第三章 土的压缩变形 2019年1月2日2时52分.

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1 第三章 土的压缩变形 2019年1月2日2时52分

2 §3 土的压缩变形 墨西哥某宫殿 左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土 工程实例 问题：
§3 土的压缩变形 工程实例 墨西哥某宫殿 问题： 沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固。 左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土 2019年1月2日2时52分

3 由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
Kiss 由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触 2019年1月2日2时52分

4 基坑开挖，引起阳台裂缝 2019年1月2日2时52分

5 2019年1月2日2时52分

6 修建新建筑物：引起原有建筑物开裂 2019年1月2日2时52分

7 高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除 2019年1月2日2时52分

8 建筑物立面高差过大 2019年1月2日2时52分

9 建筑物过长：长高比7.6:1 2019年1月2日2时52分

10 地基的沉降及不均匀沉降 （墨西哥城） 2019年1月2日2时52分

11 §3 土的压缩变形 §3.1 概述 土具有压缩性 荷载作用 荷载大小 地基发生沉降 土的压缩特性 一致沉降 （沉降量） 差异沉降 （沉降差）
§3 土的压缩变形 §3.1 概述 土具有压缩性 荷载作用 荷载大小 地基发生沉降 土的压缩特性 一致沉降 （沉降量） 差异沉降 （沉降差） 地基厚度 土的特点 （碎散、三相） 建筑物上部结构产生附加应力 沉降具有时间效应－沉降速率 影响结构物的安全和正常使用 2019年1月2日2时52分

12 §3 土的压缩变形 压缩性 测试 最终 沉降量 沉降 速率 较复杂应力状态？ 修正 复杂条件下的计算公式 简化条件 一维压缩 一维固结
§3 土的压缩变形 压缩性 测试 室内试验 室外试验 侧限压缩、三轴压缩等 荷载试验、旁压试验等 较复杂应力状态？ 最终 沉降量 修正 一维压缩 简化条件 复杂条件下的计算公式 沉降 速率 一维固结 三维固结 2019年1月2日2时52分

13 §3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 室内试验 测定： 施加荷载，静置至变形稳定 逐级加大荷载 轴向应力 轴向变形 百分表 试验结果：
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 室内试验 施加荷载，静置至变形稳定 逐级加大荷载 测定： 轴向应力 轴向变形 百分表 试验结果： 传压板 水槽 环刀 内环 透水石 试样 2019年1月2日2时52分

14 压缩仪 2019年1月2日2时52分

15 §3 土的压缩变形 一、e - p曲线 e §3.2 土的压缩性 lgp (kPa) p 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 100
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 一、e - p曲线 lgp e 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 100 200 300 400 (kPa) p 2019年1月2日2时52分

16 §3 土的压缩变形 e §3.2 土的压缩性 一、e – p 曲线 av1-2常用作比较土的压缩性大小 压缩系数，kPa-1 0.6 0.7
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 一、e – p 曲线 av1-2常用作比较土的压缩性大小 e 压缩系数，kPa-1 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 土的类别 av1-2 (MPa-1) 高压缩性土 0.5 中压缩性土 低压缩性土 <0.1 100 200 300 400 2019年1月2日2时52分

17 §3 土的压缩变形 e §3.2 土的压缩性 一、e – p 曲线 压缩系数，kPa-1，MPa-1 侧限压缩模量,kPa ,MPa
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 一、e – p 曲线 e 压缩系数，kPa-1，MPa-1 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 侧限压缩模量,kPa ,MPa 侧限变形模量 100 200 300 400 v p (kPa) e0 孔隙 v 体积压缩系数， kPa-1 ，MPa-1 1 固体颗粒 2019年1月2日2时52分

18 §3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 一、e – p 曲线 单向压缩试验的各种参数的关系 指标 av mv Es 1 mv(1+e0)
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 一、e – p 曲线 单向压缩试验的各种参数的关系 指标 av mv Es 1 mv(1+e0) (1+e0)/Es av/(1+e0) 1/Es (1+e0)/av 1/mv 2019年1月2日2时52分

19 §3 土的压缩变形 二、e - lgp曲线 §3.2 土的压缩性 e-p曲线缺点： 不能反映土的应力历史 特点：有一段较长的直线段 指标：
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 e-p曲线缺点： 不能反映土的应力历史 二、e - lgp曲线 特点：有一段较长的直线段 指标： 压缩指数 土的类别 Cc 高压缩性土 >0.35 中压缩性土 低压缩性土 <0.2 lg p 2019年1月2日2时52分

20 §3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 三 现场荷载试验 原位测试方法适用于： 地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 三 现场荷载试验 原位测试方法适用于： 地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。 国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。 原位测试方法包括： 载荷试验、静力触探试验、旁压试验等 2019年1月2日2时52分

