清華大學胡黎明土力學-地基沉降

1、土力學（土力學（1）n緒緒 論論n第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類n第二章第二章 土的滲透性和滲透破壞土的滲透性和滲透破壞n第三章第三章 土中應力計算土中應力計算n第第四四章章 土的土的壓縮性和地基沉降量計算壓縮性和地基沉降量計算n第五章第五章 土的強度土的強度第第四四章章土的土的壓縮性和地基沉降量計算壓縮性和地基沉降量計算第一講第一講工程中的問題：如何計算地基基礎沉降量？第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算 與地基沉降量計算相關(guān)的土應力與地基沉降量計算相關(guān)的土應力- -應變關(guān)系，應變關(guān)系，主要是主要是側(cè)限條件下應力下應力- -壓縮變形的關(guān)系壓縮變形的關(guān)系 地基地基最終

2、沉降量計算的原理、方法和實際應計算的原理、方法和實際應用中的問題用中的問題 地基地基沉降過程計算的理論與方法計算的理論與方法第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1 土的壓縮性土的壓縮性4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算分層總和法分層總和法4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1.1 土的變形特點土的變形特點一一. . 土的變形機理土的變形機理二二. . 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三三. . 土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介4.1.2 側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性側(cè)限應力狀態(tài)下土

3、的變形特性 4.1 土的壓縮性土的壓縮性是指土在靜力作用下體積縮小的特性土的壓縮性是指土在靜力作用下體積縮小的特性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算思考：思考：土受力以后如何變形？土受力以后如何變形？ 應力應變變形應力應變變形土體變形有什么特殊性？土體變形有什么特殊性？(與其它材料相比與其它材料相比)土的工程材料特點內(nèi)因土的工程材料特點內(nèi)因土的變形機理和特性土的變形機理和特性 4.1.1 4.1.1 土的變形特點土的變形特點4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性一、一、 土的變形機理土的變形機理第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算一、 土的變形機理土的工程材料特點土的工程材料特點回顧回顧n碎散性碎

4、散性變形包括顆粒本身的變形，但更主要的是顆粒間變形包括顆粒本身的變形，但更主要的是顆粒間相對滑移；相對滑移；n多相性多相性變形包括結(jié)合水膜和氣體的壓縮與變形；變形包括結(jié)合水膜和氣體的壓縮與變形；三相承受與傳遞荷載有效應力原理；三相承受與傳遞荷載有效應力原理；n天然性天然性土的變形特性復雜，與地質(zhì)歷史、結(jié)構(gòu)性有關(guān)土的變形特性復雜，與地質(zhì)歷史、結(jié)構(gòu)性有關(guān)4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算n顆粒本身的變形顆粒本身的變形n接觸點變形、破碎，扁平顆粒撓曲、斷裂接觸點變形、破碎，扁平顆粒撓曲、斷裂n變形量小，包括彈性變形和塑性變形變形量小，包括彈性變形和塑性變形 n顆粒

5、間的相對滑移顆粒間的相對滑移n孔隙中水和氣體的排出與流入，與時間相關(guān)孔隙中水和氣體的排出與流入，與時間相關(guān)n大孔隙消失，變形量大，土體變形的主要部分大孔隙消失，變形量大，土體變形的主要部分n非線性、塑性變形非線性、塑性變形n結(jié)合水膜變形結(jié)合水膜變形n彈塑性變形、粘滯性（流變性）彈塑性變形、粘滯性（流變性）n氣體的壓縮和溶解氣體的壓縮和溶解n彈性變形，滯后性彈性變形，滯后性一、 土的變形機理4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算體應變體應變主要是由于孔隙體積變化引起的主要是由于孔隙體積變化引起的；剪應變剪應變主要是由于土顆粒排列形態(tài)變化引起的主要是由于土顆粒排列形

6、態(tài)變化引起的。彈性變形彈性變形 接觸點處彈性變形接觸點處彈性變形 彈性撓曲變形彈性撓曲變形 顆粒滾爬的可逆性顆粒滾爬的可逆性 封閉氣泡受壓封閉氣泡受壓塑性變形塑性變形大孔隙消失大孔隙消失 接觸點顆粒破碎接觸點顆粒破碎 顆粒相對滑移顆粒相對滑移 扁平顆粒斷裂扁平顆粒斷裂一、 土的變形機理4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性變形量大，變形與時間有關(guān)變形量大，變形與時間有關(guān)第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算一、 土的變形機理土的應力應變關(guān)系土的應力應變關(guān)系非常復雜非常復雜線彈性體線彈性體虎克定律：應力應變線性關(guān)系虎克定律：應力應變線性關(guān)系土復雜材料土復雜材料應力應變關(guān)系特征應力應變關(guān)系特征彈塑性、非

7、線性、剪脹性彈塑性、非線性、剪脹性應力應變關(guān)系復雜，影響因素多應力應變關(guān)系復雜，影響因素多要用室內(nèi)試驗方法來模擬不同加載條件要用室內(nèi)試驗方法來模擬不同加載條件4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算一、一、 土的變形機理土的變形機理 小結(jié)小結(jié)n土的變形特點：土的變形特點：變形量大、變形與時間相關(guān)變形量大、變形與時間相關(guān)n體應變體應變主要是由于孔隙體積發(fā)生了變化主要是由于孔隙體積發(fā)生了變化n剪應變剪應變主要是由于土顆粒排列形態(tài)發(fā)生了變化主要是由于土顆粒排列形態(tài)發(fā)生了變化n內(nèi)因：土的內(nèi)因：土的碎散性碎散性，多相性多相性以及與以及與天然性天然性有有關(guān)的各向異性、結(jié)構(gòu)性、

