土力學-土的壓縮與固結(jié)ppt課件

1、土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)第五章第五章5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的緊縮性與緊縮性目的土的緊縮性與緊縮性目的5.3 5.3 應力歷史對土的緊縮性的影響應力歷史對土的緊縮性的影響5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié) 工程實例工程實例5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)問題：問題：沉降沉降2.22.2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19691969年年加固。加固。墨西哥某宮殿墨西哥某宮殿左部：左部：17091709年；右部：年；

2、右部：16221622年；地基：年；地基：2020多米厚的粘土多米厚的粘土5.1 5.1 概述概述Kiss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挖，引起陽臺裂痕基坑開挖，引起陽臺裂痕建筑新建筑物：引起原有建筑物開裂建筑新建筑物：引起原有建筑物開裂高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破撤除高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破撤除建筑物立面高差過大建筑物立面高差過大建筑物過長：長高比建筑物過長：長高比7.6:17.6:1土具有緊縮性荷載作用地基發(fā)生沉降荷載大小土的緊縮特性地基厚度一致沉降沉降量差別沉降沉降差建筑物上部構(gòu)造產(chǎn)生附加應力影響構(gòu)造物的平安和正常運

3、用概述概述土的特點碎散、三相沉降具有時間效應沉降速率5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)緊縮性測試最終沉降量一維緊縮一維緊縮一維固結(jié)一維固結(jié)沉降速率三維固結(jié)三維固結(jié)修正修正復雜條件下的計算公式復雜條件下的計算公式簡化條件簡化條件主線、重主線、重點：一維點：一維問題！問題！5.2 5.2 土的緊縮性與緊縮性目的土的緊縮性與緊縮性目的5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際室內(nèi)試驗室內(nèi)試驗室外試驗室外試驗側(cè)限壓縮、三軸壓縮等側(cè)限壓縮、三軸壓縮等荷載試驗、旁壓試驗等荷載試驗、旁壓試驗等5.3 5.3 應力歷史對土的緊縮性的影響應力歷史對土的緊

4、縮性的影響較復較復雜應雜應力形力形狀？狀？5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.1 5.1 概述概述5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的緊縮性與緊縮性目的土的緊縮性與緊縮性目的5.3 5.3 應力歷史對土的緊縮性的影響應力歷史對土的緊縮性的影響5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié) 5.2 5.2 土的緊縮性與緊縮性目的土的緊縮性與緊縮性目的一、土的緊縮實驗一、土的緊縮實驗水槽水槽內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀透水石透水石試樣試樣傳壓板傳壓板百分表百分表施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定逐級

5、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Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se實驗結(jié)果：實驗結(jié)果：5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.25.2土的緊縮性與緊縮性目的土的緊縮性與緊縮性目的二、二、e - pe - p曲線曲線a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ePt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3sei00i0ee(1e )S /H5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)P(kPa)P(kPa) e a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e e緊縮系數(shù)，緊縮系數(shù)，kPa-1kPa-1，MP

6、a-1MPa-1e 1e0側(cè)限緊縮模量側(cè)限緊縮模量,kPa ,MPa,kPa ,MPa側(cè)限變形模量側(cè)限變形模量固體顆粒固體顆?？紫犊紫秡0e1e 0s1eEa vs01amE1e 體積緊縮系數(shù)，體積緊縮系數(shù)，kPa-1 kPa-1 ，MPa-1MPa-15 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.25.2土的緊縮性與緊縮性目的土的緊縮性與緊縮性目的二、二、e - pe - p曲線曲線aP(kPa)P(kPa)ea ppszE pp緊縮系數(shù)，緊縮系數(shù)，kPa-1kPa-1a1-2a1-2常用作常用作比較土的緊比較土的緊縮性大小縮性大小土的類別土的類別a1-2 (MPa-1)高壓縮性土高壓縮性土0.5中

