土的壓縮性與地基沉降計(jì)算教學(xué)PPT

1、土體的壓縮性與土體的壓縮性與 地基沉降計(jì)算地基沉降計(jì)算 第四章第四章 工程實(shí)例工程實(shí)例 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 沉降沉降2.2米，米， 且左右兩部分且左右兩部分 存在明顯的沉存在明顯的沉 降差。左側(cè)建降差。左側(cè)建 筑物于筑物于1969年年 加固。加固。 墨西哥某宮殿墨西哥某宮殿 左部：左部：1709年；右部：年；右部：1622年；地基：年；地基：20多米厚的黏土多米厚的黏土 由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸 基坑開(kāi)挖，引起陽(yáng)臺(tái)裂縫基坑開(kāi)挖，引起陽(yáng)臺(tái)裂縫 修建新建筑物：引起原有建筑物開(kāi)裂修建

2、新建筑物：引起原有建筑物開(kāi)裂 高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除 建筑物立面高差過(guò)大建筑物立面高差過(guò)大 建筑物過(guò)長(zhǎng)：長(zhǎng)高比建筑物過(guò)長(zhǎng)：長(zhǎng)高比7.6:1 土具有壓縮性土具有壓縮性荷載作用荷載作用 地基發(fā)生沉降地基發(fā)生沉降 荷載大小荷載大小 土的壓縮特性土的壓縮特性 地基厚度地基厚度一致沉降一致沉降 （沉降量）（沉降量） 差異沉降差異沉降 （沉降差）（沉降差） 建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力 影響結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用影響結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用 土的特點(diǎn)土的特點(diǎn) （碎散、三相）（碎散、三相） 沉降具有時(shí)間效應(yīng)沉降速率沉降具有時(shí)間效應(yīng)沉降速

3、率 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 土的壓縮性土的壓縮性 土體在壓力作用下體積縮小的特性。在一般壓力下，土體被壓縮可認(rèn)土體在壓力作用下體積縮小的特性。在一般壓力下，土體被壓縮可認(rèn) 為是土中孔隙體積縮小，即土中水和土中氣被排出、土顆粒重新排列為是土中孔隙體積縮小，即土中水和土中氣被排出、土顆粒重新排列 互相擠密的結(jié)果。互相擠密的結(jié)果。 土的固結(jié)土的固結(jié)

4、土體在壓力作用下，其壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程。土體在壓力作用下，其壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程。 土的壓縮性指標(biāo)土的壓縮性指標(biāo) 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù) 變形模量變形模量壓縮系數(shù)壓縮系數(shù) 土的壓縮性指標(biāo)測(cè)定方法土的壓縮性指標(biāo)測(cè)定方法 室內(nèi)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn) 原位測(cè)試原位測(cè)試 側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)(k0試驗(yàn)）試驗(yàn)）三軸試驗(yàn)三軸試驗(yàn) 靜荷載試驗(yàn)靜荷載試驗(yàn)旁壓試驗(yàn)旁壓試驗(yàn)標(biāo)貫試驗(yàn)標(biāo)貫試驗(yàn)靜（或動(dòng)）力觸探試驗(yàn)靜（或動(dòng)）力觸探試驗(yàn) 壓縮模量壓縮模量 本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 一、基本概念、基本概念

5、土的壓縮性 土體在壓力作用下體積縮小的特性。在一般壓力下，土體被壓縮可認(rèn)土體在壓力作用下體積縮小的特性。在一般壓力下，土體被壓縮可認(rèn) 為是土中孔隙體積縮小，即土中水和土中氣被排出、土顆粒重新排列為是土中孔隙體積縮小，即土中水和土中氣被排出、土顆粒重新排列 互相擠密的結(jié)果互相擠密的結(jié)果。 土的固結(jié) 土體在壓力作用下，其壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程。土體在壓力作用下，其壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程。 二、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線二、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線 （一）壓縮試驗(yàn)（一）壓縮試驗(yàn) 1、儀器：側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀）：壓縮容器，杠桿加壓設(shè)備，構(gòu)架。、儀器：側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀）：壓縮容器，杠桿加壓設(shè)備，構(gòu)架。 4.1 土的

