土力學(xué)地基與基礎(chǔ)工程(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)力集中 ） （ 應(yīng)力擴(kuò)散 ） 79 第 5節(jié) 地基沉降的彈性 力學(xué)公式 柔性荷載下的地基沉降（ Boussinesq解答） 80 第 6節(jié) 土的壓縮性 ※ 土的 壓縮性 ：土在壓力作用下體積縮小的特性 。 由于在一般的壓力作用下，土粒（土的固相）和水（土的液相）的壓縮量與土的總壓縮量相比十分微小，故可近似認(rèn)為土粒和水是不可壓縮的。 81 土的壓縮源于土中孔隙體積 的減少（ 氣體壓縮 、 氣體排出 、 孔隙水的排出 ）。 飽和土由土粒和水組成，當(dāng)其被壓縮時，隨著孔隙體積的減少，土中孔隙水被排出。 在荷載作用下，飽和土體中產(chǎn)生 超靜孔隙水壓力 ，在排水條件下，隨著時間發(fā)展，土體中水被排出，超靜孔隙水壓力逐步消散，土體中 有效應(yīng)力 逐步增大，直至超靜孔隙水壓力完全消散，這一過程稱為 固結(jié) 。 82 一、土的壓縮曲線和壓縮性指標(biāo) 壓縮曲線是室內(nèi)土的 壓縮試驗得出的成果，是土的 孔隙比 與土所受 壓力 的關(guān)系曲線。壓縮曲線可按兩種方式繪制，一種為 e~p曲線；一種為 e~lgp曲線。 (1)土的壓縮系數(shù) a 由 e~p曲線得到。 的 絕對值 （理論上的，反映某壓力下土的壓縮性）。 83 的 絕對值 （實用上 的，反映某一壓力范圍內(nèi)土的壓 縮性）。為了便于應(yīng)用，通常采用壓力由p1=100kPa增加到 p2=200kPa時所得到的壓縮系數(shù) a12。 ※ 壓縮系數(shù)越大，反映土的壓縮性越高。 (2)土的壓縮指數(shù) Cc 由 e~lgp曲線得到。 土的 e~lgp曲線的后段接近直線，直線的斜率的 絕對值 。 84 ※ 壓縮指數(shù)越大，反映土的 壓縮性越高。 Es 壓縮模量 ：土在 完全側(cè)限條件 下的 豎向附加應(yīng)力增量 與相應(yīng)的 應(yīng)變增量 之比。 aeEs11 ??※ Es越小，表示土的壓縮性越高。 85 在室內(nèi)壓縮試驗過程中， 如加壓到某一值 pi后，逐級進(jìn)行卸壓 ，則可觀察到土樣的回彈。若測得其回彈穩(wěn)定后的孔隙比，則可繪制相應(yīng)的孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，即 回彈曲線 。由于回彈曲線與原來的壓縮曲線并不重合，說明土的壓縮變形是由可以恢復(fù)的 彈性變形 和不可恢復(fù)的 塑性變形 兩部分組成的，并以塑性變形為主。 86 如重新逐級加壓，則可測得 土樣在各級荷載下再壓縮穩(wěn)定后 的孔隙比 ， 從而繪制 再壓縮曲線 。 87 二、土的變形模量 變形模量 E0 根據(jù)載荷試驗的觀測數(shù)據(jù)，繪制荷載與穩(wěn)定沉降的關(guān)系曲線（ p~s曲線）。曲線的開始部分往往接近于直線，與直線段終點對應(yīng)的荷載稱為地基的 比例界限荷載 。 88 一般的 地基承載力設(shè)計值 取接近于或稍超過此比例界限 值 ， 所以通常地基的變形處于直線變形階段 ，因而可以利用彈性力學(xué)公式來反求地基土的變形模量 。 用載荷試驗來測定土的變形模量，費時、費力，且費用較高，對于深層土的試驗結(jié)果可靠性較差。現(xiàn)應(yīng)著重發(fā)展現(xiàn)場快速測定變形模量的方法（旁壓試驗、觸探試驗等）。 89 ※ 土的 變形模量 E0是土體在 無側(cè)限條件下 的應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變的比值 。 ※ 土的 壓縮模量 Es是土體在 完全側(cè)限條件下 的有效應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變的比值 。 由側(cè)向不允許膨脹的條件，可以得到土的靜止側(cè)壓力系數(shù) K0與泊松比 ?的關(guān)系 ???? 10K90 由豎向的應(yīng)力 、 應(yīng)變關(guān)系以及壓縮模量的定義可得到土的變形模量與壓縮模量換算的 理論關(guān)系公式 sEKE )21( 00 ???91 第 7節(jié) 地基的最終沉降量 在荷載作用下，地基土體發(fā)生變形，地基產(chǎn)生沉降。地基沉降是隨時間而發(fā)展的。主要介紹兩種計算地基最終沉降量的方法： 傳統(tǒng)的分層總和法 和 規(guī)范推薦的分層總和法 。