土的压缩性和固结及地基变形计算.ppt

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1、土的压缩性与固结土的压缩性与固结知识点一 土的固结实验与压缩性指标知识点二 应力历史对土的压缩性影响知识点三 土的变形模量 知识点四 地基变形的弹性力学公式 知识点五 地基最终沉降量 知识点六 地基变形与时间关系 提要土的压缩变形问题土的压缩变形问题 土的压缩性与固结土的压缩性与固结试验方法试验方法压缩性指标压缩性指标先期固结压力的确定先期固结压力的确定土体实际变形土体实际变形F土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法F一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标F应力历史对压缩性影响应力历史对压缩性影响F土的变形模量土的变形模量F基础沉降计算基础沉降计算压缩曲线特点压缩曲线特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水

2、智者乐水墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：1709年年右部：右部：1622年年地基：地基：20多米厚粘土多米厚粘土工工 程程 实实 例例问题：问题：沉降沉降2.2米，且左右米，且左右两部分存在明显的两部分存在明显的沉降差。左侧建筑沉降差。左侧建筑物于物于1969年加固年加固知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水工工 程程 实实 例例Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水工工 程程 实实

3、例例基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水新建筑引起原有新建筑引起原有建筑物开裂建筑物开裂知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水工工 程程 实实 例例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水工工 程程 实实 例例建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁

4、者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水47m3915019419917587沉降曲线沉降曲线(mm)工工 程程 实实 例例建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的变形特性测定方土的变形特性测定方法法现场试验现场试验 荷载试验荷载试验 旁压试验旁压试验三轴应力状态三轴应力状态 侧限压缩试验侧限压缩试验 三轴压缩试验三轴压缩试验 其他特殊试验其他特殊试验室内试验室内试验一维问题一维问题知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水常规三轴压

5、缩试验常规三轴压缩试验 试样试样围压围压力力 3阀门阀门阀门阀门马达马达横梁横梁量力环量力环百分表百分表量水管量水管孔压孔压量测量测类型类型施加施加 3 3施加施加 1 1-3 3量测量测固结固结排水排水固结固结排水排水体变体变固结固结不排水不排水固结固结不排水不排水孔隙水孔隙水压力压力不固结不固结不排水不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水孔隙水压力压力常用试验类型常用试验类型知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水zzE 31xz 变形模量：变形模量：泊松比：泊松比：n 一般化的应力应变曲线一般化的应力应变曲线31 1 e p 1 1E

6、i1 1Et土的一般化的应力应变曲线土的一般化的应力应变曲线 弹性模量弹性模量固结排水试验固结排水试验 与围压有关与围压有关 非线性（弹塑性）非线性（弹塑性）剪胀性剪胀性知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 固结容器：固结容器：环刀、护环、导环、透水环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等石、加压上盖和量表架等F 加压设备：加压设备：杠杆比例杠杆比例1:101:10F 变形测量设备变形测量设备侧限压缩（固结）仪侧限压缩（固结）仪支架支架加压设备加压设备固结容器固结容器变形测量变形测量知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固

7、结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水施加荷载，静置至施加荷载，静置至变形稳定变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器n 侧限压缩试验P1s1e1e0pte stn 测定：测定：轴向压缩应力轴向压缩应力 轴向压缩变形轴向压缩变形P2s2e2P3s3e3知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水侧限压缩试验侧限压缩试验 侧限变形（压缩）模量：侧限变形（压缩）模量：n 压缩曲线及特点压缩曲线及特点土的一般化的压缩曲线土的一般化的压缩曲线)(00e1e 1 1Es

8、1 1Eez=pz非线性非线性弹塑性弹塑性zzsE 加载：加载：zzeE 卸载和重加载：卸载和重加载：知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水常规三轴与侧限压缩试验常规三轴与侧限压缩试验n 应力应变关系应力应变关系曲线的比较曲线的比较F 常规三轴：常规三轴：存在破坏应力存在破坏应力F 侧限压缩试验：侧限压缩试验：不存在破坏应力不存在破坏应力 存在体积压缩极限存在体积压缩极限)(00e1e z=pz侧限压侧限压缩试验缩试验常规三常规三轴试验轴试验知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水

9、土体变形的机理土体变形的机理 弹性变形弹性变形 接触点处弹性变形接触点处弹性变形 弹性挠曲变形弹性挠曲变形 颗粒翻转的可逆性颗粒翻转的可逆性 封闭气泡受压封闭气泡受压 塑性变形塑性变形 大孔隙消失大孔隙消失 接触点颗粒破碎接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂扁平颗粒断裂土体的变形特性土体的变形特性土体的特点：散粒体土体的特点：散粒体F体应变主要由孔隙体积变化引起体应变主要由孔隙体积变化引起F剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的本构