6、壓縮性土的壓縮性 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 二、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線二、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線 （一）壓縮試驗(yàn)（一）壓縮試驗(yàn) 2、原理：用環(huán)刀取土樣，放在三聯(lián)固結(jié)儀上加壓（分級(jí)加壓），直至、原理：用環(huán)刀取土樣，放在三聯(lián)固結(jié)儀上加壓（分級(jí)加壓），直至 變形穩(wěn)定，用百分表測(cè)變形。變形穩(wěn)定，用百分表測(cè)變形。 p t 1 p 2 p s t 1 e 2 e 0 e 3 e 1 s 2 s 3 s e wg-1型三聯(lián)固結(jié)儀型三聯(lián)固結(jié)儀 固結(jié)容器示意圖固結(jié)容器示意圖 p=pi 時(shí)時(shí)， 推導(dǎo)推導(dǎo):設(shè)vs=1 0 0 0v s v v v v e v s v v v v e i

7、vv eevvv 00 0 0 0 1e ee v v h s ii z 0 0 0 1 h e ee s i i vv=e0 vs=1 h0h si vv=ei vs=1 側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn) 壓縮前后 截面不變 )1 ( 0 0 0 e h s ee i i 設(shè)土樣初始孔隙比為設(shè)土樣初始孔隙比為e0 土樣孔隙比為土樣孔隙比為ei pi 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 二、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線二、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線 （一）壓縮試驗(yàn)（一）壓縮試驗(yàn) 1、e p曲線曲線 e p 軟粘土 密實(shí)砂土 e0 e0 2、e logp曲線曲線

8、e p(log) 軟粘土 密實(shí)砂土 e0 e0 101001000 繪制壓縮曲線繪制壓縮曲線 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 二、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線二、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線 1、e - p曲線曲線 p t 1 p 2 p s t 1 e 2 e 0 e 3 e 1 s 2 s 3 s e i00i0 ee(1e )s /h 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 （二）壓縮曲線和壓縮性指標(biāo)（二）壓縮曲線和壓縮性指標(biāo)compression curve 1、e - p曲線曲線 4.1

9、土的壓縮性土的壓縮性 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 （二）壓縮曲線和壓縮性指標(biāo)（二）壓縮曲線和壓縮性指標(biāo) e 壓縮系數(shù)，壓縮系數(shù)，kpa-1，mpa-1 e 1 e0 固體顆粒固體顆粒 孔隙孔隙 p 0(kpa) e 1 12 2 2 21 1 p pp p e ee e a a p 標(biāo)準(zhǔn)壓縮系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)壓縮系數(shù)，mpa-1 a1-2常用常用 作比較土作比較土 的壓縮性的壓縮性 大小大小 p p e e a a 2 21 1 土的類別土的類別a1-2 (mpa-1) 高壓縮性土高壓縮性土 0.5 中壓縮性土中壓縮性土0.1-0.5 低壓縮性土低壓縮性土0.1 1

10、m 2 m 1 e 2 e 1 p 2 p 2 20 00 0k kp pa ap p1 10 00 0k kp pa a, ,p p 2 21 1 相應(yīng)的壓縮系數(shù)記作相應(yīng)的壓縮系數(shù)記作 2 21 1 a a 壓縮系數(shù)：土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量 與有效壓應(yīng)力增量的比值。 2、e - lgp曲線曲線 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：有一段較長(zhǎng)的直線段有一段較長(zhǎng)的直線段 指標(biāo)：指標(biāo)： 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 (lgp)(lgp) e e c cc c （1）壓縮指數(shù)）壓縮指數(shù) compression index (無(wú)量綱無(wú)量綱

11、) c c 1 1 1 1c c c c p p 0 0. .4 43 35 5 p p p pp p l lo og g p p c c a a 壓縮指數(shù)：土體在側(cè)限條件下孔 隙比減少量與有效壓應(yīng)力常用對(duì) 數(shù)增量的比值。 mpa2 . 0 mpa,1 . 0 21 pp -1 21 0.1mpa a -1 21 mpa 0.51 . 0 a -1 21 0.5mpa a )(mpa 1 . 0 1 -21 21 ee a 為低壓縮性土 為中壓縮性土 為高壓縮性土 0.2 c c 0.35 c c 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 （