21 §3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 三 现场荷载试验 载荷试验示意图 2019年1月2日2时52分

22 §3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 三 现场荷载试验 反压重物 反力梁 千斤顶 百分表 荷载板 基准梁 2019年1月2日2时52分

23 §3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 三 现场荷载试验 载荷试验结果分析图－地基土的变形模量 2019年1月2日2时52分

24 §3 土的压缩变形 σx=σy=K0σz §3.2 土的压缩性 变形模量、压缩模量的关系 无侧限条件 变形模量 完全侧限条件 压缩模量
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 三 现场荷载试验 变形模量、压缩模量的关系 变形模量 压缩模量 无侧限条件 完全侧限条件 σx=σy=K0σz 换算关系 2019年1月2日2时52分

25 §3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 四、土的回弹再压缩与应力历史 2019年1月2日2时52分

26 §3 土的压缩变形 四、土的回弹再压缩与应力历史 e Cs (kPa,lg) p §3.2 土的压缩性 1 回弹指数（再压缩指数）
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 四、土的回弹再压缩与应力历史 Cc 1 e Cs 回弹指数（再压缩指数） 0.6 0.7 0.8 0.9 Cs << Cc，一般Cs≈ Cc 1 Cs 100 1000 (kPa,lg) p 2019年1月2日2时52分

27 先期固结压力：历史上所经受到的最大压力pc（指有效应力）
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 四、土的回弹再压缩与应力历史 先期固结压力：历史上所经受到的最大压力pc（指有效应力） P0——现有压力（= z：自重压力） pc = p0 ：正常固结土 pc > p0 ：超固结土 pc < p0 ：欠固结土 超固结比： OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结 相同p0 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小 2019年1月2日2时52分

28 §3 土的压缩变形 四、土的回弹再压缩与应力历史 正常固结土初始压缩曲线 e §3.2 土的压缩性 正常固结土的原位压缩：直线 p(lg)
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 四、土的回弹再压缩与应力历史 正常固结土初始压缩曲线 e 正常固结土的原位压缩：直线 p(lg) 2019年1月2日2时52分

29 §3 土的压缩变形 四、土的回弹再压缩与应力历史 先期固结压力 e §3.2 土的压缩性 AB：沉积过程，到B点应力为pc A
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 四、土的回弹再压缩与应力历史 先期固结压力 e p(lg) AB：沉积过程，到B点应力为pc BC：取样过程，应力减小，先期固结压力为pc CD：压缩试验曲线，开始段位于再压缩曲线上，后段趋近原位压缩曲线 原位压缩曲线 B A 沉积过程 C D 取样过程 pc 压缩试验 在先期固结压力pc附近发生转折，据此可确定pc 2019年1月2日2时52分

30 先期固结压力pc的确定： Casagrande 法
§3 土的压缩变形 §3.2 土的压缩性 四、土的回弹再压缩与应力历史 A 先期固结压力pc的确定： Casagrande 法 e (a) 在e-lgσ’压缩试验曲线上，找曲率最大点 m C B 1 m (b) 作水平线m1 3 rmin (c) 作m点切线m2 2 (d) 作m1,m2 的角分线m3 (e) m3与试验曲线的直线段交于点B D (f) B点对应于先期固结压力pc pc p(lg) 2019年1月2日2时52分

31 §3 土的压缩变形 §3.3 基础最终沉降计算 最终沉降量S∞： t∞时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。
§3 土的压缩变形 §3.3 基础最终沉降计算 最终沉降量S∞： t∞时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。 2019年1月2日2时52分

32 §3 土的压缩变形 一、计算地基最终沉降量的单向压缩分层总和法 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法 *三、考虑应力历史的地基最终变形计算
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 一、计算地基最终沉降量的单向压缩分层总和法 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法 *三、考虑应力历史的地基最终变形计算 2019年1月2日2时52分

33 §3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 一、计算地基最终沉降量的单向压缩分层总和法 1、基本假定和基本原理
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 一、计算地基最终沉降量的单向压缩分层总和法 1、基本假定和基本原理 （a）假设基底压力为线性分布 （b）附加应力用弹性理论计算 （c）只发生单向沉降：侧限应力状态 （d）只计算主固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降 （e）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和： 理论上不够完备，缺乏统一理论； 单向压缩分层总和法是一个半径验性方法。 2019年1月2日2时52分

34 §3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 一、地基最终沉降量分层总和法 d 2、计算步骤 地面 不考虑地基回弹的情形：
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 一、地基最终沉降量分层总和法 2、计算步骤 d 地面 基底 不考虑地基回弹的情形： 沉降量从基底算起； 适用于基础底面积小，埋深浅，施工快。 已知：地基各土层的压缩曲线 2019年1月2日2时52分

