土的壓縮性與地基沉降

　　一、土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)

　　(一)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)

　　土的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)亦稱固結(jié)試驗(yàn)，是研究土壓縮性的最基本的方法。

　　室內(nèi)壓縮試驗(yàn)原理

　　室內(nèi)壓縮試驗(yàn)采用的試驗(yàn)裝置為壓縮儀。試驗(yàn)時將切有土樣的環(huán)刀置于剛性護(hù)環(huán)中，由于金屬環(huán)刀及剛性護(hù)環(huán)的限制，使得土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無側(cè)向變形。在土樣上下放置的透水石是土樣受壓后排出孔隙水的兩個界面。壓縮過程中豎向壓力通過剛性板施加給土樣，土樣產(chǎn)生的壓縮量可通過百分表量測。常規(guī)壓縮試驗(yàn)通過逐級加荷進(jìn)行試驗(yàn)，常用的分級加荷量p為：50、100、200、300、400kPa。

　　二、現(xiàn)場載荷試驗(yàn)及變形模量

　　1. 載荷試驗(yàn)

　　現(xiàn)場載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場通過千斤頂逐級對置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測記錄沉降隨時間的發(fā)展以及穩(wěn)定時的沉降量s，將上述試驗(yàn)得到的各級荷載與相應(yīng)的穩(wěn)定沒降量繪制成p～s曲線，即獲得了地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。

　　2. 變形模量

　　在p～s曲線中，當(dāng)荷載p小于某數(shù)值時，荷載p與載荷板沉降之間基本呈直線關(guān)系。在這段直線關(guān)系內(nèi)，可根據(jù)彈性理論計算沉降的公式反求地基的變形模量E0

　　三、關(guān)于三種模量的討論

　　壓縮模量Es，是土在完全側(cè)限的條件下得到的，為豎向正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值。該參數(shù)將用于地基最終沉降量計算的分層總和法、應(yīng)力面積法等方法中。

　　四、土的應(yīng)力歷史

　　目前工程上所謂應(yīng)力歷史是指土層在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中所形成的先期應(yīng)力狀態(tài)以及這個狀態(tài)對土層強(qiáng)度與變形的影響。

　　1. 先期固結(jié)壓力

　　土層在歷史上所曾經(jīng)承受過的最大固結(jié)壓力，稱為先期固結(jié)壓力，用Pc表示。目前對先期固結(jié)壓力Pc通常是根據(jù)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)獲得的e～lgp曲線來確定，較簡便明了的方法是卡薩格蘭德(Cassagrande)1936年提出的經(jīng)驗(yàn)作圖法。

　　2. 土的固結(jié)狀態(tài)

　　工程中根據(jù)先期固結(jié)壓力與目前自重應(yīng)力的相對關(guān)系，將土層的天然固結(jié)狀態(tài)劃分為三 種，即正常固結(jié)、超固結(jié)和欠固結(jié)。

　　五、地基沉降計算

　　(一)彈性理論法

　　彈性理論法計算地基沉降是基于布辛奈斯克課題的位移解，其基本假定為地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體;此外還假定基礎(chǔ)整個底面和地基一直保持接觸。需要指出的是布辛奈斯克課題是研究荷載作用于地表的情形，因此可以近似用來研究荷載作用面埋置深度較淺的情況。當(dāng)荷載作用位置埋置深度較大時(如深基礎(chǔ))，則應(yīng)采用明德林課題的位移解進(jìn)行彈性理論法沉降計算。

　　(二)分層總和法

　　1. 基本假設(shè)

　　2. 計算步驟

　　(1)地基土分層。成層土的層面(不同土層的壓縮性及重度不同)及地下水面(水面上下土的有效重度不同)是當(dāng)然的分層界面，分層厚度一般不宜大于0.4b(b為基底寬度)。

　　(2)計算各分層界面處土自重應(yīng)力。土自重應(yīng)力應(yīng)從天然地面起算。

　　(3)計算各分層界面處基底中心下豎向附加應(yīng)力。

　　(4)確定地基沉降計算深度(或壓縮層厚度)。

　　六、飽和粘性土地基沉降與時間的關(guān)系

　　碎石土和砂土的壓縮性小而滲透性大，在受荷后固結(jié)穩(wěn)定所需的時間很短，可以認(rèn)為在外荷載施加完畢時，其固結(jié)變形就已經(jīng)基本完成。飽和粘性土與粉土地基在建筑物荷載作用下需要經(jīng)過相當(dāng)長時間才能達(dá)到最終沉降，例如厚的飽和軟粘土層，其固結(jié)變形需要幾年甚至幾十年才能完成。因此，工程中一般只考慮粘性土和粉土的變形與時間的關(guān)系。