12、二）壓縮曲線和壓縮性指標(biāo)（二）壓縮曲線和壓縮性指標(biāo) 0.352 . 0 c c (kpa ,mpa) 0 s 1e e a 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 z z s s p p e e 土的類別土的類別cc 高壓縮性土高壓縮性土 0.35 中壓縮性土中壓縮性土0.2-0.35 低壓縮性土低壓縮性土0.2 （2）壓縮模量）壓縮模量 s e modulus of compressibility： 土的類別土的類別es (mpa) 高壓縮性土高壓縮性土 15 0 0 z z e e1 1 e e 0 h s 壓縮模量（側(cè)限模量）壓縮模量

13、（側(cè)限模量） ：側(cè)限條件下，豎向附加壓：側(cè)限條件下，豎向附加壓 應(yīng)力與豎向應(yīng)變的比值。應(yīng)力與豎向應(yīng)變的比值。 s e 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 （3）體積壓縮系數(shù)）體積壓縮系數(shù) 土體在壓縮過(guò)程中體積的變化可以用體積壓縮系數(shù)土體在壓縮過(guò)程中體積的變化可以用體積壓縮系數(shù) 來(lái)衡來(lái)衡 量。它指的是土體在單位應(yīng)力作用下單位體積的變化。量。它指的是土體在單位應(yīng)力作用下單位體積的變化。 s m s s ee a m 1 1 1 指標(biāo) 指標(biāo) 1 1 1 a a s m s m s e s e 1 1 ems s e e11 1 1e a s

14、e 1 a e11 s m 1 s m e p e0 壓縮曲線 卸荷回彈曲線 再壓縮曲線 殘余變形殘余變形 彈性變形彈性變形 pi e p(log) e0 p1 壓縮曲線 回彈曲線 再壓縮曲線 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 3、土的回彈曲線、土的回彈曲線 rebound curve 和再壓縮曲線和再壓縮曲線 recompression curve 回彈指數(shù)（再壓縮指數(shù)）回彈指數(shù)（再壓縮指數(shù)） cece p1 現(xiàn)在地面 h 欠固結(jié)土pc1ocr1 硬黏土硬黏土（應(yīng)力擴(kuò)散）（應(yīng)力擴(kuò)散）s偏大偏大, sp1 現(xiàn)在地面 h hc 剝蝕前地

15、面 hc 超固結(jié)比（超固結(jié)比（ocr） 1 ocr p pc ocr=1 ocr1ocr1 前期固結(jié)壓力 現(xiàn)有覆蓋土重 欠固結(jié)土欠固結(jié)土pcp1 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 a b c d m rmin 1 2 3 前期固結(jié)壓力前期固結(jié)壓力pc的確定：的確定： casagrande 法法 (f) b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力即為前期固結(jié)壓點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力即為前期固結(jié)壓 力力pc (b) 作水平線作水平線m1 (c) 作作m點(diǎn)切線點(diǎn)切線m2 (d) 作作m1,m2 的角平分線的角平分線m3 (e) m3與試驗(yàn)曲線的直線段延長(zhǎng)與試驗(yàn)曲線的直線段延長(zhǎng) 線交于點(diǎn)線交于點(diǎn)b (a) 在在e-lg

16、p壓縮試驗(yàn)曲線上，壓縮試驗(yàn)曲線上， 找曲率半徑最小的點(diǎn)找曲率半徑最小的點(diǎn) m pc 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 p 0 e 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 （三）用現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線計(jì)算最終沉降量（三）用現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線計(jì)算最終沉降量 e ab 沉積沉積 bb 取樣取樣 bcd 室內(nèi)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn) a b b d c 地下水位上升地下水位上升 土層剝蝕土層剝蝕 冰川融化冰川融化 引起卸載，引起卸載， 使土處于回彈狀態(tài)使土處于回彈狀態(tài) 原狀土的原位壓縮曲線原狀土的原位壓縮曲線： 客觀存在的，無(wú)法直接得到客觀存在的，無(wú)法直接得到 f g 正常固結(jié)土

