土的固結(jié)與沉降

土的固結(jié)與沉降1第一頁，共五十頁，2022年，8月28日4.1概述各方向承受壓力的土，隨著孔隙水的排出產(chǎn)生的壓縮現(xiàn)象。1、固結(jié)2第二頁，共五十頁，2022年，8月28日1、固結(jié)4.1概述3第三頁，共五十頁，2022年，8月28日一維固結(jié)（大面積堆載）二維、三維固結(jié)（局部荷載）載荷試驗（三維）1、固結(jié)4.1概述4第四頁，共五十頁，2022年，8月28日2、有效應(yīng)力有效自重應(yīng)力地下水位水壓力4.1概述5第五頁，共五十頁，2022年，8月28日4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗一、總應(yīng)力、有效應(yīng)力和孔隙水壓力土中某單位面積（包括土顆粒與孔隙）上的平均壓應(yīng)力。通過土顆粒傳遞的壓應(yīng)力。通過孔隙傳遞的水壓應(yīng)力。孔隙水壓力u總應(yīng)力有效應(yīng)力飽和土6第六頁，共五十頁，2022年，8月28日孔隙壓力孔隙氣壓力（不研究）孔隙水壓力u靜水壓力（靜止孔隙水壓力）超靜水壓力（超靜止孔隙水壓力）飽和土飽和土4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗一、總應(yīng)力、有效應(yīng)力和孔隙水壓力7第七頁，共五十頁，2022年，8月28日帶孔活塞圓筒水——孔隙水彈簧——土骨架u4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗二、固結(jié)現(xiàn)象的模擬(0<t<∞)8第八頁，共五十頁，2022年，8月28日z透水面不可壓縮層不透水層Hp0u超靜水壓力靜水壓力4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗二、固結(jié)現(xiàn)象的模擬9第九頁，共五十頁，2022年，8月28日三、固結(jié)壓力—沉降—時間特性4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗10第十頁，共五十頁，2022年，8月28日四、固結(jié)試驗（側(cè)限壓縮試驗）（一）側(cè)限壓縮試驗1試驗方法

2求孔隙比epH0HsH0Hsp4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗11第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日p=0時，p=p時，推導(dǎo):2求孔隙比e設(shè)Vs=1壓縮前后截面不變VV0=e0Vs=1H0HpVV=eVs=1四、固結(jié)試驗（側(cè)限壓縮試驗）（一）側(cè)限壓縮試驗4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗壓縮前后Vs不變s(4-9),p9512第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日1、e—p曲線ep軟粘土密實砂土e0e02、e—logp曲線ep(log)軟粘土密實砂土e0e0101001000四、固結(jié)試驗（側(cè)限壓縮試驗）（二）繪制壓縮曲線4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗13第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日（三）壓縮系數(shù)av、壓縮指數(shù)Cc

、壓縮模量Es1、壓縮系數(shù)avepe0M1e1p1M2e2p2壓縮系數(shù)：e—p曲線上任意點切線的斜率。2、壓縮指數(shù)Cc壓縮指數(shù)：e—logp曲線后段直線段的斜率。ep(log)101001000e1e2p1p21Cc四、固結(jié)試驗e04.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗14第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗壓縮系數(shù)av是表征土壓縮性的重要指標(biāo)之一。在工程中，習(xí)慣上采用100kPa和200kPa范圍的壓縮系數(shù)av1～2來衡量土的壓縮性高低。我國的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》按av1～2的大小，劃分地基土的壓縮性。當(dāng)av1～2

＜0.1MPa-1時屬低壓縮性土當(dāng)0.1MPa-1≤av1～2

＜0.5MPa-1時屬中壓縮性土當(dāng)av1～2≥0.5MPa-1時屬高壓縮性土15第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日3、壓縮模量（無側(cè)向膨脹變形模量）Es_H1H2p1Vs=1Vv0=e1Vs=1Vv=e2p2H0Hs四、固結(jié)試驗4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗（三）壓縮系數(shù)av、壓縮指數(shù)Cc

、壓縮模量Esp16第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日4、其它壓縮性指標(biāo):除了壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)和壓縮模量Es之外，還常用到體積壓縮系數(shù)mv和變形模量E0等。體積壓縮系數(shù)mv定義為土體在單位應(yīng)力作用下單位體積的體積變化，其大小等于av/(1+e1)，其中，e1為初始孔隙比。變形模量E0表示土體在無側(cè)限條件下應(yīng)力與應(yīng)變之比，相當(dāng)于理想彈性體的彈性模量，但是由于土體不是理想彈性體，故稱為變形模量。E0的大小反映了土體抵抗彈塑性變形的能力。4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗17第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日由廣義虎克定律可得，變形模量與壓縮模量之間的關(guān)系（后面講述）：4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗18第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日單向壓縮量公式：

無側(cè)向變形條件下的土層壓縮量計算公式為根據(jù)av，mv和Es的定義，上式又可表示為4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗19第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日（四）土的回彈曲線和再壓縮曲線epe0壓縮曲線卸荷回彈曲線再加荷曲線殘余變形彈性變形piep(log)e0p1壓縮曲線回彈曲線再壓縮曲線四、固結(jié)試驗4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗20第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日（五）正常固結(jié)、超固結(jié)、前期固結(jié)壓力現(xiàn)在地面h正常固結(jié)土pc=p1現(xiàn)在地面h超固結(jié)土pc>p1現(xiàn)在地面h欠固結(jié)土pc<p1h剝蝕前地面hc四、固結(jié)試驗4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗21第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日4、確定前期固結(jié)壓力pc（做圖法）ep(log)pca水平線切線角平分線線be-logp曲線直線段延長線正常固結(jié)土—OCR=1超固結(jié)土—OCR>1欠固結(jié)土—OCR<1（五）正常固結(jié)、超固結(jié)、前期固結(jié)壓力pc四、固結(jié)試驗4.2粘性土的固結(jié)特性及固結(jié)試驗超固結(jié)比OCR=Pc/P122第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日

