4土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算解析

4土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算解析第一頁，共89頁。工程實(shí)例§4土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算問題：沉降2.2米，且左右兩部分存在明顯的沉降差。左側(cè)建筑物于1969年加固。墨西哥某宮殿地基：20多米厚的粘土墨西哥城部分地區(qū)每年下陷0.38米

第二頁，共89頁。Kiss由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸第三頁，共89頁?；娱_挖，引起陽臺裂縫第四頁，共89頁。修建新建筑物：引起原有建筑物開裂第五頁，共89頁。高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除第六頁，共89頁。建筑物立面高差過大第七頁，共89頁。建筑物過長：長高比7.6:1中部沉降大——“八”字形裂縫第八頁，共89頁。土具有壓縮性荷載作用地基發(fā)生沉降荷載大小土的壓縮特性地基厚度一致沉降（沉降量）差異沉降（沉降差）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概述§4土的變形性質(zhì)及與基沉降計(jì)算土的特點(diǎn)（碎散、三相）沉降具有時(shí)間效應(yīng)－沉降速率第九頁，共89頁。壓縮性測試最終沉降量一維壓縮一維固結(jié)沉降速率三維固結(jié)修正復(fù)雜條件下的計(jì)算公式簡化條件主線、重點(diǎn)：一維問題！§4土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算§4.1土的壓縮性§4.2地基最終沉降量計(jì)算§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系室內(nèi)試驗(yàn)室外試驗(yàn)側(cè)限壓縮、三軸壓縮等荷載試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等概述較復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)？§4.3應(yīng)力歷史對地基沉降的影響第十頁，共89頁?！?土的變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算§4.1土的壓縮性§4.2地基的最終沉降量計(jì)算§4.3應(yīng)力歷史對地基沉降的影響§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系§4.5地基沉降計(jì)算有關(guān)問題綜述第十一頁，共89頁?！?.1土的壓縮性一、基本概念二、壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)第十二頁，共89頁?！?.1土的壓縮性一、基本概念土的壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的特性。①固體土顆粒被壓縮；②土中的水及封閉氣體被壓縮；③水和氣體從孔隙中被擠走。

注：土的壓縮是土中孔隙減小，其土粒和水的體積在壓力作用下變化微小，工程上可忽略不計(jì)。土的壓縮

第十三頁，共89頁。側(cè)限壓縮試驗(yàn)

固結(jié)容器：環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水石、加壓上蓋和量表架等

加壓設(shè)備：杠桿比例1:10

變形測量設(shè)備側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀）支架加壓設(shè)備固結(jié)容器變形測量二、壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)Onlycompressioninvertical§4.1土的壓縮性第十四頁，共89頁。1.室內(nèi)壓縮試驗(yàn)---(kPa)01002003004000.60.70.80.91.0e二、壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)§4.1土的壓縮性側(cè)限壓縮試驗(yàn):e-p曲線p水槽內(nèi)環(huán)環(huán)刀透水石試樣傳壓板百分表第十五頁，共89頁。(kPa)01002003004000.60.70.80.91.0e壓縮系數(shù)，KPa-1，MPa-11e0固體顆?？紫秱?cè)限壓縮試驗(yàn):e-p曲線p△pa1-2常用作比較土的壓縮性大小土的類別a1-2(MPa-1)高壓縮性土≥0.5中壓縮性土0.1-0.5低壓縮性土<0.1e0第十六頁，共89頁。a(kP,lg)10010000.60.70.80.9eCc11Ce壓縮指數(shù)Ce回彈指數(shù)（再壓縮指數(shù)）Ce

<<Cc，一般Ce≈0.1-0.2Cce-p曲線缺點(diǎn)：不能反映土的應(yīng)力歷史

特點(diǎn)：有一段較長的直線段指標(biāo)：側(cè)限壓縮試驗(yàn):e-lgp曲線側(cè)限壓縮試驗(yàn):e-lgp曲線pceC(lgp)D=-D 第十七頁，共89頁。a(kP)01002003004000.60.70.80.91.0e壓縮模量，側(cè)限壓縮試驗(yàn):e-p曲線Dpp側(cè)限壓縮模量,KPa,MPa側(cè)限變形模量體積壓縮系數(shù)，KPa-1，MPa-1Z第十八頁，共89頁。單向壓縮試驗(yàn)的各種參數(shù)的關(guān)系指標(biāo)指標(biāo)amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1側(cè)限壓縮試驗(yàn):e-p曲線第十九頁，共89頁。試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓桿有機(jī)玻璃罩橡皮膜透水石頂帽量測體變或孔隙水壓力測定：軸向應(yīng)變軸向應(yīng)力體變或孔隙水壓力類型施加σ3時(shí)施加σ1－σ3時(shí)量測固結(jié)排水固結(jié)排水體變固結(jié)不排水固結(jié)不排水孔隙水壓力不固結(jié)不排水不固結(jié)不排水孔隙水壓力1.室內(nèi)壓縮試驗(yàn)---三軸壓縮試驗(yàn)簡介第二十頁，共89頁。幾種模量的應(yīng)用：ES壓縮模量---地基沉降計(jì)算的分層總和法均采用;E彈性模量---計(jì)算瞬時(shí)或短時(shí)快速荷載作用土體變形時(shí)采用;E0變形模量---靜荷載作用下土的變形或按彈性力學(xué)公式計(jì)算時(shí)采用.理論上:E0=ES(<1)第二十一頁，共89頁。土受力以后為什么會表現(xiàn)出上述變形特性？