17、：正常固結(jié)土： 超固結(jié)土：超固結(jié)土： lgp 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 0 e 0 e42.0 b c e lg 確定前期固結(jié)壓力確定前期固結(jié)壓力pc 過(guò)過(guò)e0 作水平線與作水平線與pc作用線交于作用線交于b。由假定知由假定知 ，b點(diǎn)必然位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上；點(diǎn)必然位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上； 以以0.42e0 在壓縮曲線上確定在壓縮曲線上確定c點(diǎn)，由假定知點(diǎn)，由假定知 ，c點(diǎn)也位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上；點(diǎn)也位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上； 土樣取出以后土樣取出以后e不變，等于原狀土的初始孔隙比不變，等

18、于原狀土的初始孔隙比e0，因而，因而， （ e0, pc）點(diǎn)應(yīng)位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上；點(diǎn)應(yīng)位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上； 0.42e0時(shí)，土樣不受到擾動(dòng)影響。時(shí)，土樣不受到擾動(dòng)影響。 1. 正常固結(jié)土（施默特曼法）正常固結(jié)土（施默特曼法） 假定：假定： 推定：推定： 原位壓縮曲線的近似推求原位壓縮曲線的近似推求 通過(guò)通過(guò)b、c兩點(diǎn)的直線即為所求的原位壓縮曲線兩點(diǎn)的直線即為所求的原位壓縮曲線 。 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 czc p 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 e 的求算：的求算： 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地

19、基沉降計(jì)算 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 正常固結(jié)土用現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線計(jì)算最終沉降：正常固結(jié)土用現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線計(jì)算最終沉降： ( 0 1 c 1 pp e=c log p 1ii ici 1i pp e =c log p i ii 1i e s =h 1+e 正常固結(jié)土壓縮量：正常固結(jié)土壓縮量： n ici1ii i=1 1i1i hpp s=log 1 ep c 2. 超固結(jié)土超固結(jié)土 假定假定 土取出地面后體積不變，即（土取出地面后體積不變，即（e0,cz）在原位再壓縮在原位再壓縮 曲線上；曲線上； 再壓縮指數(shù)再壓縮指數(shù)ce 為常數(shù)；為常數(shù)； 0.42e0處的土與原狀

20、土一致，不受擾動(dòng)影響。處的土與原狀土一致，不受擾動(dòng)影響。 推定推定 確定確定cz ，pc的作用線；的作用線； 過(guò)過(guò)e0作水平線與作水平線與 cz作用線交于作用線交于d點(diǎn)；點(diǎn)； 過(guò)過(guò)b和和c點(diǎn)作直線即為原位壓縮曲線。點(diǎn)作直線即為原位壓縮曲線。 0 e 0 e42. 0 e lg c b d 過(guò)過(guò)d點(diǎn)作斜率為點(diǎn)作斜率為ce的直線，與的直線，與pc作用線作用線 交于交于b點(diǎn)，點(diǎn)，db為原始再壓縮曲線；為原始再壓縮曲線； 過(guò)過(guò)0.42e0 作水平線與作水平線與e-lg曲線交于曲線交于 點(diǎn)點(diǎn)c； 原位壓縮曲線的近似推求原位壓縮曲線的近似推求 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算

21、 pc 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 cz 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 超固結(jié)土用現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線計(jì)算最終沉降：超固結(jié)土用現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線計(jì)算最終沉降： 1 ( 0 超固結(jié)土壓縮量：超固結(jié)土壓縮量： a、當(dāng)、當(dāng) 1 p() c pp 時(shí)時(shí) b、當(dāng)、當(dāng) 1 p() c pp時(shí)，土始終處于超固結(jié)階段時(shí)，土始終處于超固結(jié)階段 1 1 11 log() 1 m ii ei i ii pphi sc ep m 1 c 1 c 1 c e 0 m 1 m c 1 c 1 c e 00 c 1 c 1

22、c e c 1 c 1 c e lglg 1 lglg 11 lglg lg lg i i ii i i i i i i i i i ii i i i i i i i ii i p pp c p p c e h ss p pp c p p c e h e eh s p pp c p p ceee p pp ce p p ce 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 3.欠固結(jié)土（原位壓縮曲線的求法同正常固結(jié)土）欠固結(jié)土（原位壓縮曲線的求法同正常固結(jié)土） 1 0 0 1 e 的求算：的求算： 1 c c pp e=c lo