一維固結(jié)方程基本假設(shè)：（1）粘土層均質(zhì)、飽和。（2）土粒和水不可壓縮。（3）水的滲透和土的壓縮只沿豎向發(fā)生。（一維固結(jié)）（4）滲透服從Darcy定律，且k保持不變。（5）固結(jié)過程中，視壓縮系數(shù)av為常量。（6）地基作用連續(xù)均布外荷載，且一次瞬時施加。4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論23第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論透水面不可壓縮層不透水層Hp0uh斷面積Azzdz24第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日斷面積Azzdz一、固結(jié)的基本方程1、連續(xù)方程時間內(nèi)從單元中流出水的體積時間內(nèi)單元的體積壓縮量忽略不計土顆粒和水的壓縮量得到連續(xù)方程4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論25第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日2、孔隙水和土顆粒骨架特性的關(guān)系式（1）孔隙水的流動符合達西定律（2）根據(jù)假定第二條，應(yīng)力應(yīng)變成比例（Es=常數(shù)）由前面可知所以（設(shè)K=常數(shù)）因為所以所以（設(shè)Es為常數(shù)）一、固結(jié)的基本方程4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論26第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日3、力的平衡方程把公式（2）、（3）代入公式（1）得式中Cv稱為固結(jié)系數(shù)一、固結(jié)的基本方程4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論27第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日初始條件和邊界條件(圖中的上半部）初始條件：ut=0=p0邊界條件:uz=H=0二、固結(jié)微分方程的解4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論28第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日解得

式中（4－42）稱為時間因素二、固結(jié)微分方程的解4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論注：雙面排水時，H取粘土層厚度的一半。單面排水時，H取粘土層的厚度。29第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日1、時間t時的固結(jié)沉降量St因為所以三、固結(jié)度4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論30第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日2、最終沉降量S上式中所以三、固結(jié)度4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論31第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日3、固結(jié)度U—在荷載作用下，經(jīng)過一定時間t，飽和粘性土層完成全部下沉量的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)Tv較大時，取第一項作為近似值得4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論（4－45）定義32第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日4、求任意時刻t的沉降量St應(yīng)用（1）已知時間t和總沉降量S，求時間t的沉降量St（2）求達到某固結(jié)度所需時間t三、固結(jié)度4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論33第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日同理：情況B見（4－50）式：（p127）4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論不透水面透水面34第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日情況1見（4－51）式：U1=2UA-UB4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論透水面不透水面35第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日情況2見（4－52）式:其中，r=4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論U2=UA+(UA-UB)(r-1)/(r+1)不透水面透水面36第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日思考題：固結(jié)度與荷載大小有無關(guān)系？4.3單向固結(jié)理論太沙基單向固結(jié)理論37第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日天然地面一、分層總和法p0Z

i-1Z

i沉降計算深度z0b計算假定(1)地基土壓縮時不產(chǎn)生側(cè)向變形（計算s值偏?。?2)取基礎(chǔ)中心點下的附加應(yīng)力計算沉降（計算s值偏大）計算過程1、繪制基礎(chǔ)剖面圖，求2、求第i層的壓縮量4.4最終固結(jié)沉降量及固結(jié)沉降量隨時間變化預(yù)測38第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日2、求第i層的壓縮量HVs=1Vv1=e1Vv2=e2由壓縮試驗可知所以epe0M1e1p1M2e2p2一、分層總和法39第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日天然地面p0B2、求第i層的壓縮量Hipi1e1i第i層土在平均自重壓力作用下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比e2i

第i層土在平均自重壓力p1i和平均附加應(yīng)力共同作用下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比一、分層總和法40第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日3、Hi的取值(1)因非線性,一般取Hi不大于0.4B(寬度),或1~2m.(2)薄壓縮層,當(dāng)H<0.5B時,不分層計算.不可壓縮層BFGdH<0.5bp0p14、確定壓縮層厚度(沉降計算深度)zn取至(高壓縮性土)一、分層總和法41第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日p0Hipi15、求總沉降量

總沉降量一、分層總和法42第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日二、固結(jié)沉降量隨時間變化的計算某飽和粘土層如圖.求H=10mP0=120kPa(1)加荷一年的沉降量。(2)沉降量達156mm所需的時間。e0=1Es=6.0MPa不透水層解：單面排水1、最終沉降量S(Es=6000kPa)2、S一年K=1.8cm/年av=0.3MPa-1

查圖4.15得U=0.39所以S一年=0.39×0.2=0.078m4.4最終固結(jié)沉降量及固結(jié)沉降量隨時間變化預(yù)測例題43第四十三頁，共五十頁，2022年，8月28日4.4最終固結(jié)沉降量及固結(jié)沉降量隨時間變化預(yù)測3、沉降量達156mm所需的時間t查圖表得Tv=0.53所以二、固結(jié)沉降量隨時間變化的計算思考題：若是雙面排水求沉降量達156mm所需的時間t44第四十四頁，共五十頁，2022年，8月28日三、變形模量E0、壓縮模量Es、彈性模量E1、變形模量E0由彈性理論公式估算地基瞬時沉降：p(kPa)S(mm)100200300400102030040s1p1—比例界限荷載s1—與比例界限荷載對應(yīng)的沉降—剛性板沉降影響值(表4－3，Cd)B—載荷板寬度4.4最終固結(jié)沉降量及固結(jié)沉降量隨時間變化預(yù)測p1（4－18），p10345第四十五頁，共五十頁，2022年，8月28日2、壓縮模量(側(cè)限壓