如果沉降計算的分層總和法所采用的土的壓縮性指標(biāo)源自壓縮儀的測定成果，則可稱為 單向壓縮分層總和法 。 92 一 、 傳統(tǒng)的分層總和法 采用分層總和法計算地基的 最終沉降量時，將壓縮層范圍內(nèi)的土層分成n個分層，應(yīng)用彈性理論計算在荷載作用下各分層中的附加應(yīng)力，采用單向壓縮條件下的壓縮性指標(biāo)，分別計算各分層的壓縮量，然后求和得到總沉降。 各分層壓縮量的計算方法與薄壓縮層地基的沉降計算方法相同。 93 單向分層總和法假設(shè) ： ， 對非均質(zhì)地基 ， 由其引起的附加應(yīng)力分布可按均質(zhì)地基計算； 縮變形導(dǎo)致的地基沉降，剪應(yīng)力可忽略不計； 。 由于以上假設(shè)，各分層的土就處于單向壓縮狀態(tài)，應(yīng)采用 側(cè)限條件 下得到的壓縮性指標(biāo)來計算各分層的壓縮量。 94 地基土的壓縮性隨著深度的 增大而降低，局部荷載引起的附 加應(yīng)力又隨深度的增大而減少，所以超過一定深度的土，其變形對沉降量的貢獻(xiàn)小到可忽略不計。沉降時應(yīng)考慮其土體變形的深度范圍內(nèi)的土層稱為 地基壓縮層 ，該深度稱為地基沉降計算深度 （ 地基壓縮層厚度 ）。 95 地基沉降計算深度的下限， 一般取在地基附加應(yīng)力等于自 重應(yīng)力的 20%處，如在該深度以下有高壓縮性土層，則計算深度下限取在一般取在地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的 10%處。 這種確定沉降計算深度的傳統(tǒng)方法稱為應(yīng)力比法 。 96 地基壓縮層厚度范圍內(nèi)的 分層厚度一般取 （ b為基底 寬度）或 1~2m，不同土層之間的分界面和地下水面是當(dāng)然的分層面。 計算地基最終沉降量 s的分層總和法的公式如下： ???????niiinii Hss11?97 二 、 規(guī)范推薦的分層總和法 與傳統(tǒng)的分層總和法 相同 之處 ：也采用單向壓縮條件下的壓縮性指標(biāo)。 與傳統(tǒng)的分層總和法 不同之處 ： ； ，考慮了基礎(chǔ)大小這一因素，比應(yīng)力比法更為合理； ，使得計算結(jié)果接近于實測值。 98 地基沉降計算深度就是第 n 分層層底深度 zn，確定 zn的規(guī)范 方法稱為 變形比法 。 規(guī)范規(guī)定須將地基計算沉降量 s′乘以沉降計算經(jīng)驗系數(shù) ?s加以修正，沉降計算經(jīng)驗系數(shù)根據(jù)地區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗確定。 99 第 8節(jié) 應(yīng)力歷史對 地基沉降的影響 一、沉積土層的應(yīng)力歷史 天然土層在歷史上所經(jīng)受過的包括自重壓力和其他荷載作用形成的最大豎向有效固結(jié)壓力，稱為 先期（前期）固結(jié)壓力 ，常用 pc表示。 通常將地基中土體的先期固結(jié)壓力與現(xiàn)有上覆土層壓力之比定義為 超固結(jié)比OCR。 100 根據(jù) OCR的大小 ， 可對土所處的不同固結(jié)狀態(tài)進(jìn)行劃分 。 0ppO C R c?OCR 1 超固結(jié)狀態(tài) =1 正常固結(jié)狀態(tài) 1 欠固結(jié)狀態(tài) 101 將室內(nèi)壓縮曲線修正后得到 原始壓縮曲線，并可確定土的壓 縮性指標(biāo)。只要在地基沉降計算通常采用的分層總和法中，將土的壓縮性指標(biāo)改從原始壓縮曲線確定，就可考慮應(yīng)力歷史對地基沉降的影響。 102 正常固結(jié)狀態(tài)的土其原始的 e~lgp曲線為一條直線（壓縮指數(shù) 為 Cc）； 超固結(jié)狀態(tài)的土 其原始的 e~lgp曲線由兩條斜率不同的直線構(gòu)成 （ 壓縮指數(shù)分別為 Ce和 Cc ） ； 欠固結(jié)狀態(tài)的土其原始的 e~lgp曲線為一條直線（壓縮指數(shù)為 Cc ） 103 第 9節(jié) 地基最終沉降 計算問題綜述 一、各種分層總和法的共同假設(shè) 共同假設(shè) ：荷載作用下的非均質(zhì)地基中的附加應(yīng)力分布，可以用均質(zhì)彈性半空間的理論解答來代替。 分層總和法以均質(zhì)彈性半空間的應(yīng)力來計算非均質(zhì)地基的變形，在理論上顯然不協(xié)調(diào)。 