7、壓縮性土中壓縮性土0.1-0.5低壓縮性土低壓縮性土0.15 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.25.2土的緊縮性與緊縮性目的土的緊縮性與緊縮性目的二、e - p曲線 e a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e eP(kPa)P(kPa)ea pp單向緊縮實驗的各種參數(shù)的關(guān)系單向緊縮實驗的各種參數(shù)的關(guān)系指標指標指標指標amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv15 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.25.2土的緊縮性與緊縮性目的土的緊縮性與緊縮性目的二、e - p曲線三、三、e - lgpe -

8、 lgp曲線曲線10010000.60.70.80.9e eCcCc1 11 1CeCe緊縮指數(shù)緊縮指數(shù)Ce回彈指數(shù)再緊縮指數(shù)回彈指數(shù)再緊縮指數(shù)Ce p0：超固結(jié)土：超固結(jié)土pc1OCR 1：超固結(jié)：超固結(jié)OCR 1OCR pc )p2pc )：12zv1eeSHHH1e 1e2eBC1p2p1e2eBC1p2ppcA5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算elgpelgp)lg(1)lg(1S2111pcpeHCppeHCcce以公式以公式 為例為例He1eeS121 zszH ;121eeSH1e 確定： 測定： e-p曲線或者e-lgp曲線

9、查定： 算定：1szp 2szzp 2e;1e3、計算步驟、計算步驟一、單一土層一維緊縮問題一、單一土層一維緊縮問題側(cè)限條件側(cè)限條件HszszH2 z=ppH/2H/2,e1,e15 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算e ee1e1e2e2p p1 1p2p2p pp1 1、根本假定和根本原理、根本假定和根本原理實際上不夠完備，缺乏一致實際；實際上不夠完備，缺乏一致實際；單向緊縮分層總和法是一個半徑驗性方法。單向緊縮分層總和法是一個半徑驗性方法。二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法a a假設基底壓力為線性分布假設基底壓力為線性

10、分布 b b附加應力用彈性實際計算附加應力用彈性實際計算c c只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應力形狀只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應力形狀d d只計算固結(jié)沉降，不計瞬時沉降和次固結(jié)沉降只計算固結(jié)沉降，不計瞬時沉降和次固結(jié)沉降e e將地基分成假設干層，以為整個地基的最終沉降將地基分成假設干層，以為整個地基的最終沉降量量 為各層沉降量之和：為各層沉降量之和： iSS5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算2、計算步驟、計算步驟情況情況1 1不思索地基回彈的情形：不思索地基回彈的情形：沉降量從原基底算起；沉降量從原基底算起；適用于根底底面積小，埋深淺，施工快。適用于根底底面

11、積小，埋深淺，施工快。思索地基回彈的情形：思索地基回彈的情形：沉降量從回彈后的基底算起；沉降量從回彈后的基底算起；根底底面大，埋深大，施工期長。根底底面大，埋深大，施工期長。情況情況2 2d地面地面基底基底知：地基各土層的緊縮曲線知：地基各土層的緊縮曲線 原狀土緊縮曲線原狀土緊縮曲線5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法d地面地面基底基底2、計算步驟情況、計算步驟情況1(a)(a)計算原地基中自重應力分布計算原地基中自重應力分布(b)(b)基底附加壓力基底附加壓力p0p0pp0 d p0 =

12、 p - p0 = p - d d(c)(c)確定地基中附加應力確定地基中附加應力 z z分布分布自重應力自重應力附加應力附加應力(d)(d)確定計算深度確定計算深度znzn 普通土層：z=0.2 sz； 軟粘土層：z=0.1 sz； 普通房屋根底：Zn=B(2.5-0.4lnB)； 基巖或不可緊縮土層。沉降計算深度沉降計算深度szsz從地面算起；從地面算起；zz從基底算起；從基底算起；zz是由基底附加應力是由基底附加應力 p-d p-d 引起的引起的5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法2