8、非均勻性等特點關(guān)的各向異性、結(jié)構(gòu)性、非均勻性等特點n土的應力應變關(guān)系：土的應力應變關(guān)系：彈塑性、非線性、剪脹性彈塑性、非線性、剪脹性4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性 4.1.1 4.1.1 土的變形特點土的變形特點第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1.1 土的變形特點土的變形特點一一. . 土的變形機理土的變形機理二二. . 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三三. . 土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介4.1.2 側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性 4.1 土的壓縮性4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1.1 4.1

9、.1 土的變形特點土的變形特點4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗載荷試驗與旁壓試驗（載荷試驗與旁壓試驗（P123）標準貫入試驗與靜力觸探試驗（標準貫入試驗與靜力觸探試驗（P140）教學試驗教學試驗特殊應力狀態(tài)特殊應力狀態(tài)一維問題一維問題軸對稱問題軸對稱問題自學自學室內(nèi)試驗室內(nèi)試驗現(xiàn)場試驗現(xiàn)場試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算試驗設備：試驗設備：三軸儀：試驗、控制、量測系統(tǒng)三軸儀：試驗、控制、量測系統(tǒng)應力狀態(tài)：應力狀態(tài)：三軸應力三軸應力 = 等向壓縮等向壓縮

10、 + 偏差應力偏差應力試驗類型：試驗類型：固結(jié)排水固結(jié)排水固結(jié)不排水固結(jié)不排水不固結(jié)不排水不固結(jié)不排水二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算試驗儀器：試驗儀器：三軸儀三軸儀孔壓傳感器孔壓傳感器體變管體變管軸向位移量測軸向位移量測軸向力量測軸向力量測壓力泵壓力泵調(diào)壓閥調(diào)壓閥壓力表壓力表壓力室壓力室壓力室底座壓力室底座主機馬達主機馬達主機框架主機框架離合器離合器p 試驗系統(tǒng)試驗系統(tǒng)p 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)p 量測系統(tǒng)量測系統(tǒng) Casagrande 1930年首先使用，年首先使用，可控制排水條件；可控制排水條件；可完整的描述試樣受力、

11、變形可完整的描述試樣受力、變形和破壞的全過程；和破壞的全過程；可進行不同應力路徑的試驗；可進行不同應力路徑的試驗；應力狀態(tài)明確；應力狀態(tài)明確；變形量測簡單變形量測簡單二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗試樣試樣壓力室壓力室壓力壓力水水排水管排水管閥門閥門軸向加壓桿軸向加壓桿有機玻璃罩有機玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石頂帽頂帽( 1- )三軸壓縮試驗過程三軸壓縮試驗過程 常規(guī)試驗圍壓不變常規(guī)試驗圍壓不變制樣制樣施加周圍壓力施加周圍壓力施加豎向附加應力施加豎向附加應力直至試樣破

12、壞直至試樣破壞4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算應力狀態(tài)應力狀態(tài)n試樣是軸對稱應力狀態(tài)試樣是軸對稱應力狀態(tài)豎直應力豎直應力 z是大主應力是大主應力 1 ；水平向應力水平向應力 2 = 3土試樣土試樣 三軸試樣的應力狀態(tài)三軸試樣的應力狀態(tài)二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算n三軸試驗剪切過程中的莫爾圓變化三軸試驗剪切過程中的莫爾圓變化n量測系統(tǒng)可以量測孔壓變化或體積變化量測系統(tǒng)可以量測孔壓變化或體積變化( 1- )f 3( 1- 3)f/2二、二、 土的

13、變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算試驗類型：試驗類型：排水與固結(jié)條件排水與固結(jié)條件儀器特點：試樣內(nèi)有管道與外測水管或儀器特點：試樣內(nèi)有管道與外測水管或孔壓量測裝置連接，可以通過閥門開關(guān)孔壓量測裝置連接，可以通過閥門開關(guān)控制排水與固結(jié)條件?？刂婆潘c固結(jié)條件。 固結(jié)固結(jié) (Consolidated) 不固結(jié)不固結(jié) (Unconsolidated) 排水排水 (Drained) 不排水不排水 (Undrained)二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗4.1 4.1

14、土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算三軸壓縮試驗：三軸壓縮試驗：固結(jié)條件固結(jié)條件固結(jié)固結(jié)(Consolidated)施加等向應力圍壓后，將通向試樣的閥門打施加等向應力圍壓后，將通向試樣的閥門打開，與外界大氣壓相通，使超靜孔壓消散，如開，與外界大氣壓相通，使超靜孔壓消散，如果體積壓縮，則排水。果體積壓縮，則排水。不固結(jié)不固結(jié)(Unconsolidated)施加圍壓時，關(guān)閉閥門，不允許試樣內(nèi)水排出，施加圍壓時，關(guān)閉閥門，不允許試樣內(nèi)水排出，產(chǎn)生超靜孔壓產(chǎn)生超靜孔壓31Bu二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性

15、第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算三軸壓縮試驗：三軸壓縮試驗：排水條件排水條件排水排水(Drained)施加軸向偏應力，試樣剪切過程中，打開排水施加軸向偏應力，試樣剪切過程中，打開排水閥門讓試樣水充分進出，試樣體積可壓縮或剪閥門讓試樣水充分進出，試樣體積可壓縮或剪脹，不產(chǎn)生超靜孔壓脹，不產(chǎn)生超靜孔壓不排水不排水(Undrained)施加軸向偏應力，試樣剪切過程中，不打開排施加軸向偏應力，試樣剪切過程中，不打開排水閥門，水分不允許進出，飽和試樣體積不變，水閥門，水分不允許進出，飽和試樣體積不變，產(chǎn)生超靜孔壓產(chǎn)生超靜孔壓)(312BAu二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗

16、三軸壓縮試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗試驗類型試驗類型固結(jié)排水固結(jié)排水 (CD)施加圍壓施加圍壓 充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；閥門打開，慢慢施加軸向應力差閥門打開，慢慢施加軸向應力差 以避免產(chǎn)生超靜孔壓以避免產(chǎn)生超靜孔壓固結(jié)不排水固結(jié)不排水 (CU)施加圍壓施加圍壓 充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；關(guān)閉閥門，很快剪切破壞關(guān)閉閥門，很快剪切破壞不固結(jié)不排水不固結(jié)不排水 (UU)關(guān)閉閥門，關(guān)閉閥門，施加圍壓

17、施加圍壓 3 3關(guān)閉閥門，很快剪切破壞關(guān)閉閥門，很快剪切破壞教學試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性31Bu)(312BAu)(312BAu0u 第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算n土的變形模量土的變形模量E E0 0定義：圍壓一定條件定義：圍壓一定條件與土性、圍壓力、應力水平和應力歷史有關(guān)與土性、圍壓力、應力水平和應力歷史有關(guān)現(xiàn)場原位試驗荷載試驗、旁壓試驗測定現(xiàn)場原位試驗荷載試驗、旁壓試驗測定應用于彈性理論計算應用于彈性理論計算切線變形模量切線變形模量割線變形模量割線變形模量初始變形模量初始變形模量二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗0zzE4.1

18、4.1 土的壓縮性土的壓縮性 iEseEtE第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗教學試驗教學試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗: 研究側(cè)限壓縮條件下有效應力與壓縮應變研究側(cè)限壓縮條件下有效應力與壓縮應變之間關(guān)系的室內(nèi)試驗方法之間關(guān)系的室內(nèi)試驗方法側(cè)限壓縮條件側(cè)限壓縮條件試驗裝置試驗裝置試驗過程試驗過程試驗成果試驗成果4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的

19、壓縮性和地基沉降量計算側(cè)限壓縮條件側(cè)限壓縮條件n應變條件應變條件n應力條件應力條件n獨立變量獨立變量z;0;0 xyyzzxxy0;0 xyzxyyzzxK zz , zzyxv 二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算F 固結(jié)容器：固結(jié)容器：環(huán)刀、護環(huán)、導環(huán)、透水石、環(huán)刀、護環(huán)、導環(huán)、透水石、加壓上蓋和量表架等加壓上蓋和量表架等F 加壓設備：加壓設備：杠桿比例杠桿比例1:10F 變形測量設備：變形測量設備：百分表百分表側(cè)限壓縮側(cè)限壓縮( (固結(jié)固結(jié)) )儀儀支架支架加壓設備加壓設備固結(jié)容器

20、固結(jié)容器變形測量變形測量二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性試驗裝置試驗裝置第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算試樣試樣水槽水槽內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀透水石透水石傳壓板傳壓板百分表百分表 施加荷載，靜置施加荷載，靜置 至變形穩(wěn)定至變形穩(wěn)定 逐級加大荷載逐級加大荷載測定：測定： 軸向應力軸向應力 軸向變形軸向變形試驗過程試驗過程 二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗試驗裝置試驗裝置第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算P1p2p1e2e0e3e1s2s3s試驗成果試驗成果試驗成果試驗成果 二、二、

21、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗zp z )1 (00ee1 1Es1 1Ee非線性非線性彈塑性彈塑性 zszE4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量Es第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性zp z )1 (00ee1 1Es1 1Ee非線性非線性彈塑性彈塑性 zszE應力應變關(guān)系特征應力應變關(guān)系特征豎向應力增大土體一直壓縮豎向應力增大土體一直壓縮 密實度越來越大，密實度越來越大，Es越來越大越來越大 z= v，e0/(1+e0)為體應變上限為體應變上限試驗成果試驗成果 二、二、 土的變形特性測定方法土的

22、變形特性測定方法側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗n土的側(cè)限壓縮模量土的側(cè)限壓縮模量定義：側(cè)限應力狀態(tài)定義：側(cè)限應力狀態(tài)與土性、應力歷史有關(guān)與土性、應力歷史有關(guān)應用于地基沉降計算應用于地基沉降計算zszE第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算側(cè)限壓側(cè)限壓縮試驗縮試驗常規(guī)三常規(guī)三軸試驗軸試驗側(cè)限側(cè)限壓縮壓縮試驗試驗zp z )1 (00ee二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法應力應變關(guān)系曲線的比較應力應變關(guān)系曲線的比較常規(guī)常規(guī)三軸三軸試驗試驗4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算n土的側(cè)限變形模量土的側(cè)限變形模量E Es s( (側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量) )條件

23、：側(cè)限應力狀態(tài)條件：側(cè)限應力狀態(tài)n土的變形模量土的變形模量E E0 0條件：圍壓一定條件：圍壓一定nE E0 0的用處的用處彈性理論計算中需應用彈性理論計算中需應用E E0 0可用現(xiàn)場試驗測得的可用現(xiàn)場試驗測得的E E0 0計算計算E Es snE0與與Es的關(guān)系的關(guān)系二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法202(1)1ssEEE12124.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、二、 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法00000 xyzzxzxxyEEEE100KKzyx202(1)1zzE202(1)1ssEEE22111 4.1 4.1 土