23、g p 欠固結(jié)土壓縮量：欠固結(jié)土壓縮量： ci ii ci n i oi i p pp c e h s 1 1 lg 1 討論 1. 基礎(chǔ)（地基表面）最終沉降量計(jì)算方法以分層總和 法較為方便實(shí)用，采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)，以地 基壓縮層深度（地基變形計(jì)算深度）范圍內(nèi)的各分層計(jì) 算壓縮量加以總和。其中規(guī)范修正公式最為接近實(shí)測(cè)值， 它運(yùn)用了簡(jiǎn)化的平均附加應(yīng)力系數(shù)（按實(shí)際的附加應(yīng)力 分布圖面積計(jì)算）、規(guī)定了合理的地基變形計(jì)算深度、 提出了關(guān)鍵的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，還有配套的各種變形 特征的建筑物地基變形允許值。 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.2 地基的最終沉降量

24、計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 2. 應(yīng)力歷史法計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量，也采用分層總和 的側(cè)限條件單向壓縮公式，但土的壓縮性指標(biāo)從原始?jí)?縮曲線和原始再壓縮曲線中確定，從而在沉降計(jì)算中可 以考慮應(yīng)力歷史的影響。 3. 彈性理論法計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量，由于彈性力學(xué)公式是按 均質(zhì)線性變形半空間地基的假設(shè)得出的，而實(shí)際地基的壓 縮層厚度總是有限的，土的變形模量常隨地基深度而增大， 所以計(jì)算結(jié)果往往偏大；還有一個(gè)缺點(diǎn)是無(wú)法考慮相鄰基 礎(chǔ)荷載的影響。但是彈性力學(xué)公式可用來(lái)計(jì)算短暫荷載作 用下基礎(chǔ)的沉降差、傾斜以及黏性土的瞬時(shí)沉降，計(jì)算時(shí) 必須注意所取用的應(yīng)力應(yīng)變模量是土的彈性模量，土的泊 松比取值由于地基不產(chǎn)生壓縮

25、變形（體積變形）0.5。 討論 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.2 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 重點(diǎn)：重點(diǎn)： 一維滲流固結(jié)一維滲流固結(jié) 沉降與時(shí)間之間的關(guān)系：飽和土層的滲流固結(jié)沉降與時(shí)間之間的關(guān)系：飽和土層的滲流固結(jié) 固結(jié)沉降的速度固結(jié)沉降的速度 ？ 固結(jié)沉降的程度固結(jié)沉降的程度 ？ 問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 s t s 不可壓縮層不可壓縮層 可壓縮層可壓縮層 p 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 二、一維滲流固結(jié)理論（二、一維滲流固結(jié)理論（terzaghi

26、滲流固結(jié)理論）滲流固結(jié)理論） 一、飽和黏性土的滲透固結(jié)一、飽和黏性土的滲透固結(jié) 三、關(guān)于基礎(chǔ)沉降計(jì)算的討論三、關(guān)于基礎(chǔ)沉降計(jì)算的討論 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 一、飽和黏性土的滲透固結(jié)一、飽和黏性土的滲透固結(jié) 滲透固結(jié)：由孔隙排水而造成的壓縮過(guò)程。滲透固結(jié)：由孔隙排水而造成的壓縮過(guò)程。 1、主固結(jié)：、主固結(jié)： 在側(cè)限壓縮試驗(yàn)中，飽和土體孔隙中的在側(cè)限壓縮試驗(yàn)中，飽和土體孔隙中的 自由水的擠出速度與滲透系數(shù)、土樣厚自由水的擠出

27、速度與滲透系數(shù)、土樣厚 度有關(guān)，與自由水的滲透速度有關(guān)的飽度有關(guān)，與自由水的滲透速度有關(guān)的飽 和土固結(jié)過(guò)程稱為主固結(jié)。和土固結(jié)過(guò)程稱為主固結(jié)。 2、次固結(jié)：、次固結(jié)： 是主固結(jié)沉降完成后地基中土粒骨架在是主固結(jié)沉降完成后地基中土粒骨架在 持續(xù)荷載作用下發(fā)生蠕變、礦物顆粒重持續(xù)荷載作用下發(fā)生蠕變、礦物顆粒重 新排列等因素引起的壓縮過(guò)程，稱為次新排列等因素引起的壓縮過(guò)程，稱為次 固結(jié)。固結(jié)。 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 實(shí)踐背景：大面積均布荷載實(shí)踐背景：大面積均布荷載 p 不透水巖層不透水巖層 飽和壓縮層飽和壓縮層 z=p p 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)側(cè)限應(yīng)力狀態(tài) 二