13、、計算步驟情況、計算步驟情況1(a)(a)計算原地基中自重應力分布計算原地基中自重應力分布(b)(b)基底附加壓力基底附加壓力p0p0(c)(c)確定地基中附加應力確定地基中附加應力 z z分布分布(d)(d)確定計算深度確定計算深度znznd地面地面基底基底pp0 d 自重應力自重應力附加應力附加應力沉降計算深度沉降計算深度(e)(e)地基分層地基分層HiHi不同土層界面；地下水位線；每層厚度不宜0.4B或4m；z 變化明顯的土層，適當取小。(g) (g) 各層沉降量疊加各層沉降量疊加 SiSi(f)(f)計算每層沉降量計算每層沉降量SiSisziziHi5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5

14、.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法d地面地面基底基底2、計算步驟情況、計算步驟情況2(a)(a)計算原地基中自重應力分布計算原地基中自重應力分布(b)(b)計算開挖后地基中自重應力分布計算開挖后地基中自重應力分布(c)(c)確定地基中附加應力確定地基中附加應力 z z分布分布f( d,z) szszszsz z zf (p, z)f (p, z)pszizi下同情況下同情況1 1自重應力自重應力附加應力附加應力5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法

15、二、地基最終沉降量分層總和法3、計算公式、計算公式12zv1eeSHHH1e ii2i1iizii1i1iaaS(pp )HH1e1eziiziiisiiHHSEE a ae-pe-p曲線曲線d地面地面基底基底pp0 d 自重應力自重應力附加應力附加應力沉降計算深度沉降計算深度 sziziHi5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法ee1ie2i sziszip2i zizip3、計算公式、計算公式ii2i1iizii1i1iaaS(pp )HH1e1ea ae-pe-p曲線曲線iii1iaS

16、A1e i0iii 1i 1Ap (zz) 0zi0z(i-1)Ai附加應力附加應力p0規(guī)范規(guī)范法法zi-1zii 平均附加應力系數(shù)平均附加應力系數(shù)5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法正常固結(jié)土正常固結(jié)土1iszip sziziiCi2i1iCiszieClg ppClg b b用用e-lgpe-lgp曲線計算曲線計算3、計算公式、計算公式d地面地面基底基底pp0 d 自重應力自重應力附加應力附加應力沉降計算深度沉降計算深度 sziziHi1ie2ieBCelg 1ip2ip2iszizi

17、p Cisziziiiii1i1isziCeSHH lg1e1e 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法2ipeii2iiii1i1i1ip:CepSHH lg1e1ep 2ippeiCi2iiii1i1i1ipp:CCpSH lgH lg1ep1e 3、計算公式、計算公式d地面地面基底基底pp0 d 自重應力自重應力附加應力附加應力沉降計算深度沉降計算深度 sziziHi超固結(jié)土超固結(jié)土1iszip b b用用e-lgpe-lgp曲線計算曲線計算2iszizip 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊

18、縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法BCe pipiA1ie2ie1ip2iplgp思索地基回彈的沉降量計算思索地基回彈的沉降量計算條件：條件：正常固結(jié)土，正常固結(jié)土，e-lgpe-lgp曲線曲線基面面積大，埋深大，施工期長基面面積大，埋深大，施工期長i i層地基的沉降量層地基的沉降量Si = Si = 再緊縮沉降量再緊縮沉降量 S1i + S1i + 緊縮沉降量緊縮沉降量S2iS2i3、計算公式、計算公式 類似于超固結(jié)土的計算； 式中采用開挖前地基的天然孔隙比e1i，無論是回彈、再緊縮或緊縮，均是相對于開挖前的擬

19、定基底高程而言。三者的基準點均是e1i 形狀時的Hi。d地面地面基底基底pszizi自重應力自重應力附加應力附加應力5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法3、計算公式、計算公式d地面地面基底基底pszizi自重應力自重應力附加應力附加應力eiszi1i1iii1i1isziCeSHH lg1e1e ciszizi2i2iii1i1isziCeSHH lg1e1eszisziziii1i2ieici1iszisziHSSSCC lg1e5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終