24、的壓縮性土的壓縮性n土的變形模量土的變形模量E E0 0 E0與與Es的關(guān)系推導的關(guān)系推導 彈性理論：虎克定律彈性理論：虎克定律側(cè)限應變條件側(cè)限應變條件第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1.1 土的變形特點土的變形特點一一. . 土的變形機理土的變形機理二二. . 土的變形特性測定方法土的變形特性測定方法三三. . 土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介4.1.2 側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性 4.1 土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算本構(gòu)模型：本構(gòu)模型：表示土在普遍應力狀態(tài)下應力應變關(guān)系表示土在普遍應力狀態(tài)下應力應變關(guān)系的數(shù)學模型的數(shù)學模型三、土的本構(gòu)

25、關(guān)系模型簡介三、土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性n土的應力應變關(guān)系特點土的應力應變關(guān)系特點單向加載時單向加載時1- 1關(guān)系：關(guān)系：非線性非線性卸荷與重加荷時卸荷與重加荷時1- 1關(guān)系：關(guān)系：彈塑性彈塑性剪應力與體積變化的關(guān)系：剪應力與體積變化的關(guān)系：剪脹性剪脹性應變與時間有關(guān)：應變與時間有關(guān)： 流變性流變性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算三、土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介三、土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介n 土的本構(gòu)模型土的本構(gòu)模型31 1 31 1 線彈性線彈性理想塑性理想塑性非線性彈性非線性彈性彈塑性彈塑性31 1 f E4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉

26、降量計算三、土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介三、土的本構(gòu)關(guān)系模型簡介31y)(311剛塑性模型剛塑性模型彈塑性模型彈塑性模型線彈性理想塑性線彈性理想塑性（簡化彈塑性模型）（簡化彈塑性模型）n 土的本構(gòu)關(guān)系模型土的本構(gòu)關(guān)系模型4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1 土的壓縮性土的壓縮性4.1.1 土的變形特點土的變形特點4.1.2 側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算分層總和法分層總和法4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1

27、.2 4.1.2 側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性一、側(cè)限壓縮試驗一、側(cè)限壓縮試驗二、側(cè)限壓縮曲線二、側(cè)限壓縮曲線e-p曲線曲線e-lgp曲線曲線側(cè)限壓縮試驗參數(shù)側(cè)限壓縮試驗參數(shù)三、原位壓縮曲線三、原位壓縮曲線先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力原位壓縮曲線的推求原位壓縮曲線的推求4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算一、側(cè)限壓縮試驗一、側(cè)限壓縮試驗研究側(cè)限壓縮條件下有效應力與壓縮應變之間關(guān)系研究側(cè)限壓縮條件下有效應力與壓縮應變之間關(guān)系的室內(nèi)試驗方法的室內(nèi)試驗方法試驗設備：試驗設備：側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀）側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀） 側(cè)限壓縮試驗應力狀態(tài)側(cè)限壓縮試

28、驗應力狀態(tài) h K K0 0 z ； 3 h ； 1 z 試驗方法：試驗方法：逐級加荷，測定應力、變形逐級加荷，測定應力、變形現(xiàn)象觀察：現(xiàn)象觀察：每級荷載作用下壓縮變形達到穩(wěn)定需每級荷載作用下壓縮變形達到穩(wěn)定需 要經(jīng)歷一定時間要經(jīng)歷一定時間解釋解釋：孔隙水排出需要時間；：孔隙水排出需要時間； 變形是排氣排水，孔隙減小的結(jié)果變形是排氣排水，孔隙減小的結(jié)果4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算P1p2p1e2e0e3e1s2s3s試驗成果試驗成果一、側(cè)限壓縮試驗一、側(cè)限壓縮試驗n側(cè)限壓縮試驗結(jié)果側(cè)限壓縮試驗結(jié)果4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性zp z )1 (0

29、0ee1 1Es1 1Ee非線性非線性彈塑性彈塑性 zszE第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1.2 4.1.2 側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性一、側(cè)限壓縮試驗一、側(cè)限壓縮試驗二、側(cè)限壓縮曲線二、側(cè)限壓縮曲線e-p曲線曲線e-lgp曲線曲線側(cè)限壓縮試驗參數(shù)側(cè)限壓縮試驗參數(shù)l三、原位壓縮曲線三、原位壓縮曲線4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、側(cè)限壓縮曲線二、側(cè)限壓縮曲線e-p曲線曲線le-p曲線的特點曲線的特點le-p曲線壓縮性指標曲線壓縮性指標e-lgp曲線曲線le-lgp曲線的特點曲線的特點le-lgp曲線壓縮性指標曲線壓縮性指

30、標側(cè)限壓縮試驗參數(shù)壓縮性指標側(cè)限壓縮試驗參數(shù)壓縮性指標4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、側(cè)限壓縮曲線二、側(cè)限壓縮曲線 e-pe-p曲線曲線側(cè)限壓縮試驗側(cè)限壓縮試驗e-p曲線曲線再壓縮曲線再壓縮曲線e根據(jù)各級壓力根據(jù)各級壓力p以及相應壓以及相應壓縮穩(wěn)定以后的孔隙比縮穩(wěn)定以后的孔隙比e，可，可繪制出繪制出e-p曲線曲線()p4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性e-p曲線的特點曲線的特點回彈曲線回彈曲線zp z )1 (00ee1 1Es1 1Ee非線性非線性彈塑性彈塑性 zszE第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、側(cè)限壓縮曲線二、側(cè)限壓縮曲線 e-pe-p

