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第七章 地基与边坡稳定的工程地质分析 第一节 地基的压缩和沉降建筑物的建造使地基土中的应力状态发生变化，因此引起地基变形，出现基础沉降。由于建筑物荷载的不均匀和地基土的压缩性不同，会引起基础的不均匀沉降。为了计算地基的变形，必须研究土的压缩性指标，利用这些指标，可求得地基的最终沉降量。通过室内压缩试验和现场荷载试验确定土的压缩性指标。土在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性。土的压缩由三部分组成：①水和气体从孔隙中被挤出；②土中水及封装气体被压缩；③固体土颗粒被压缩。研究表明：固体土颗粒和水的压缩量很小，可忽略不计。因此，土的压缩变形主要是由孔隙体积被压缩而减小造成的。 土的压缩变形的快慢与土的渗透性有关。一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已完成80％以上，对于其他低压缩性土可认为已完成最终沉降量的50％～80％，对于中压缩性土可认为已完成20％～50％，对于高压缩性土可认为已完成5％～20％。(一)压缩试验 压缩试验通常是取天然结构的原状土样，进行侧限压缩试验。压缩试验是指限制土体的侧向变形，使土样只产生竖向变形。进行试验的仪器叫压缩仪，也可称为固结仪。试验装置如图1所示。 图1侧限试验装置 试验时，先用金属环刀切取原状土样，然后将环刀和土样一起放压缩仪内，上下各盖一块透水石，以便土样受压后能够自由排水，透水石上面再施加垂直荷载。荷载逐级施加，在每级荷载作用下将土样压至稳定后，再加下一级荷载。一般工程压力为50、100、200、300、400kPa，根据每级荷载作用下的稳定变形量，可以计算各级荷载作用下的孔隙比，如图2所示。 图 土样在压缩前后变形量为s，整个过程中土粒体积和底面积不变。 （7-1） 整理后得： （7-2） 其中： 根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线。根据计算出的各级荷载作用下的稳定孔隙比，可绘制如图所示的e-p曲线，称为压缩曲线。 图 e—p曲线 (二)压缩性指标 1．压缩系数 压缩性不同的土，其压缩曲线也不同。曲线愈陡，说明在相同的压力增量作用下，土样的孔隙比变化愈显著，因此土的压缩性愈高。反之，曲线愈平缓，土的压缩性愈低。所以，压缩曲线上任意点的切线斜率α就表示在相应压力作用下土的压缩性，称α为压缩系数： (7-3) 式中的负号表示e随着压力p的增加而减小。当压力变化范围不大时，土的压缩曲线可以近似用割线来表示。当压力由p1增加至p2时，相应的孔隙比由el减小到e2，则压缩系数近似地等于割线的斜率，即 (7-4) 式中：p1为地基中某深度处土中原有的竖向自重应力，kPa；p2为地基中某深度处土中自重应力与附加应力之和，kPa；e1为相应于p1作用下压缩稳定后土的孔隙比；e2为相应于p2作用下压缩稳定后土的孔隙比。 由式()可知，压缩系数α表示在单位压力增量作用下土的孔隙比的减小量。因此，压缩系数α越大，土的压缩性就越大。不同土的压缩性差异很大，即使是同一种土，压缩性变化也很大，压缩系数是一个变量，当压力增加时，曲线的斜率α将减小，说明土的压缩性随着压力的增加而减小。 由于压缩曲线不是直线，故同一种土的压缩系数也不是常数，它取决于所取的压力间隔(p2-p1)及该压力间隔的起始值p1的大小。为便于应用和比较，《GB500072002建筑地基基础设计》规定用p1=l00kPa、p2=kPa时相对应的压缩系数a12来评价土的压缩性： a120.1MPa-1，属低压缩性土； 0.1MPa-1a1-20.5MPa-1，属中压缩性土； a12≥0.5MPa-1，属高压缩性土。 2．压缩指数 如果采用elgp曲线(见图)，则曲线的后半段接近直线，压缩指数定义为此直线的斜率，用Cc表示： (7-5) 同压缩系数α一样，压缩指数Cc也可以用来表示土的压缩性大小。Cc值愈大，土的压缩性愈高。一般认为Cc0.2时，为低压缩性土；Cc=0.2～0.4时，为中压缩性土；Cc0.4时，为高压缩性土。 图e-lgp曲线 压缩模量土体在完全侧限条件下，竖向附加应力σz与相应的应变增量εz之比，称为压缩模量，用符号Es表示，即 (7-6) 根据式()，且由σz=Δp，εz=Δe／(1+e1)，可得 (7-7) 由式()可见，Es与α成反比，即Es愈大，α愈小，土体的压缩性愈低。地基最终沉降量是指地基在建筑物附加荷载作用下变形稳定后的沉降量。计算地基最终沉降量的方法有很多，工业与民用建筑常用的分