土的壓縮性與沉降計(jì)算
主體壓縮性的概念與意義
路橋工程中的地基土體在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力和變形。地基的豎直方向變形即為沉降。土體的變形或沉降是同土的壓縮性能密切相關(guān)的。一般天然土是三相體，完全浸水飽和土則是二相體，它們受力后的變形，實(shí)際上包括了土顆粒壓縮，土：孔隙中的水和氣的排出，土體積減小的過(guò)程。土體壓縮性即是指的這一變化過(guò)程的特性。因此，它包含了兩方面的內(nèi)容：一是壓縮變形量的絕對(duì)大小，亦即沉降量大小，二是壓縮變形隨時(shí)間的變化，即所謂土體固結(jié)的問(wèn)題。
路橋工程中的土工構(gòu)筑物如路堤在本身重力及車輛荷載作用下也會(huì)產(chǎn)生壓縮變形，這將在路橋工程的有關(guān)課程中討論。我們這里所討論的只是就路橋工程的地基土的壓縮變形而官。從工程意義上來(lái)說(shuō)，地基的沉降還有均勻沉降與不均勻沉降的不同估算。均勻沉降一般對(duì)路橋工程的上部結(jié)構(gòu)危害較小，但過(guò)量的均勻沉降也會(huì)導(dǎo)致路面標(biāo)高降低，橋下凈空的減少而影響正常使用，不均勻沉降則會(huì)造成路堤開(kāi)裂，路面不平，超靜定結(jié)構(gòu)橋梁產(chǎn)生較大附加應(yīng)力等工程問(wèn)題，甚至影響其正常和安全使用。因此，為了確保路橋工程的安全使用，需要確定地基土的變形的大小，也需要了解和估計(jì)沉降隨時(shí)間的發(fā)展及其趨于穩(wěn)定的可能性。
沉降計(jì)算是地基基礎(chǔ)驗(yàn)算的重要內(nèi)容，也是土力學(xué)的重要課題之一。本章將先行介紹地基土在外荷載作用下壓縮變形的特性和規(guī)律以及反映這種特性的計(jì)算指標(biāo)。然后分別介紹計(jì)算地基終沉降量的方法和分析沉降隨時(shí)間發(fā)展過(guò)程的土體固結(jié)理論．
研究土體壓縮性的方法及變形指標(biāo)
一，室內(nèi)壓縮試驗(yàn)與壓縮性規(guī)律
1．壓縮試驗(yàn)與壓縮曲線
在試驗(yàn)室用壓縮儀(亦稱固結(jié)儀)進(jìn)行壓縮試驗(yàn)是研究土的壓縮性基本的方法。
圖5—1是壓縮儀容器的示意圖。土樣連同金屬環(huán)刀裝于容器內(nèi)，在無(wú)側(cè)脹條件下對(duì)土樣分級(jí)施加豎向壓力，測(cè)記每級(jí)壓力下不同時(shí)間的土樣豎向變形(壓縮量)Aht以及壓縮穩(wěn)定時(shí)的變形量△h，據(jù)此計(jì)算井繪制不同壓力p時(shí)的△ht-t曲線和△h-p關(guān)系曲線或者孔隙比e與壓力p的關(guān)系曲線
在實(shí)際地基常遇到的壓力范圍內(nèi)，土顆粒本身的壓縮量很小，故常忽略不計(jì)，則土樣的壓縮變形便為孔隙體積的減小，通過(guò)下列運(yùn)算便可建立壓縮變形Ah與孔隙比變化Ae的關(guān)系
整理壓縮試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，首先耍根據(jù)試驗(yàn)前土樣的容重、含水量及土粒容重等指標(biāo)求出天然孔隙比e0，然后按(5—2)式求出每級(jí)荷載下壓縮穩(wěn)定時(shí)的孔隙比，繪制e-p壓縮曲線(圖5-4)。這是目前工程中常用的表示土體壓縮特性的一種關(guān)系曲線，它是用普通尺度的直角坐標(biāo)系統(tǒng)表示的。在實(shí)用中還有另一種表示壓縮曲線的方法，即半對(duì)數(shù)直角坐標(biāo)系統(tǒng)的e—lgp曲線(圖5-5)。
2．壓縮性指標(biāo)
在假定土體為各向同性的線彈性體前提下，壓縮曲線所反映的非線性壓縮規(guī)律被簡(jiǎn)化成線性的關(guān)系，即在一般的壓力變化范圍內(nèi)，用一段割線近似地代替該段曲’線(圖5-4)，此時(shí)則有：
e1—e2=a(p2—p1) (5-3)
式(5-3)便是土的壓縮定律的表達(dá)式。