10、模型土的本构模型1E1-3f 11-3 1121-3 11234线弹性线弹性-理想塑性理想塑性非线性弹性非线性弹性弹塑性弹塑性知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标F -p（或（或）曲线）曲线F e p（或（或）曲线）曲线F e lgp（或（或lg）曲线）曲线F 先期固结压力先期固结压力F 原位压缩曲线及原位再压缩曲线原位压缩曲线及原位再压缩曲线由侧限压缩试由侧限压缩试验整理得到的验整理得到的三条常用曲线三条常用曲线知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐

11、水智者乐水侧限压缩试验侧限压缩试验百分表百分表试样试样环刀环刀P1S1e1e0pte stP2S2e2P3S3e3n 已知：已知：试样初始高度试样初始高度H H0 0 试样初始孔隙比试样初始孔隙比e e0 0n 试验结果：试验结果：每级压力每级压力p p作用下，作用下，试样的压缩变形试样的压缩变形S S知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 -p曲线曲线 pEs初始加载初始加载Es卸载和重加载卸载和重加载EeP1s1e1e0pte stP2s2e2P3s3e31 1Es1 1Eep(kPa)=s/H0n 体积压缩系数：体积压缩系数：sv

12、E1m 单位压应力变化引单位压应力变化引起的单位体积的体起的单位体积的体积变化积变化n 侧限压缩（变形）模量侧限压缩（变形）模量KPa,MPa知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1e0e孔隙孔隙固体固体颗粒颗粒H0See1e1SHH000 000HS)e1(ee 侧限压缩试验侧限压缩试验由三相草图：由三相草图：可得到可得到e-p关系关系知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.压缩系数压缩系数(compressibility coefficient)a土体在侧限条件下孔隙比减少

13、量与竖向压土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应应力增量的比值力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线曲线pe规范规范用用p1100kPa、p2200kPa对应的压缩对应的压缩系数系数a1-2评价土的压缩评价土的压缩性性1221 ppeepea斜斜率率压缩性指标压缩性指标F不同土的压缩系数不同，不同土的压缩系数不同，a越大，土的压缩性越越大，土的压缩性越大大F同种土的压缩系数同种土的压缩系数a不不是常数，与应力是常数，与应力p有关有关F通常用通常用a1-2即应力范围即应力范围为为100-200 kPa的的a值对值对不同土的压缩性进行比不同土的压缩性进行比较。较。仁者乐山仁者乐山

14、智者乐水智者乐水e-p曲线曲线压缩系数压缩系数a土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土0.1压缩系数压缩系数a1-2常用作常用作比较土的压缩性大小比较土的压缩性大小压缩系数：压缩系数：pea 0100200 3000.60.70.80.91.0e epep(kPa)知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 压缩系数压缩系数n 侧限压缩模量侧限压缩模量0s1eEa vs01amE1e n 体积压缩系数体积压缩系数压缩指标间的关系压缩指标间的关系1e0e孔隙孔隙

15、固体固体颗粒颗粒e pEspea 0e1e 压缩模量与体积压缩系数压缩模量与体积压缩系数仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce ep(kPa，lg)e-lgp曲线曲线Ce 回弹指数回弹指数 （再压缩指数）（再压缩指数）Ce s：超固结土超固结土 p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR1：欠固结欠固结n 超固结比：超固结比：如土层当前如土层当前承受的自重承受的自重压力为压力为 sF 相同相同 s 时，一般时，一般OCROCR越大，土越密实，压缩性越小越大，土越密实，压缩性越小仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水e ep(lg)在

16、先期固结压力在先期固结压力 p附附近发生转折，据此可近发生转折，据此可确定确定 p先期固结压力先期固结压力BACD pFAB：沉积过程，到：沉积过程，到B点应点应力为力为 pFBC：取样过程，应力减：取样过程，应力减小，先期固结压力为小，先期固结压力为 pFCD：压缩试验曲线，开：压缩试验曲线，开始段位于再压缩曲线上，始段位于再压缩曲线上，后段趋近原位压缩曲线后段趋近原位压缩曲线原位压原位压缩曲线缩曲线沉积过程沉积过程取样过程取样过程压缩试验压缩试验知识点二知识点二 应力历史对土的压缩性的影响应力历史对土的压缩性的影响仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水e ep(lg)CD1.1.在在e-lge-lgp曲线上，找出曲线上，找出曲率最大点曲率最大点m m2.作水平线作水平线m13.作作m点切线点切线m24.作作m1,m2 的角分线的角分线m35.m3与试验曲线的直线段与试验曲线的直线段交于点交于点B6.B点对应于先期固结压点对应于先期固结压力力 pmrmin1 12 23 3 p p先期固结压力先期固结压力 p p的确定的确定n Casagrande Casagrande 法法AB知识点二