104 但是，實踐表明，地基沉降 計算的準(zhǔn)確與否，更直接地取決 于方法本身能否反映地基的成層性和非均質(zhì)性、能否考慮到土的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系的非線性，應(yīng)力計算精確度的影響畢竟還居其次。 105 第 10節(jié) 飽和土的有效 應(yīng)力和滲透固結(jié) 一、飽和土中的有效應(yīng)力 有效應(yīng)力原理：對于飽和土 u??? ??二、太沙基一維固結(jié)理論 土的固結(jié)是土力學(xué)學(xué)科中最根本的課題之一。 106 土的固結(jié)過程的兩種特性 ： ，土體 孔隙比減小，土體產(chǎn)生壓縮，體積變小； ，有效應(yīng)力逐漸增大，土體的抗剪強(qiáng)度得到提高。 工程中常應(yīng)用固結(jié)過程的這兩種特性，通過排水固結(jié)法對軟粘土地基進(jìn)行改良，達(dá)到減小工后沉降、提高地基承載力的目的 。 107 ※ 固結(jié)模型：彈簧代表土顆粒 骨架，水代表孔隙水，活塞 上的小孔象征土的滲透性和排水條件（孔的大小代表滲透性的強(qiáng)弱）。 108 一維固結(jié)理論研究土體在 荷載作用下土中水的流動和土 體的變形僅發(fā)生在一個方向的土體固結(jié)問題。 一維固結(jié)理論的基本假設(shè)： 、各向同性和完全飽和的； ； ； ； 109 ，土的滲透 系數(shù) k和壓縮系數(shù) a都是不變 的常數(shù)； ，且在固結(jié)過程中保持不變； 。 110 根據(jù) 達(dá)西定律 、 固結(jié)滲流 的連續(xù)條件 、 應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 的側(cè)限條件 和 有效應(yīng)力原理 ，可推導(dǎo)出飽和土的一維固結(jié)微分方程 tuzucv ??????22 結(jié)合 初始條件 和 邊界條件 ，可求得上述方程的解答。 111 理論上可以根據(jù)孔隙水壓力 的解答，求得相應(yīng)的有效應(yīng)力的 大小和分布，再算出任意時刻基礎(chǔ)的沉降量。但是這樣求解不甚方便。所以引入固結(jié)度的概念，使問題得到簡化。 所謂固結(jié)度，是指在某一固結(jié)應(yīng)力作用下，經(jīng)某一時間 t后，土體發(fā)生固結(jié)或孔隙水應(yīng)力消散的程度。 01 uuUssUcct ??? 或112 第 11節(jié) 地基沉降發(fā)展 三分量 一、三維應(yīng)力狀態(tài)下土的變形和地基沉降的發(fā)展 地表局部荷載作用下，地基土處于三維應(yīng)力狀態(tài)，土中孔隙水的排出也是三維的。 飽和土單元體在受荷一瞬間，孔隙水來不及排出，故土的體積不會發(fā)生變化。 113 但是剪應(yīng)力增量卻使單元 體發(fā)生 剪切畸變 。隨著時間的 消逝，土中孔隙水排出使土體產(chǎn)生 固結(jié)變形 。當(dāng)孔隙水壓力完全消散，固結(jié)過程完成之后，土體在不變的有效應(yīng)力作用下，產(chǎn)生 蠕變變形 。 三維應(yīng)力狀態(tài)下，按變形機(jī)理，地基土體的總沉降可以分成三部分： 瞬時沉降 ， 固結(jié)沉降 ， 次固結(jié)沉降 。 114 目前關(guān)于 瞬時沉降 、 固結(jié) 沉降 和 次固結(jié)沉降 的計算結(jié)果， 與實際情況尚存在較大差距。 從實用上看，可采用信息化施工，利用沉降觀測資料來推算后期沉降量（ 雙曲線法 、對數(shù)曲線法 等）。 115 第 3章 內(nèi)容勘誤 ：圖 23中第 2層土的豎向自重應(yīng)力計算公式 “ ?1h1 ?2h2” + ：從上向下第 3行式（ 24） 應(yīng)為 ???niiic h1?????niiic h1??116 ：從上向下第 1行“為 P0” ：倒數(shù)第 1行式（ 226）中“ ?z” p0 ?x ：倒數(shù)第 5行“限條件下的豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變增量之比值。” 增量 117 ：倒數(shù)第 4行“土的測壓力 …. ” 側(cè) ：從上向下第 4行“可以引入一個系數(shù) a， ….” ，式（ 273b）也做相應(yīng)改正。 ? ：從上向下第 9行式（ 288）中的“ pei”應(yīng)為“ pci” ：從上向下第 14行“ … 上作用著法向力 p（圖 248）， …” P 118 ：倒數(shù)第 6行式 （ 2107） “ ” 應(yīng)為 “ ” ????HzHtzdzdzu02