20、變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法szi szi szizi BCeA1ie2ielgp各種假定導致各種假定導致 S S 的誤差，如：的誤差，如：取中點下附加應力值，使取中點下附加應力值，使 S S 偏大偏大; ;側(cè)限緊縮使計算值偏??；側(cè)限緊縮使計算值偏??； 地基不均勻性導致的誤差等。地基不均勻性導致的誤差等。軟粘土應力集中軟粘土應力集中S偏小偏小, s1 硬粘土應力分散硬粘土應力分散S偏大偏大, s1SSs 修沉降閱歷修正系數(shù)沉降閱歷修正系數(shù)4、結(jié)果修正、結(jié)果修正n基底壓力線性分布假設基底壓力線性分布假設n彈性附加應力計算彈性附加應力計算n單

21、向緊縮的假設單向緊縮的假設n只計主固結(jié)沉降只計主固結(jié)沉降n原狀土現(xiàn)場取樣的擾動原狀土現(xiàn)場取樣的擾動n參數(shù)線性的假設參數(shù)線性的假設n按中點下附加應力計算按中點下附加應力計算5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法sSS 基底附加應力基底附加應力2.54.07.015.020.0 p0 fk1.41.31.00.40.2 p0 0.75 fk1.11.00.70.40.2沉降計算閱歷系數(shù)沉降計算閱歷系數(shù)s ssE4、結(jié)果修正、結(jié)果修正0zi0z(i-1)AiisisiAEAE i0iii 1i 1

22、Ap (zz) 附加應力附加應力p0 s=1.4-0.2, s=1.4-0.2, (1)(1)與土質(zhì)軟硬有關(guān)與土質(zhì)軟硬有關(guān), ,(2)(2)與基底附加應力與基底附加應力p0/fkp0/fk的大小有關(guān)的大小有關(guān)fkfk：地基承載力規(guī)范值：地基承載力規(guī)范值5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法 預備資料預備資料 應力分布應力分布 沉降計算沉降計算建筑根底外形、大小、分量、埋深建筑根底外形、大小、分量、埋深地基各土層的緊縮曲線地基各土層的緊縮曲線 原狀土緊縮曲線原狀土緊縮曲線計算斷面和計算點計算斷

23、面和計算點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土層的計算各土層的 sziszi， zizi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自重應力自重應力基底壓力基底壓力基底附加應力基底附加應力附加應力附加應力 結(jié)果修正結(jié)果修正SSs 修5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算二、地基最終沉降量分層總和法二、地基最終沉降量分層總和法三三. . 地基沉降計算的假設干問題地基沉降計算的假設干問題4.3 4.3 地基的最終沉降量計算地基的最終沉降量計算3 3、單向分層總和法的評價、單向分層總和法的評價2 2、砂性土地基的沉降計算、砂

24、性土地基的沉降計算1 1、粘土地基的沉降量計算、粘土地基的沉降量計算5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算1 1、粘土地基的沉降量計算、粘土地基的沉降量計算研討闡明：粘性土地基在研討闡明：粘性土地基在基底壓力作用下的沉降量基底壓力作用下的沉降量S S由三種不同的緣由引起：由三種不同的緣由引起：次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降 Ss Ss主固結(jié)沉降完成以后，在有效應力不變條件下，由于土骨架的蠕變特性引主固結(jié)沉降完成以后，在有效應力不變條件下，由于土骨架的蠕變特性引起的變形。這種變形的速率與孔壓散失的速率無關(guān)，取決于土的蠕變性質(zhì)，起的變形。這種變形的速率與孔壓散