28、、一維滲流固結(jié)理論（二、一維滲流固結(jié)理論（terzaghi滲流固結(jié)理論）滲流固結(jié)理論） 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 一維：排水、壓縮發(fā)生在豎向一個(gè)方向一維：排水、壓縮發(fā)生在豎向一個(gè)方向 固結(jié)理論：研究固結(jié)中沉降計(jì)算的理論；固結(jié)理論：研究固結(jié)中沉降計(jì)算的理論； 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 1 1、物理模型、物理模型 0t t0 t w p h p p p p hh 0h p p 附加應(yīng)力附加應(yīng)力: :z z=p=p 超靜孔壓超靜孔壓: : u=u=z z=p=p 有效應(yīng)力有效應(yīng)力: :z z=0=0 滲流固結(jié)過(guò)程滲流固

29、結(jié)過(guò)程 附加應(yīng)力附加應(yīng)力: :z z=p=p 超靜孔壓超靜孔壓: : u pu 00 附加應(yīng)力附加應(yīng)力: :z z=p=p 超靜孔壓超靜孔壓: : u =0u =0 有效應(yīng)力有效應(yīng)力: :z z=p=p 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 2、數(shù)學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型 （1）荷載是瞬時(shí)一次施加的；加載期間飽和土層來(lái)不及變形，加載以）荷載是瞬時(shí)一次施加的；加載期間飽和土層來(lái)不及變形，加載以 后總應(yīng)力沿深度均勻分布。后總應(yīng)力沿深度均勻分布。 （2）土體為均質(zhì)、飽和土；）土體為均質(zhì)、飽和土； （3）在固結(jié)過(guò)程中

30、，土粒和水本身被視為不可壓縮的；）在固結(jié)過(guò)程中，土粒和水本身被視為不可壓縮的； （4）土層只有豎向的壓縮和排水，圖中附加應(yīng)力沿水平面均勻分布；）土層只有豎向的壓縮和排水，圖中附加應(yīng)力沿水平面均勻分布； （5）土的壓縮速率僅取決于土中自由水排出的速度，且土中水的滲流）土的壓縮速率僅取決于土中自由水排出的速度，且土中水的滲流 符合達(dá)西定律；符合達(dá)西定律； （6）受壓土層的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)在固結(jié)過(guò)程中被視為常數(shù)；）受壓土層的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)在固結(jié)過(guò)程中被視為常數(shù)； 基本假定：基本假定： 求解思路：求解思路： 總應(yīng)力已知總應(yīng)力已知 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理 超靜孔隙水壓力的時(shí)空分布超靜孔隙水壓力的

31、時(shí)空分布 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 建立方程：建立方程： 微小單元（微小單元（11dz） 微小時(shí)段（微小時(shí)段（dt） q q (qdz) z z dz 1 1 孔隙體積的變化流出的水量孔隙體積的變化流出的水量 土的壓縮特性土的壓縮特性有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理 達(dá)西定律達(dá)西定律 超靜孔隙水壓力的時(shí)空分布超靜孔隙水壓力的時(shí)空分布 超靜孔隙水壓力超靜孔隙水壓力超靜孔隙水壓力超靜孔隙水壓力 土的體積變化土的體積變化 不透水巖層不透水巖層 飽和壓縮層飽和壓縮層 z 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉

32、降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 q q (qdz) z dz z 1 1 固體體積：固體體積： 1 1 1 vdzconst 1e 21 1 1 veve(dz) 1e 孔隙體積：孔隙體積： dt時(shí)段內(nèi)：時(shí)段內(nèi)：孔隙體積的變化流出的水量孔隙體積的變化流出的水量 2 vqq dtqqdzdtdzdt tzz 1 1eq 1etz 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 u w hku qakikik zz 2 2 1w auku 1e