主體壓縮性的概念與意義
路橋工程中的地基土體在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力和變形。地基的豎直方向變形即為沉降。土體的變形或沉降是同土的壓縮性能密切相關(guān)的。一般天然土是三相體，完全浸水飽和土則是二相體，它們受力后的變形，實(shí)際上包括了土顆粒壓縮，土：孔隙中的水和氣的排出，土體積減小的過(guò)程。土體壓縮性即是指的這一變化過(guò)程的特性。因此，它包含了兩方面的內(nèi)容：一是壓縮變形量的絕對(duì)大小，亦即沉降量大小，二是壓縮變形隨時(shí)間的變化，即所謂土體固結(jié)的問(wèn)題。
路橋工程中的土工構(gòu)筑物如路堤在本身重力及車輛荷載作用下也會(huì)產(chǎn)生壓縮變形，這將在路橋工程的有關(guān)課程中討論。我們這里所討論的只是就路橋工程的地基土的壓縮變形而官。從工程意義上來(lái)說(shuō)，地基的沉降還有均勻沉降與不均勻沉降的不同估算。均勻沉降一般對(duì)路橋工程的上部結(jié)構(gòu)危害較小，但過(guò)量的均勻沉降也會(huì)導(dǎo)致路面標(biāo)高降低，橋下凈空的減少而影響正常使用，不均勻沉降則會(huì)造成路堤開(kāi)裂，路面不平，超靜定結(jié)構(gòu)橋梁產(chǎn)生較大附加應(yīng)力等工程問(wèn)題，甚至影響其正常和安全使用。因此，為了確保路橋工程的安全使用，需要確定地基土的變形的大小，也需要了解和估計(jì)沉降隨時(shí)間的發(fā)展及其趨于穩(wěn)定的可能性。
沉降計(jì)算是地基基礎(chǔ)驗(yàn)算的重要內(nèi)容，也是土力學(xué)的重要課題之一。本章將先行介紹地基土在外荷載作用下壓縮變形的特性和規(guī)律以及反映這種特性的計(jì)算指標(biāo)。然后分別介紹計(jì)算地基終沉降量的方法和分析沉降隨時(shí)間發(fā)展過(guò)程的土體固結(jié)理論．
研究土體壓縮性的方法及變形指標(biāo)
一，室內(nèi)壓縮試驗(yàn)與壓縮性規(guī)律
1．壓縮試驗(yàn)與壓縮曲線
在試驗(yàn)室用壓縮儀(亦稱固結(jié)儀)進(jìn)行壓縮試驗(yàn)是研究土的壓縮性基本的方法。
圖5—1是壓縮儀容器的示意圖。土樣連同金屬環(huán)刀裝于容器內(nèi)，在無(wú)側(cè)脹條件下對(duì)土樣分級(jí)施加豎向壓力，測(cè)記每級(jí)壓力下不同時(shí)間的土樣豎向變形(壓縮量)Aht以及壓縮穩(wěn)定時(shí)的變形量△h，據(jù)此計(jì)算井繪制不同壓力p時(shí)的△ht-t曲線和△h-p關(guān)系曲線或者孔隙比e與壓力p的關(guān)系曲線
在實(shí)際地基常遇到的壓力范圍內(nèi)，土顆粒本身的壓縮量很小，故常忽略不計(jì)，則土樣的壓縮變形便為孔隙體積的減小，通過(guò)下列運(yùn)算便可建立壓縮變形Ah與孔隙比變化Ae的關(guān)系
整理壓縮試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，首先耍根據(jù)試驗(yàn)前土樣的容重、含水量及土粒容重等指標(biāo)求出天然孔隙比e0，然后按(5—2)式求出每級(jí)荷載下壓縮穩(wěn)定時(shí)的孔隙比，繪制e-p壓縮曲線(圖5-4)。這是目前工程中常用的表示土體壓縮特性的一種關(guān)系曲線，它是用普通尺度的直角坐標(biāo)系統(tǒng)表示的。在實(shí)用中還有另一種表示壓縮曲線的方法，即半對(duì)數(shù)直角坐標(biāo)系統(tǒng)的e—lgp曲線(圖5-5)。
2．壓縮性指標(biāo)
在假定土體為各向同性的線彈性體前提下，壓縮曲線所反映的非線性壓縮規(guī)律被簡(jiǎn)化成線性的關(guān)系，即在一般的壓力變化范圍內(nèi)，用一段割線近似地代替該段曲’線(圖5-4)，此時(shí)則有：
e1—e2=a(p2—p1) (5-3)
式(5-3)便是土的壓縮定律的表達(dá)式。