25、失的速率無關(guān)，取決于土的蠕變性質(zhì)，既包括剪應變，又包括體應變。既包括剪應變，又包括體應變。初始沉降初始沉降( (瞬時沉降瞬時沉降) Sd) Sd 有限范圍的外荷載作用下地基由于發(fā)生側(cè)向位移有限范圍的外荷載作用下地基由于發(fā)生側(cè)向位移( (即剪切變形即剪切變形) )引起的。引起的。主固結(jié)沉降主固結(jié)沉降( (滲流固結(jié)沉降滲流固結(jié)沉降) Sc) Sc 由于超孔隙水壓力逐漸向有效應力轉(zhuǎn)化而發(fā)生的土浸透固結(jié)變形引起的由于超孔隙水壓力逐漸向有效應力轉(zhuǎn)化而發(fā)生的土浸透固結(jié)變形引起的。 是地基變形的主要部分。是地基變形的主要部分。5.4 5.4 地基最終沉降量計算地基最終沉降量計算三三. . 地基沉降計算的假設

26、干問地基沉降計算的假設干問題題tSSi Si ：初始瞬時沉降：初始瞬時沉降Ss: 次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降ScSc：主固結(jié)沉降：主固結(jié)沉降niiSS1scdSSSS 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)2 2、砂性土地基的沉降計算、砂性土地基的沉降計算原位實驗原位實驗砂性土地基的沉降速率比較快，大部分沉降在施工砂性土地基的沉降速率比較快，大部分沉降在施工期間便完成，運用期沉降量普通不會很大。期間便完成，運用期沉降量普通不會很大。難以取到有代表性的土樣難以取到有代表性的土樣規(guī)范貫入實驗規(guī)范貫入實驗 靜力觸探實驗靜力觸探實驗 載荷板實驗載荷板實驗 Schmertman薛邁脫曼建議的簡易算法 基于閱歷公式

27、的估算方法 HozzdzSEpE 方法：方法：特點：特點：問題：問題： 原位凍結(jié)取樣 單向分層總和法 S S S5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終沉降量計算地基最終沉降量計算三三. . 地基沉降計算的假設干問地基沉降計算的假設干問題題3 3、單向分層總和法的評價、單向分層總和法的評價可計算成層地基；可計算成層地基；可計算不同外形根底條、矩、圓不同分布的基底壓力；可計算不同外形根底條、矩、圓不同分布的基底壓力；參數(shù)的實驗測定方法簡單；參數(shù)的實驗測定方法簡單；曾經(jīng)積累了幾十年運用的閱歷，適當修正。曾經(jīng)積累了幾十年運用的閱歷，適當修正。1 1根本假定：根本假定：2 2優(yōu)優(yōu) 點

28、：點：a a假設基底壓力為線性分布假設基底壓力為線性分布 b b附加應力用彈性實際計算附加應力用彈性實際計算c c只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應力形狀只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應力形狀d d只計算固結(jié)沉降，不計瞬時沉降和次固結(jié)沉降只計算固結(jié)沉降，不計瞬時沉降和次固結(jié)沉降e e整個地基的最終沉降量為各層沉降量之和整個地基的最終沉降量為各層沉降量之和5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終沉降量計算地基最終沉降量計算三三. . 地基沉降計算的假設干問地基沉降計算的假設干問題題西方西方 可斷定原狀土緊縮曲線可斷定原狀土緊縮曲線 區(qū)分不同固結(jié)形狀區(qū)分不同固結(jié)形狀 計算結(jié)果偏大計算結(jié)果偏大相差比較大

29、相差比較大 修正靠閱歷修正靠閱歷3 3精度：精度：4 4e-pe-p曲線與曲線與e-lgpe-lgp曲線的對比：曲線的對比： 原蘇聯(lián)原蘇聯(lián) 無法確定現(xiàn)場土緊縮曲線無法確定現(xiàn)場土緊縮曲線 不區(qū)分不同固結(jié)形狀不區(qū)分不同固結(jié)形狀 計算結(jié)果偏小計算結(jié)果偏小e-e-lg均需修正均需修正3 3、單向分層總和法的評價、單向分層總和法的評價5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.4 5.4 地基最終沉降量計算地基最終沉降量計算三三. . 地基沉降計算的假設干問地基沉降計算的假設干問題題5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的緊縮性與緊縮性目的土的緊縮性與緊縮性目的5.3 5.3 應力歷史對土的緊縮性的影響應