31、曲線曲線壓縮回彈再壓縮曲線壓縮回彈再壓縮曲線由彈性變形與塑性變形組成：由彈性變形與塑性變形組成： 壓縮變形壓縮變形=彈性變形彈性變形+ +塑性變形塑性變形土的壓縮性隨土的壓縮性隨p增大而減小增大而減小土的壓縮性的大小與土的形成歷史有關(guān)土的壓縮性的大小與土的形成歷史有關(guān) e-p曲線曲線再壓縮曲線再壓縮曲線e回彈曲線回彈曲線e-p曲線的特點曲線的特點4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算1比2的壓縮性大1p2p1e2ep e 二、側(cè)限壓縮曲線二、側(cè)限壓縮曲線 e-pe-p曲線曲線如何定量描述如何定量描述e-p曲線？曲線？壓縮性指標：壓縮性指標： 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a；

32、體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)mmv v；側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量E Es s4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性e-p曲線壓縮性指標曲線壓縮性指標第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a定義：定義：二、側(cè)限壓縮曲線二、側(cè)限壓縮曲線 e-pe-p曲線曲線ep0p1p2e1e2- e=-(e2-e1)=e1-e2 ppeppeea1221 a反映了曲線的陡緩反映了曲線的陡緩壓壓縮性大小縮性大小 a的的大小與應力水平有關(guān)大小與應力水平有關(guān) 在壓力變化不大的條件在壓力變化不大的條件下，孔隙比的變化與壓力下，孔隙比的變化與壓力的變化成正比的變化成正比4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土

33、的壓縮性和地基沉降量計算壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a特點特點不同土的壓縮系數(shù)不同，不同土的壓縮系數(shù)不同， a越大，土的越大，土的壓縮性越大壓縮性越大同種土的壓縮系數(shù)同種土的壓縮系數(shù)a不是常數(shù)，與應力不是常數(shù)，與應力p有關(guān)有關(guān)比較不同土的壓縮性，應取一標準壓比較不同土的壓縮性，應取一標準壓力范圍力范圍 二、側(cè)限壓縮曲線二、側(cè)限壓縮曲線 e-pe-p曲線曲線4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性常用指常用指標標a1-2：表示應力范圍為表示應力范圍為100 - 200 kPa第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算土的壓縮性分類土的壓縮性分類其他指標其他指標體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量二、側(cè)限壓縮

34、曲線二、側(cè)限壓縮曲線 e-pe-p曲線曲線a1-2分類分類1 超固結(jié)超固結(jié)OCR s：超固結(jié)土：超固結(jié)土OCR= p/ s1.0 p s：欠固結(jié)土：欠固結(jié)土OCR= p/ s1.0三、原位壓縮曲線三、原位壓縮曲線 pBelgpm1234.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性先期固結(jié)壓力的的確定先期固結(jié)壓力的的確定: Casagrande 法法第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算三、原位壓縮曲線三、原位壓縮曲線基本假定：基本假定：n假設原位初始孔隙比在取樣中不回彈，即土樣假設原位初始孔隙比在取樣中不回彈，即土樣取出以后初始孔隙比不變，取出以后初始孔隙比不變，(e0, )點應位于原點應位于原狀土壓縮曲線

35、上；狀土壓縮曲線上；n試驗曲線上的試驗曲線上的0.42e0點不受到擾動影響，這點點不受到擾動影響，這點已被試驗證實；已被試驗證實；n壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)Cc和再壓縮指數(shù)和再壓縮指數(shù)Ce為常數(shù)。為常數(shù)。原位壓縮曲線的推求原位壓縮曲線的推求4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算0.1 1 10 p (100kPa)1.00.80.60.4ee00.42e0擾動增加擾動增加原狀樣原狀樣重塑樣重塑樣不同擾動程度試樣的室內(nèi)壓縮曲線不同擾動程度試樣的室內(nèi)壓縮曲線三、原位壓縮曲線三、原位壓縮曲線原位壓縮曲線的推求原位壓縮曲線的推求4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性第四章 土的壓

36、縮性和地基沉降量計算 p= selgpe00.42e0(a)e0: 試樣的初始孔隙比，試樣的初始孔隙比，假設原位初始孔隙比在假設原位初始孔隙比在取樣中不回彈取樣中不回彈(b)通過通過e0和和 p確定點確定點b(c)在試驗曲線上的在試驗曲線上的0.42e0確定點確定點c(d)連結(jié)連結(jié)bc, 得到原位壓縮得到原位壓縮曲線曲線bc正常固結(jié)土正常固結(jié)土 p= s三、原位壓縮曲線三、原位壓縮曲線4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性原位壓縮曲線的推求原位壓縮曲線的推求第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算e0(a)試樣的初始孔隙比試樣的初始孔隙比e0(b)0.42e0不受擾動影響不受擾動影響bc為原位壓縮曲線

37、為原位壓縮曲線 plgpe00.42e0bc s三、原位壓縮曲線三、原位壓縮曲線欠固結(jié)土欠固結(jié)土 p s4.1 4.1 土的壓縮性土的壓縮性原位壓縮曲線的推求原位壓縮曲線的推求第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算n我們了解了土的壓縮特性，那么如何求解建我們了解了土的壓縮特性，那么如何求解建筑物基礎的沉降量呢？筑物基礎的沉降量呢？n第四章中的地基沉降量計算均以第四章中的地基沉降量計算均以一維側(cè)限應力狀態(tài)土的壓縮特性為基礎。土的壓縮特性為基礎。n聯(lián)系第三章土體中應力計算的內(nèi)容，結(jié)合土聯(lián)系第三章土體中應力計算的內(nèi)容，結(jié)合土的壓縮特性，我們就可以計算基礎沉降量。的壓縮特性，我們就可以計算基礎沉降量。第第

