《第3章__地基变形计算__(土力学与地基基础教案)》.doc

第3章 地基变形计算 一、知识点： 3.1 土的压缩性 3.1.1? 土的压缩性 3.1.2? 压缩曲线和压缩性指标 3.2 地基的最终沉降量 3.2.1? 分层总和法 3.2.2? 规范法（不作考察） 3.3土的渗透性与渗透变形 3.3.1 概述 3.3.2 土的渗透性 3.3.3 渗透系数的测定和影响因素 3.3.4 渗透力和渗透变形 二、考试内容： 重点掌握内容 1．压缩系数、压缩指数、压缩模量的定义、表达式及其应用这些指标评价土的压缩性的方法。 2．分层总和法计算基础沉降量的基本假定、计算步骤和方法。 三、本章内容： §3.1 土的压缩性 3.1.1 土的压缩性 土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性，试验研究表明，在一般压力(100—600kPa)作用下，土粒和水的压缩与土的总压缩量之比是很微小的，因此完全可以忽略不计，所以把土的压缩看作为土中孔隙体积的减小。此时，土粒调整位置，重行排列，互相挤紧。饱和土压缩时，随着孔隙体积的减少土中孔隙水则被排出。 土的压缩性是由土的压缩系数、压缩指数、压缩模量（有侧限压缩试验确定）、变形模量（现场原位载荷试验确定）、应力历史（重复荷载试验确定）决定。有侧限压缩试验是各个工程必需做的，而其它两个试验在高层或重要建筑中用到。我们可以从理论上导出压缩模量与变形模量的关系。 在荷载作用下，透水性大的饱和无粘性土，其压缩过程在短时间内就可以结束，相反地，粘性土的透水性低，饱和粘性土中的水分只能慢慢排出，因此其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。随着固结时间的增长，土的物理力学性质会不断地改善。 3.1.2 压缩曲线和压缩性指标 3.1.2.1 压缩试验 室内压缩试验时，用金属环刀切取保持天然结构的原状土样，并置于圆筒形压缩容器(书62页图3-1)的刚性护环内，土样上下各垫有一块透水石，土样受压后土中水可以自由排出。由于金属环刀和刚性护环的限制，土样在压力作用下只可能发生竖向压缩，而无侧向变形。土样在天然状态下或经人工饱和后，进行逐级加压固结，以便测定各级压力P作用下土样压缩稳定后的孔隙比变化。 3.1.2.2 压缩曲线 压缩曲线是室内土的压缩试验成果，它是土的孔隙比与所受压力的关系曲线。设土样的初始高度为，受压后土样高度为H，则，为外压力P作用下土样压缩稳定后的变形量。根据土的孔隙比的定义，假设土粒体积(不变)，则土样孔隙体积在受压前相应于初始孔隙比，在受压后相应于孔隙比(上62页图3-2) 图3-2 压缩试验中的土样孔隙比变化(土样横截面积不变) 为求土样压缩稳定后的孔隙比，利用受压前后土粒体积不变和土样横截面积不变的两个条件，得出(见图3-25)： 或 式中 ，其中、，分别为土粒比重、土样的初始含水量和初始重度。 这样，只要测定土样在各级压力P作用下的稳定压缩量s后，就可按上式算出相应的孔隙比，从而绘制土的压缩曲线。 压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角坐标绘制的曲线[书63页图3—3a]。 在常规试验中，一般按50、100、200、300、400kPa五级加荷，另一种的横坐标则取的常用对数值，即采用半对数直角座标纸绘制成曲线[书63页图3-3(b)]，试验时以较小的压力开始，采取小增量多级加荷，并加到较大的荷载(例如l000kPa)为止。 由土的压缩曲线可得土的压缩性指标：压缩系数，压缩指数，压缩模量。 在室内压缩试验过程中，如加压到某一值后不再加压，相反地逐级进行卸荷，则可观察到土样的回弹。若测得其回弹稳定后的孔隙比，则可绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线，称为回弹曲线。 3.1.2.3 土的压缩系数 压缩性不同的土，其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。所以，曲线上任一点的切线斜率就表示了相应于压力P作用下土的压缩性，称a为土的压缩系数，即： (书63页3-5) 式中负号表示随着压力P的增加，逐渐减少。 一般研究土中某点由原来的自重应力增加到外荷作用下的土中应力这一压力间隔所表征的压缩性。 如书63页图3-3a所示，设压力由增至，相应的孔隙比由减小到，则与应力增量ΔP = 对应的孔隙比变化为Δ= 。此时，土的压缩性可用图中割线的斜率表示。设割线与横座标的夹角为，则， (书63页3-6a) 式中 — 土的压缩系数，kPa或MPa； — 一般是指地基某深度处土中竖向自重应力，kPa： — 地基某深度处土中自重应力与附加应力