土的应力分布及计算(3)

2019-05-17 09:47

向应力 可采用弹性理论中的弗拉曼(Flamant)公式在荷载分布宽度范围内积分得到:

六、成层地基中附加应力的分布规律

在柔性荷载作用下,将土体视为均质各向同性弹性土体时土中附加应力的计算与土的性质无关。但是,地基土往往是由软硬不一的多种土层所组成,其变形特性在竖直方向差异较大,应属于双层地基的应力分布问题。对双层地基的应力分布问题,有两种情况值得研究:一种是坚硬土层上覆盖着不厚的可压缩土层即薄压缩层情况;另一种是软弱土层上有一层压缩性较低的土层即硬壳层情况。当上层土的压缩性比下层土的压缩性高时(薄压缩层情况),即ElE2,则土中附加应力将发生

扩散现象。在实际地基中,下卧刚性岩层将引起应力集中的现象,若岩层埋藏越浅,应力集中愈显著。在坚硬土层下存在软弱下卧层时,土中应力扩散的现象将随上层坚硬土层厚度的增大而更加显著。因土的泊松比因变化不大,其对应力集中和应力扩散现象的影响可忽略。

双层地基中应力集中和扩散的概念有着重要工程意义,特别是在软土地区,表面有一层硬壳层,由于应力扩散作用,可以减少地基的沉降,故在设计中基础应尽量浅埋,并在施工中采取保护措施,以免浅层土的结构遭受破坏。

【例题6】对于双层地基的应力分布,下列各项叙述中正确的选项为( )。 A. 当ElE2时,土中附加应力分布将发生应力集中的现象; C. 当El>E2时,土中附加应力将发生扩散现象;

D. 当El

第二节 土的压缩性与地基沉降 一、土的压缩试验与压缩性指标 (一)室内压缩试验

土的室内压缩试验亦称固结试验,是研究土压缩性的最基本的方法。 室内压缩试验原理

室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪。试验时将切有土样的环刀置于刚性护环中,由于金属环刀及刚性护环的限制,使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形,而无侧向变形。在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙水的两个界面。压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样,土样产生的压缩量可通过百分表量测。常规压缩试验通过逐级加荷进行试验,常用的分级加荷量p为:50、100、200、300、400kPa。 根据压缩过程中土样变形与土的三相指标的关系,可以导出试验过程孔隙比与压缩

量 H的关系,即

这样,根据式(15-6-1)即可得到各级荷载P下对应的孔隙比e,从而可绘制出土样压缩试验的e~p曲线及e~lgp曲线等。

(二)压缩性指标 1. 压缩系数

通常可将常规压缩试验所得的e~p数据采用普通直角坐标绘制成e~p曲线,如图15-6-1所示。设压力由p1增至p2,相应的孔隙比由e1减小到e2,当压力变化范围不大时,可将MlM2一小段曲线用割线来代替,用割线MlM2的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性,即:

式中 —压缩系数,Mpa-1;压缩系数愈大,土的压缩性愈高。

从图15-6-1还可以看出,压缩系数。值与土所受的荷载大小有关。工程中一般采用100~200kPa压力区间内对应的压缩系数 1-2来评价土的压缩性。即 1-2<0.1Mpa-1 属低压缩性土; 0.1 Mpa-1≤ 1-2<0.5 Mpa-1 属中压缩性土;

1-2≥0.5 Mpa-1 属高压缩性土。

【例题7】已知某土样在进行压缩试验时获得如下数据:p1=100kpa时孔隙比e1=0.805,在p2=100kpa时孔隙比e1=0.755,则该土样在100~200kpa压力段的压缩系数为( ),并判断该土的压缩性属于( )。

A. 0.0005;低压缩性土 B. 0.05;低压缩性土 C. 0.15;中压缩性土

D. 0.5;高压缩性土 答案:D

【例题8】在室内压缩试验时,土样受压后向外排出孔隙水是通过( )个界面。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 答案:B 【例题9】在进行室内压缩试验时,土样受压后将产生( )变形。

A. 竖向 B. 横向 C. 横向和竖向 D. 不确定 答案:A 2. 压缩模量Es

根据e~p曲线,可以得到另一个重要的侧限压缩指标—侧限压缩模量,简称压缩模量,用来Es表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向应力增量与相应的应变增量

的比值

(如从p1增至p2)

式中 Es—侧限压缩模量,MPa;

H—应力增量p内的土样压缩量,mm; H1—荷载为Pl时对应的土样高度,mm。

在无侧向变形,即横截面积不变的情况下,同样根据土粒所占高度不变的条件,土样变形量 H可用相应的孔隙比的变化 e=e1-e2来表示:

由此还可导出压缩系数 与压缩模量Es之间的关系:

式中e0为初始孔隙比(或天然孔隙比)

同压缩系数 一样,压缩模量Es也不是常数,而是随着压力大小而变化。因此,在运用到沉降计算中时,比较合理的做法是根据实际竖向应力的大小在压缩曲线上取相应的孔隙比计算这些指标。

【例题10】某土样的压缩系数为0.15Mpa-1,其天然孔隙比为0.752,则该土的压缩模量为( )。

A. 11.68Kpa B. 1.53Mpa C. 11.68Mpa D. 15.3Mpa 答案:C

3. 压缩指数Cc

当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验e~p关系时,就得到了e~lgp曲线(见图15-6-2)。在e~1gp曲线中可以看到,当压力较大时,e~1gp曲线接近直线。 将e~1gp曲线直线段的斜率用Cc来表示,称为压缩指数,它是无量纲量:

压缩指数Cc与压缩系数 不同,它在压力较大时为常数,不随压力变化而变化。Cc值越大,土的压缩性越高,低压缩性土的Cc一般小于0.2,高压缩性土的Cc值一般大于0.4。


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