38、四四章章 土的土的壓縮性和地基沉降量計算壓縮性和地基沉降量計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.1 土的壓縮性土的壓縮性4.1.1 土的變形特點土的變形特點4.1.2 側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性側(cè)限應力狀態(tài)下土的變形特性4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算分層總和法分層總和法l4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算 4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算n地基最終沉降量地基最終沉降量 指指t t時地基最終沉降穩(wěn)定以后時地基最終沉降穩(wěn)定以后的最大沉降量，不考慮沉降過程。的最大沉降量，不

39、考慮沉降過程。n計算目的計算目的確定最大沉降量和最大沉降差確定最大沉降量和最大沉降差判斷是否超過地基變形允許值判斷是否超過地基變形允許值 S不可壓縮層不可壓縮層壓縮層壓縮層p第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算 4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算n變形順序變形順序初始沉降初始沉降固結(jié)沉降固結(jié)沉降次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降n計算方法計算方法一維一維壓縮問題的壓縮問題的分層總和法分層總和法 S第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.2.1 單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算4.2.2 地基最終沉降計算的分層總和法地基最終沉降計算的分層總和法4.2.3 地基沉降計算的若干問題地

40、基沉降計算的若干問題 4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.2.1 單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算基本假設：側(cè)限應力狀態(tài)基本假設：側(cè)限應力狀態(tài)計算簡圖計算簡圖壓縮前壓縮前Hszsz 壓縮后壓縮后szp 11ezszp 22e側(cè)限條件zz H H不可壓縮層不可壓縮層地基地基4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.2.1 單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算計算公式計算公式e e1 1Vs=1 e ee e2 2Hszsz 側(cè)限條件zz H He ee e1 1e e

41、2 2p p1 1p p2 2 p p e e121111eeeeezvHHSzv4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.2.1 單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算11zvspamppEe 1111lg1lg1czcszzszCppepCe計算公式計算公式HHSzv121111eeeeezv4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算Hszsz 側(cè)限條件zz H H第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算計算方法計算方法n確定確定 ：H, sz, zn測定：測定：e-p或或e-lgp曲線曲線n查出：查出：n計算：計算：S=H

42、 (e1-e2)/(1+e1)szzszcszzvHeCHeaHEHmSHeeSlg1111114.2.1 單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算szp 1zszp 22e;1e4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.2.1 單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算4.2.2 地基最終沉降計算的分層總和法地基最終沉降計算的分層總和法4.2.3 地基沉降計算的若干問題地基沉降計算的若干問題4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算4.2.

43、2 地基最終沉降計算的分層總和法地基最終沉降計算的分層總和法基本假定基本假定基本原理基本原理用用e-p曲線計算曲線計算用原位壓縮用原位壓縮e-lgp曲線計算曲線計算規(guī)范法介紹規(guī)范法介紹4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算一、單向壓縮分層總和法基本假定一、單向壓縮分層總和法基本假定單向壓縮分層總和法單向壓縮分層總和法是一個半經(jīng)驗性方法是一個半經(jīng)驗性方法材料力學假定材料力學假定彈性力學假定彈性力學假定單向壓縮假定單向壓縮假定主固結(jié)沉降假定主固結(jié)沉降假定基底壓力基底壓力 附加應力附加應力線性分布線性分布(材料力學材料力學) 均勻連續(xù)各向同性均勻連

44、續(xù)各向同性線彈性介質(zhì)線彈性介質(zhì)(彈性力學彈性力學) 側(cè)限條件側(cè)限條件 基礎中點下基礎中點下附加應力附加應力 分層計算分層計算經(jīng)驗系數(shù)經(jīng)驗系數(shù)理論上不夠完備，缺乏統(tǒng)一理論理論上不夠完備，缺乏統(tǒng)一理論自重應力自重應力沉降計算沉降計算 修正修正4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、基本原理二、基本原理ziszi,iiiiiiiiHeeeHeeS121111彈性理論計算地基中心點下應力彈性理論計算地基中心點下應力采用采用e-p或或e-lgp曲線計算各層側(cè)限條件沉降量曲線計算各層側(cè)限條件沉降量地基總沉降量等于各土層沉降量之和地基總沉降量等于各土層沉

45、降量之和iSS4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、基本原理二、基本原理計算深度確定計算深度確定l一般土層：一般土層： z z=0.2=0.2 szszl軟粘土層：軟粘土層： z z=0.1=0.1 szszl一般房屋基礎：一般房屋基礎：Z Zn n=B(2.5-0.4lnB)=B(2.5-0.4lnB)，B(m)B(m)l基巖或不可壓縮土層基巖或不可壓縮土層l有相鄰荷載作用需試算計算深度有相鄰荷載作用需試算計算深度沉降量計算中的問題：沉降量計算中的問題：計算深度確定計算深度確定；分層方法；基礎埋深的影響；分層方法；基礎埋深的影響4.2

46、4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、基本原理二、基本原理分層方法分層方法不同土層界面不同土層界面地下水位線地下水位線每層厚度不宜大于每層厚度不宜大于1/4B1/4B或或4m4m z z變化明顯的土層，適當取小變化明顯的土層，適當取小沉降量計算中的問題：沉降量計算中的問題：計算深度確定；計算深度確定；分層方法分層方法；基礎埋深的影響；基礎埋深的影響4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、基本原理二、基本原理基礎埋深的影響基礎埋深的影響l一般基礎不會直接放置在地表面上，都有一定一般基礎不會直接放