30、力歷史對土的緊縮性的影響5.4 5.4 地基最終變形量計算地基最終變形量計算5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié) 重點：重點： 一維滲流固結(jié)一維滲流固結(jié)沉降與時間之間的關(guān)系：飽和土層的滲流固結(jié)沉降與時間之間的關(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 ？問題：問題：5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際St S不可緊縮層不可緊縮層可緊縮層可緊縮層p5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際TerzaghiTerzagh

31、i滲流固結(jié)實際滲流固結(jié)實際二、固結(jié)度的計算二、固結(jié)度的計算四、固結(jié)系數(shù)的測定四、固結(jié)系數(shù)的測定五、多維滲流固結(jié)實際簡介五、多維滲流固結(jié)實際簡介三、有關(guān)沉降時間的工程問題三、有關(guān)沉降時間的工程問題5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié) 實際背景：大面積均布荷載實際背景：大面積均布荷載p不透水巖層不透水巖層飽和緊縮層飽和緊縮層z=pp側(cè)限應力形狀側(cè)限應力形狀一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際TerzaghiTerzaghi滲流固結(jié)實際滲流固結(jié)實際5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際 1、物理模型、物理模型0t t0 twph pphh 0h p附加應

32、力附加應力:z=p超靜孔壓超靜孔壓: u = z=p有效應力有效應力:z=0滲流固結(jié)過程滲流固結(jié)過程附加應力附加應力:z=p超靜孔壓超靜孔壓: u 0附加應力附加應力:z=p超靜孔壓超靜孔壓: u =0有效應力有效應力:z=p一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際2、數(shù)學模型、數(shù)學模型一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際土層均勻且完全飽和；土層均勻且完全飽和；土顆粒與水不可緊縮；土顆粒與水不可緊縮；變形是單向緊縮水的滲出和土層緊縮是單向的；變形是單向緊縮水的滲出和土層緊縮是單向的；荷載均布且一次施加；荷載均

33、布且一次施加；假定假定 z = constz = const滲流符合達西定律且浸透系數(shù)堅持不變；滲流符合達西定律且浸透系數(shù)堅持不變；緊縮系數(shù)緊縮系數(shù)a a是常數(shù)。是常數(shù)。根本假定：根本假定：求解思緒：求解思緒：總應力知總應力知有效應力原理有效應力原理超靜孔隙水壓力的時空分布超靜孔隙水壓力的時空分布5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際建立方程：建立方程：微小單元微小單元11dz微小時段微小時段dtq q(qdz)z zdz112、數(shù)學模型、數(shù)學模型一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際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緊縮特性土的

34、緊縮特性有效應力原理有效應力原理達西定律達西定律超靜孔隙水壓力的時空分布超靜孔隙水壓力的時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骨架的體積變化土骨架的體積變化不透水巖層不透水巖層飽和緊縮層飽和緊縮層z z5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際建立方程：建立方程：q q(qdz)z dzz112、數(shù)學模型、數(shù)學模型一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際固體體積：固體體積：111Vdzconst1e 2111VeVe(dz)1e 孔隙體積：孔隙體積：dt時段內(nèi)：時段內(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2Vqq

35、dtqqdzdtdzdttzz 11eq1etz 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際建立方程：建立方程：uwhkuqAkikikzz 221wauku1etz 212wk 1euutaz q q(qdz)z dzz112、數(shù)學模型、數(shù)學模型一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際dt時段內(nèi)：時段內(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緊縮性：土的緊縮性：zea 有效應力原理：有效應力原理：zzu zz(u)euaaatttt 達西定律達西定律: :11eq1etz 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5 5