35 §3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 p d  p0 = p - d p0 d 一、地基最终沉降量分层总和法
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 一、地基最终沉降量分层总和法 2、计算步骤 d 地面 基底 (a)计算原地基中自重应力分布 p σsz从地面算起； (b)基底附加压力p0  p0 = p - d p0 d (c)确定地基中附加应力z分布 自重应力 σz从基底算起； σz是由基底附加应力 p-γd 引起的 (d)确定计算深度zn 附加应力 ① 一般土层：σz=0.2 σsz； ② 软粘土层：σz=0.1 σsz； ③ 一般房屋基础：Zn=B( lnB)； ④ 基岩或不可压缩土层。 沉降计算深度 2019年1月2日2时52分

36 §3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 d p p0 d  Hi szi zi 一、地基最终沉降量分层总和法
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 一、地基最终沉降量分层总和法 2、计算步骤 d 地面 基底 p p0 d  自重应力 附加应力 沉降计算深度 (a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力z分布 (d)确定计算深度zn (e)地基分层Hi ①不同土层界面； ②地下水位线； ③每层厚度不宜>0.4B或4m； ④z 变化明显的土层，适当取小。 Hi szi zi (f)计算每层沉降量Si (g)各层沉降量叠加Si (h)计算结果修正 2019年1月2日2时52分

37 §3 土的压缩变形 e e1i e2i szi zi p2i §3.3 地基的最终沉降量计算 d p d  szi zi
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 一、地基最终沉降量分层总和法 3、计算公式 d 地面 基底 p p0 d  自重应力 附加应力 沉降计算深度 szi zi Hi e-p曲线 e e1i e2i szi p2i zi 2019年1月2日2时52分

38 §3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法 由《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）提出 分层总和法的另一种形式 沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数 2019年1月2日2时52分

39 §3 土的压缩变形 0z(i-1) 0zi zi-1 zi Ai 规范法 §3.3 地基的最终沉降量计算 （a）e-σ´曲线 p0
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法 （a）e-σ´曲线 1. 计算公式 附加应力 p0 深度z范围内的附加应力面积 0z(i-1) zi-1 zi 0zi =P0× 0z(i-1)=P0× Ai 0zi 平均附加应力系数 规范法 2019年1月2日2时52分

40 §3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法 2. 计算深度的规定 当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面为止 当无相邻荷载影响，基础宽度在1～30m范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算 2019年1月2日2时52分

41 §3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法 3、结果修正 各种假定导致 S 的误差，如：
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法 3、结果修正 基底压力线性分布假设 弹性附加应力计算 单向压缩的假设 只计主固结沉降 原状土现场取样的扰动 参数线性的假设 按中点下附加应力计算 各种假定导致 S 的误差，如： ①取中点下附加应力值，使 S 偏大; ②侧限压缩使计算值偏小； ③地基不均匀性导致的误差等。 沉降经验修正系数 软粘土（应力集中）S偏小, Ψs>1 硬粘土（应力扩散）S偏大, Ψs<1 2019年1月2日2时52分

42 §3 土的压缩变形 0z(i-1) 0zi Ai §3.3 地基的最终沉降量计算 p0 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 二、《建筑地基基础设计规范》推荐方法 3、结果修正 附加应力 p0 表4-6 沉降计算经验系数s 基底附加压力 2.5 4.0 7.0 15.0 20.0 p0fak 1.4 1.3 1.0 0.4 0.2 p0 0.75fak 1.1 0.7 0z(i-1) Ai 0zi fak：地基承载力 s= , (1)与土质软硬有关, (2)与基底附加应力p0/fak的大小有关 2019年1月2日2时52分

43 §3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 三、考虑应力历史的地基最终变形计算* d p d  szi zi 正常固结土
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 三、考虑应力历史的地基最终变形计算* d 地面 基底 p p0 d  自重应力 附加应力 沉降计算深度 szi zi Hi 用e-lgp曲线计算 正常固结土 2019年1月2日2时52分

44 §3 土的压缩变形 pc §3.3 地基的最终沉降量计算 三、考虑应力历史的地基最终变形计算 d p d  szi zi 超固结土
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 三、考虑应力历史的地基最终变形计算 超固结土 d 地面 基底 p p0 d  自重应力 附加应力 沉降计算深度 szi zi Hi pc 2019年1月2日2时52分

45 §3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法 要点小结： 建筑基础（形状、大小、重量、埋深）
§3 土的压缩变形 §3.3 地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法 要点小结： 建筑基础（形状、大小、重量、埋深） 地基各土层的压缩曲线  原状土压缩曲线 计算断面和计算点 ① 准备资料 自重应力 基底压力基底附加应力 附加应力 ② 应力分布 确定计算深度 确定分层界面 计算各土层的szi，zi 计算各层沉降量 地基总沉降量 ③ 沉降计算 ④ 结果修正 2019年1月2日2时52分