47、置在地表面上，都有一定埋置深度l設置埋深的原因：設置埋深的原因： 表層土比較軟弱；表層土比較軟弱；地表不平整；地表不平整；減小結(jié)構(gòu)有效重量；減小結(jié)構(gòu)有效重量； 設計要求設計要求( (如防凍如防凍) )l埋置深度對沉降計算有什么影響？埋置深度對沉降計算有什么影響？4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算沉降量計算中的問題：沉降量計算中的問題：計算深度確定；分層方法；計算深度確定；分層方法；基礎埋深的影響基礎埋深的影響第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、基本原理二、基本原理基礎埋深的影響基礎埋深的影響埋置深度對沉降計算有何影響？埋置深度對沉降計算有何影響？n情況情況1：不考慮不考

48、慮地基回彈變形地基回彈變形的情形的情形 基礎底面積小，埋深淺，施工快?；A底面積小，埋深淺，施工快。n情況情況2：考慮考慮地基回彈變形地基回彈變形的情形的情形基礎底面大，埋深大，施工期長。基礎底面大，埋深大，施工期長?；赘郊討赘郊討0：引起地基沉降的應力：引起地基沉降的應力4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算計算情況計算情況1：不考慮地基回彈的情形不考慮地基回彈的情形 基礎底面積小，埋深基礎底面積小，埋深淺，施工快。淺，施工快。注意：注意： szsz從地面算起；從地面算起； z z從基底算起；從基底算起； z z是由是由基底附加

49、應力基底附加應力p0=p- D引起的引起的二、基本原理二、基本原理D基底基底pp0 D自重應力自重應力 szsz附加應力附加應力 z沉降計算深度沉降計算深度地面地面 地下水位地下水位4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算基礎埋深的影響基礎埋深的影響第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算計算情況計算情況2：考慮地基回彈的情形考慮地基回彈的情形 基礎底面積大，埋基礎底面積大，埋深大，施工期長。深大，施工期長。 注意：注意： szsz從原地面算起；從原地面算起； z z, , szsz 從基底算起；從基底算起； z z由由基底壓力基底壓力p p引起引起二、基本原理二、基本原理D基底基底

50、p自重應力自重應力 sz附加應力附加應力 z沉降計算深度沉降計算深度地面地面 地下水位地下水位開挖后開挖后自重應力自重應力 sz 4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算基礎埋深的影響基礎埋深的影響地基沉降量不包括回彈量，施工時在擬定高程已扣除地基沉降量不包括回彈量，施工時在擬定高程已扣除第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、基本原理二、基本原理計算方法和步驟計算方法和步驟1. 1. 準備資料準備資料建筑基礎建筑基礎(形狀、大小、重量、埋深形狀、大小、重量、埋深)地基各土層的壓縮曲線地基各土層的壓縮曲線 原狀土壓縮曲線原狀土壓縮曲線計算斷面和計算點計算斷面和計算點2. 2. 應

51、力計算應力計算繪制自重應力繪制自重應力 sz sz 沿深度的分布沿深度的分布(從地面開始從地面開始)基底壓力基底壓力 p 基底附加應力基底附加應力 p0繪制附加應力繪制附加應力 z z 沿深度的分布沿深度的分布(從基底開始從基底開始)4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算計算方法和步驟計算方法和步驟3. 3. 沉降計算沉降計算確定計算深度確定計算深度確定分層界面確定分層界面計算各層沉降量計算各層沉降量地基總沉降量地基總沉降量4. 4. 結(jié)果修正結(jié)果修正5. 5. 變形穩(wěn)定判斷變形穩(wěn)定判斷二、基本原理二、基本原理D基底基底自重應力自重應力 sz

52、地面地面 地下水位地下水位開挖后開挖后自重應力自重應力 sz 沉降計算深度沉降計算深度附加應力附加應力 z4.2 4.2 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、基本原理二、基本原理計算方法和步驟計算方法和步驟4. 4. 結(jié)果修正結(jié)果修正 S S s s S S原因原因中點下的附加應力，取值偏大，使中點下的附加應力，取值偏大，使S S偏大偏大側(cè)限壓縮使計算值側(cè)限壓縮使計算值S S偏小；偏小；土的不均勻性，各向異性使土的不均勻性，各向異性使S S有偏差有偏差各種假定，導致各種假定，導致S S的誤差。的誤差。沉降經(jīng)驗修正系數(shù)沉降經(jīng)驗修正系數(shù) s s與地基土種類

53、、基底設計壓力大小、與地基土種類、基底設計壓力大小、土的壓縮性有關(guān)，土的壓縮性有關(guān)，0.21.4軟粘土：應力集中，軟粘土：應力集中，S S偏小，偏小， s s1 1 硬粘土：應力擴散，硬粘土：應力擴散，S S偏大，偏大， s s 1 0pu0u(t, z)4.3 4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算流出的水量流出的水量 Q體積變化體積變化 V滲流排水與體積壓縮是時間的函數(shù)滲流排水與體積壓縮是時間的函數(shù)過程過程過程的快慢與滲流性有關(guān)過程的快慢與滲流性有關(guān)過程的快慢與壓縮性有關(guān)過程的快慢與壓縮性有關(guān)基本認識基本認識外荷載在飽和土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力；