36、土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際Cv Cv 反映了土的固結(jié)性質(zhì)：孔壓散失的快慢固結(jié)速度；反映了土的固結(jié)性質(zhì)：孔壓散失的快慢固結(jié)速度；Cv Cv 與浸透系數(shù)與浸透系數(shù)k k成正比，與緊縮系數(shù)成正比，與緊縮系數(shù)a a成反比；成反比；cm2/scm2/s；m2/yearm2/year1vwk(1e )Ca 212wk 1euutaz 固結(jié)系數(shù)固結(jié)系數(shù)建立方程：建立方程：2、數(shù)學模型、數(shù)學模型一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際2v2uuCtz 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際 線性齊次拋物線型微分方程式

37、，普通可用分別變量方法求解。線性齊次拋物線型微分方程式，普通可用分別變量方法求解。 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，就可以解出uz,t。方程求解：方程求解：2、數(shù)學模型、數(shù)學模型一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際1 1求解思緒：求解思緒：2v2uuCtz 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際不透水巖層不透水巖層飽和緊縮層飽和緊縮層z=pHp0t t0 tz t , zuz t , z t , zut , z z 0 z H:u=pz=0: u=0z=H: uz 0 z H: u=02 2邊境、初始條件

38、：邊境、初始條件：方程求解：方程求解：2、數(shù)學模型、數(shù)學模型一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際z z5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際(3) (3) 微分方程的解微分方程的解vv2CTtH 時間因數(shù)時間因數(shù)m1，3，5，7方程求解：方程求解：2、數(shù)學模型、數(shù)學模型一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際0 z H:u=pz=0: u=0z=H: uz 0 z H: u=02v2uuCtz 0t t0 t根本微分方程：根本微分方程：初始邊境條件：初始邊境條件：微分方程的解：微分方程的解：反映孔隙水壓力的散失程度固結(jié)程度反映孔隙水壓力的散失程度

39、固結(jié)程度v22T4m1mt , zeH2zmsinm1p4u 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際H單面排水時孔隙水壓力分布單面排水時孔隙水壓力分布雙面排水時孔隙水壓力分布雙面排水時孔隙水壓力分布z zz z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HH滲流滲流滲流滲流滲流滲流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u0=pu0=pu0=pu0=p(3) (3) 微分方程的解微分方程的解方程求解：方程求解：2、數(shù)學模型、數(shù)學模型一、一維滲流固結(jié)實際一、一維滲流固結(jié)實際vv2C

40、TtH 時間因數(shù)時間因數(shù)m1，3，5，7v22T4m1mt , zeH2zmsinm1p4u 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際二、固結(jié)度的計算二、固結(jié)度的計算 一點一點M M： 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：表征總應力中有效應力所占比例：表征總應力中有效應力所占比例zt ,zt ,zU dzdzu1dzdzUzt , zH0zH0t , zt總總應應力力分分布布面面積積有有效效應應力力分分布布面面積積zt , zzt , zzzzt , zu1uU z t , z t , zuH1 1、根本概念、根本概念M5

41、 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際2 2、平均固結(jié)度、平均固結(jié)度UtUt與沉降量與沉降量StSt之間的關(guān)系之間的關(guān)系t時辰：時辰： SUStt 確定確定St的關(guān)鍵是確定的關(guān)鍵是確定Ut 確定確定Ut的中心問題是確定的中心問題是確定uz.t SSHe1adze1adzdzUt1z1t , zzt , zt總總應應力力分分布布面面積積有有效效應應力力分分布布面面積積 SSUtt在時間在時間t t的沉降與最終沉降量之比的沉降與最終沉降量之比二、固結(jié)度的計算二、固結(jié)度的計算5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際3

42、. 3. 地基沉降過程計算地基沉降過程計算1) 根本計算方法根本計算方法均布荷載，單向排水情況均布荷載，單向排水情況確定地基的平均固結(jié)度確定地基的平均固結(jié)度Ut.)5 , 3 , 1m( ,eH2zmsinm1p4uv22T4m1mt , z ,dzdzu1UH0zH0t , zt v22T2m1m22tem181U v2T42te81U 4UT2t2v 6 . 0Ut 085. 0U1lg933. 0Ttv 6 . 0Ut 3Tv 1Ut 知知解得解得近似近似簡化簡化圖表圖表 P147 P147，圖，圖4-294-29，曲線，曲線 tvUfT 二、固結(jié)度的計算二、固結(jié)度的計算Tv反映固結(jié)程度

