 对地基土分层分层,每一层都认为符合胡克定律胡克定律 使用基底中心基底中心下的附加应力附加应力 地基土的变形条件假定为完全侧限条件,使用压缩模量压缩模量 沉降计算深度计算深度,因附加应力扩散随深度而减小,工程上计算至某一深度即可。分层总和法计算简图分层总和法计算简图 4.4 4.4 地基的沉降量计算(二)地基的沉降量计算(二)地基的沉降量计算(二)地基的沉降量计算(二)计算方法与步骤计算方法与步骤计算方法与步骤计算方法与步骤(1)计算基底
14、平均附加应力基底平均附加应力:(2)绘制分层剖面图分层剖面图分层厚度0.4b或12m;计算分层界面处的自重应力c和附加应力z;确定计算深度z=(0.10.2)c(3)对每个分层厚度分层厚度计算自重应力和附加应力平均值平均值p2=p1+z,可以查得p1e1,p2e2 4.4 4.4 地基的沉降量计算(三)地基的沉降量计算(三)地基的沉降量计算(三)地基的沉降量计算(三)分层总和法计算地基沉降量分层总和法计算地基沉降量(4)计算每一分层的压缩变形量 若已知土的侧限压缩模量Es 若已知土的压缩系数a 若已知土的压缩曲线ep(5)计算各层压缩变形量总和 分层总和法概念明确概念明确,计算简单计算简单。但
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