54、外荷載在飽和土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力；超靜孔壓逐漸消散，有效應力增加，土體被壓縮；超靜孔壓逐漸消散，有效應力增加，土體被壓縮；最后超靜孔隙水壓力為最后超靜孔隙水壓力為0，地基達到最終沉降。，地基達到最終沉降。土體的滲流固結(jié)過程土體的滲流固結(jié)過程4.3.1 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論4.3 4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算滲流固結(jié)理論是針對土這種多孔多相的松散介質(zhì)，滲流固結(jié)理論是針對土這種多孔多相的松散介質(zhì)，建立起來的基本理論之一，也是真正屬于建立起來的基本理論之一，也是真正屬于“土土”的理論。土力學的創(chuàng)始人的理論。土力學的創(chuàng)始人Terza

55、ghiTerzaghi教授于教授于2020世紀世紀2020年代提出年代提出飽和土的一維滲流固結(jié)理論飽和土的一維滲流固結(jié)理論。研究超靜孔壓隨時間的變化過程研究超靜孔壓隨時間的變化過程物理模型太沙基一維滲流固結(jié)模型物理模型太沙基一維滲流固結(jié)模型數(shù)學模型滲流固結(jié)微分方程數(shù)學模型滲流固結(jié)微分方程方程求解理論解答方程求解理論解答4.3.1 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論4.3 4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算一、太沙基一維滲流固結(jié)模型一、太沙基一維滲流固結(jié)模型 滲流固結(jié)物理模型滲流固結(jié)物理模型結(jié)論結(jié)論 z=Const t, z p, St S , St

56、隨隨 z 增長而增大增長而增大 St S 需要經(jīng)過一定的時間能完成需要經(jīng)過一定的時間能完成剛性筒剛性筒 + + 彈簧彈簧 + + 水體水體 + + 帶孔活塞帶孔活塞0 t t0 tpu pu 00 u0 z pz 0pz 0 tSSSt0 SSt沉降量沉降量固結(jié)時間固結(jié)時間 超靜孔壓超靜孔壓 有效應力有效應力upzz4.3 4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算0 t t0 tztzu ,ztzu ,00 u0, tz 0 tS SSt0 SSt0, tz ztz ,一、太沙基一維滲流固結(jié)模型一、太沙基一維滲流固結(jié)模型 單向可壓縮土層的滲流固結(jié)過程單

57、向可壓縮土層的滲流固結(jié)過程Hz z z 0 t t0 ttzu,t , z t , zut , z 上述分析同樣可以針對一個單向可壓縮土層上述分析同樣可以針對一個單向可壓縮土層4.3 4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、滲流固結(jié)微分方程二、滲流固結(jié)微分方程求解問題：求解問題：超靜孔壓超靜孔壓隨時間的變化規(guī)律隨時間的變化規(guī)律如何求解？基本思路基本思路簡化簡化( (基本假定基本假定) ) 求解求解( (理論解答理論解答) )應力分擔：應力分擔：有效應力原理有效應力原理流體運動：流體運動：滲流滲流DarcyDarcy定律定律骨架變形：骨架變形：線彈性

58、體線彈性體變形協(xié)調(diào)：變形協(xié)調(diào)：排出水量骨架壓縮量排出水量骨架壓縮量4.3 4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算二、滲流固結(jié)微分方程二、滲流固結(jié)微分方程基本假定基本假定土是完全飽和的，均質(zhì)的；土是完全飽和的，均質(zhì)的；土顆粒與水不可壓縮；土顆粒與水不可壓縮； 變形是單向壓縮變形是單向壓縮(水的滲出和土層壓縮是單向的水的滲出和土層壓縮是單向的)； 滲流符合達西定律，滲透系數(shù)滲流符合達西定律，滲透系數(shù)k為常數(shù)；為常數(shù)； 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a是常數(shù)是常數(shù)(孔隙比變化與有效應力變化成正孔隙比變化與有效應力變化成正比比)；荷載均布、一次施加，總應力不隨時間變化。荷

59、載均布、一次施加，總應力不隨時間變化。4.3 4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算 取微分單元體取微分單元體 建立流體連續(xù)性條件建立流體連續(xù)性條件 建立流體運動方程建立流體運動方程 得到滲流固結(jié)微分方程得到滲流固結(jié)微分方程二、滲流固結(jié)微分方程二、滲流固結(jié)微分方程滲流固結(jié)微分方程的建立滲流固結(jié)微分方程的建立不透水基巖層不透水基巖層飽和粘土層飽和粘土層p排水砂層排水砂層vdt()vvdz dtzdz4.3 4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算 取微分單元體取微分單元體二、滲流固結(jié)微分方程二、滲流固結(jié)微分方程

60、滲流固結(jié)微分方程的建立滲流固結(jié)微分方程的建立vdt流入水量：流入水量：dtdzzvv)(流出水量流出水量:dzdtzvdt時段內(nèi)凈流出水量時段內(nèi)凈流出水量dt時段內(nèi)體積壓縮量時段內(nèi)體積壓縮量dtdzteadtdztzv11a是常數(shù)是常數(shù)4.3 4.3 地基沉降與時間的關(guān)系地基沉降與時間的關(guān)系vdt第四章 土的壓縮性和地基沉降量計算 建立流體連續(xù)性條件建立流體連續(xù)性條件zvtv二、滲流固結(jié)微分方程二、滲流固結(jié)微分方程滲流固結(jié)微分方程的建立滲流固結(jié)微分方程的建立土顆粒和水體積不可壓縮土顆粒和水體積不可壓縮teazvz11dzdtzvdt時段內(nèi)凈流出水量時段內(nèi)凈流出水量dt時段內(nèi)體積壓縮量時段內(nèi)體積