33、tz 2 1 2 w k 1e uu taz q q (qdz) z dz z 1 1 dt時(shí)段內(nèi)：時(shí)段內(nèi)： 孔隙體積的變化流出的水量孔隙體積的變化流出的水量 土的壓縮性：土的壓縮性： z ea 有效應(yīng)力原理：有效應(yīng)力原理： zz u zz (u)eu aaa tttt 達(dá)西定律達(dá)西定律: 1 1eq 1etz 孔隙體積的變化土骨架的體積變化孔隙體積的變化土骨架的體積變化 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 cv 反映了土的固結(jié)性質(zhì)：孔壓消散的快慢固結(jié)速度；反映了土的固結(jié)性質(zhì)：孔壓消散的快慢固結(jié)速

34、度； cv 與滲透系數(shù)與滲透系數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；成反比； （cm2/s；m2/y） 1 v w k(1e ) c a 2 1 2 w k 1e uu taz 固結(jié)系數(shù)固結(jié)系數(shù) 2 v 2 uu c tz 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 太沙基一維固結(jié)微分方程太沙基一維固結(jié)微分方程 線性齊次拋物線型微分方程式，一般可用分離變量方法求解。線性齊次拋物線型微分方程式，一般可用分離變量方法求解。 給出定解條件，求解滲流固結(jié)方程，就可以解出給出定解條件，求解滲流固結(jié)方程，

35、就可以解出uz,t。 方程求解：方程求解： （1）求解思路：）求解思路： 2 v 2 uu c tz 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 不透水巖層不透水巖層 飽和壓縮層飽和壓縮層 z=p h p 0t t0 t z t , z u z t , z t , z u t , z z 0 z h: u=p z=0: u=0 z=h: u z 0 z h: u=0 （2）邊界、初始條件：）邊界、初始條件： z 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)

36、間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 (3) 微分方程的解微分方程的解 v v 2 c tt h 時(shí)間因數(shù)時(shí)間因數(shù) m1，3，5，7 0 z h: u=p z=0: u=0 z=h: u z 0 z h: u=0 2 v 2 uu c tz 0t t0 t 基本微分方程：基本微分方程： 初始邊界條件：初始邊界條件： 微分方程的解：微分方程的解： 反映孔隙水壓力的消散程度固結(jié)程度反映孔隙水壓力的消散程度固結(jié)程度 v 2 2 t 4 m 1m t , z e h2 zm sin m 1p4 u 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

37、飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 h 單面排水時(shí)孔隙水壓力分布單面排水時(shí)孔隙水壓力分布雙面排水時(shí)孔隙水壓力分布雙面排水時(shí)孔隙水壓力分布 zz 排水面排水面 不透水層不透水層 排水面排水面 排水面排水面 h h 滲流滲流 滲流滲流滲流滲流 tv=0 tv=0.05 tv=0.2 tv=0.7 tv= tv=0 tv=0.05 tv=0.2 tv=0.7 tv= u0=pu0=p (3) 微分方程的解微分方程的解 v v 2 c tt h 時(shí)間因數(shù)時(shí)間因數(shù) m1，3，5，7 v 2 2 t 4 m 1m t , z e h2 zm sin m 1p4 u 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的

38、壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 3、固結(jié)度的計(jì)算、固結(jié)度的計(jì)算 一點(diǎn)一點(diǎn)m：地基中某點(diǎn)孔隙水壓力的消散程度地基中某點(diǎn)孔隙水壓力的消散程度 地地 層：層： 一層土的平均固結(jié)度一層土的平均固結(jié)度 uz,t=01：表征總應(yīng)力中有效應(yīng)力所占比例：表征總應(yīng)力中有效應(yīng)力所占比例 z t ,z t ,z u dz dzu 1 dz dz u z t , z h 0 z h 0 t , z t 總總應(yīng)應(yīng)力力分分布布面面積積 有有效效應(yīng)應(yīng)力力分分布布面面積積 z t , z z t , zz z z t , z u 1 u u z t , z t , z u h 1、基本概念、基本概念 m 第四章第四章 土體的壓縮與地基沉降計(jì)算土體的壓縮與地基沉降計(jì)算 4.3 飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 2、平均固結(jié)度、平均固結(jié)度ut與沉