43、反映固結(jié)程度5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際二、固結(jié)度的計算二、固結(jié)度的計算0.00.20.40.60.81.00.0010.010.11時時間間因因數(shù)數(shù)固固結(jié)結(jié)度度曲曲線線1 1曲曲線線2 2曲曲線線3 3不透水邊境不透水邊境透水邊境透水邊境滲滲流流1235 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際1 1 緊縮應力分布不同時緊縮應力分布不同時2) 2) 常見計算條件常見計算條件1 apbp0 110 實際背景：實際背景：H H小，小，p p大大自重應力自重應力附加應力附加應力自重應力自重應力附加應力附加應

44、力緊縮土層底面的附加緊縮土層底面的附加應力還不接近零應力還不接近零情況情況2 2、3 3：解析公式：解析公式4-594-59和和4-604-60圖表：圖圖表：圖4-294-29情況情況4 4、5 5：疊加原理，公式：疊加原理，公式4-614-614-634-63計算公式：計算公式：應力分布：應力分布：12534根本情況：根本情況：abpp應應力力透透水水界界面面上上作作用用的的壓壓縮縮縮縮應應力力不不透透水水界界面面上上作作用用的的壓壓 3. 3. 地基沉降過程計算地基沉降過程計算二、固結(jié)度的計算二、固結(jié)度的計算不透水邊境不透水邊境透水邊境透水邊境5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.

45、5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際2) 2) 常見計算條件常見計算條件2 2雙面排水時雙面排水時無論哪種情況，均按情況無論哪種情況，均按情況1 1計算；計算；緊縮土層深度緊縮土層深度HH取取1/21/2值值二、固結(jié)度的計算二、固結(jié)度的計算3. 3. 地基沉降過程計算地基沉降過程計算透水邊境apbp應力分布：應力分布：12534根本情況：根本情況：透水邊境Hvv2CTtH 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際三、有關(guān)沉降時間的工程問題三、有關(guān)沉降時間的工程問題1 1、求某一時辰、求某一時辰t t的固結(jié)度與沉降量的固結(jié)度與沉降量2 2、求到達某一固結(jié)

46、度所需求的時間、求到達某一固結(jié)度所需求的時間3 3、根據(jù)前一階段測定的沉降時間曲線，推算以后的、根據(jù)前一階段測定的沉降時間曲線，推算以后的 沉降時間關(guān)系沉降時間關(guān)系5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際1 1、求某一時辰、求某一時辰t t的固結(jié)度與沉降量的固結(jié)度與沉降量tTv=Cvt/H2v2vT42)T( , te81USt=Ut S三、有關(guān)沉降時間的工程問題三、有關(guān)沉降時間的工程問題5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際2 2、求到達某一沉降量、求到達某一沉降量( (固結(jié)度固結(jié)度) )所需求的時間所需求

47、的時間Ut= St /S從從 Ut 查表計算確定查表計算確定 Tv v2vCHTt 5 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)三、有關(guān)沉降時間的工程問題三、有關(guān)沉降時間的工程問題5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固結(jié)實際3 3、根據(jù)前一階段測定的沉降時間曲線，推算以后的沉降、根據(jù)前一階段測定的沉降時間曲線，推算以后的沉降時間關(guān)系時間關(guān)系對于各種初始應力分布，固結(jié)度均可寫成：對于各種初始應力分布，固結(jié)度均可寫成：tte1U 知：知：t1t1S1S1t2t2S2S2公式計算公式計算，計算計算t3t3S3S35 5土的緊縮與固結(jié)土的緊縮與固結(jié)三、有關(guān)沉降時間的工程問題三、有關(guān)沉降時間的工程問題5.5 5.5 土的單向固結(jié)實際土的單向固