——土的特殊性

彈性變形體應(yīng)變主要是由于孔隙體積變化引起的；（材料在外力作用下產(chǎn)生的體積變化與原體積的比值）

剪應(yīng)變主要是由于土顆粒的大小和排列形態(tài)變化引起的。

接觸點(diǎn)處彈性變形彈性撓曲變形顆粒滾爬的可逆性封閉氣泡受壓

塑性變形

大孔隙消失接觸點(diǎn)顆粒破碎顆粒相對滑移扁平顆粒斷裂二、壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)第二十二頁，共89頁。2.原位壓縮試驗(yàn)---自學(xué)載荷試驗(yàn)與旁壓試驗(yàn)第二十三頁，共89頁?！?.2地基最終沉降量計(jì)算最終沉降量S∞：t∞時(shí)地基最終沉降穩(wěn)定以后的最大沉降量，不考慮沉降過程。不可壓縮層可壓縮層σz=p0p0國內(nèi)常用的幾種沉降計(jì)算方法：分層總和法、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的方法和彈性力學(xué)公式。第二十四頁，共89頁。一、單一土層一維壓縮問題二、地基最終沉降量分層總和法三、地基沉降計(jì)算的若干問題§4.2地基的最終沉降量計(jì)算第二十五頁，共89頁。1、計(jì)算簡圖壓縮前壓縮后側(cè)限條件σz=p0p0HH/2H/2γ,e1一、單一土層一維壓縮問題（a）e-p曲線（b）e-lgp曲線第二十六頁，共89頁。2、計(jì)算公式一、單一土層一維壓縮問題以e-p曲線為例ee1e2p1p2pee1e2p1p2p受荷面積第二十七頁，共89頁。ee1e2p1p2p以公式為例

確定：

測定：e-p曲線或者e-lgp曲線

查定：

算定：3、計(jì)算步驟一、單一土層一維壓縮問題側(cè)限條件σz=p0p0HH/2H/2γ,e1第二十八頁，共89頁。1、基本假定和基本原理理論上不夠完備，缺乏統(tǒng)一理論；單向壓縮分層總和法是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)性方法。§4.2地基最終沉降量計(jì)算二、地基最終沉降量分層總和法（a）假設(shè)基底壓力為線性分布（b）附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算（c）只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)（d）只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降（e）采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力計(jì)算地基的變形量（f）將地基分成若干層，認(rèn)為整個(gè)地基的最終沉降量為各層沉降量之和：第二十九頁，共89頁。2、計(jì)算步驟二、地基最終沉降量分層總和法情況1不考慮地基回彈的情形：沉降量從原基底算起；適用于基礎(chǔ)底面積小，埋深淺，施工快。考慮地基回彈的情形：沉降量從回彈后的基底算起；基礎(chǔ)底面大，埋深大，施工期長。情況2d地面基底已知：地基各土層的壓縮曲線原狀土壓縮曲線第三十頁，共89頁。d地面基底p0Hi自重應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計(jì)算深度cizizip2、計(jì)算步驟－情況1二、地基最終沉降量分層總和法(a)基底附加壓力p0(b)地基中附加應(yīng)力z確定(c)地基分層Hi(d)計(jì)算深度確定zn(e)計(jì)算每層沉降量si(f)各層沉降量疊加si第三十一頁，共89頁。d地面基底2、計(jì)算步驟－情況1二、地基最終沉降量分層總和法(a)計(jì)算原地基中自重應(yīng)力分布(b)基底附加壓力p0pp0p0=p-0d(c)確定地基中附加應(yīng)力z分布自重應(yīng)力附加應(yīng)力(d)確定計(jì)算深度zn①一般土層：σz=0.2σcz；②軟粘土層：σz=0.1σcz；③一般房屋基礎(chǔ)：Zn=B(2.5-0.4lnB)；④基巖或不可壓縮土層。沉降計(jì)算深度σcz從地面算起；σz從基底算起；σz是由基底附加壓力p-γ0d引起的第三十二頁，共89頁。2、計(jì)算步驟－情況1二、地基最終沉降量分層總和法(a)計(jì)算原地基中自重應(yīng)力分布(b)基底附加壓力p0(c)確定地基中附加應(yīng)力z分布(d)確定計(jì)算深度znd地面基底pp0d自重應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計(jì)算深度(e)地基分層Hi①不同土層界面；②地下水位線；③每層厚度不宜大于0.4B或4m；④z變化明顯的土層，適當(dāng)取小。(g)各層沉降量疊加Si(f)計(jì)算每層沉降量SicziziHi第三十三頁，共89頁。d地面基底2、計(jì)算步驟－情況2二、地基最終沉降量分層總和法(a)計(jì)算原地基中自重應(yīng)力分布(b)計(jì)算開挖后地基中自重應(yīng)力分布(c)確定地基中附加應(yīng)力z分布p0’czizi下同情況1自重應(yīng)力附加應(yīng)力第三十四頁，共89頁。pee1ie2ip1ip2izi3、計(jì)算公式以e-p曲線為例二、地基最終沉降量分層總和法d地面基底pp0d自重應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計(jì)算深度cziziHi第三十五頁，共89頁。1.公式來源:以e-p曲線為例ziz(i-1)Ai實(shí)際面積附加應(yīng)力p0規(guī)范法zi-1zi平均附加應(yīng)力系數(shù)二、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》方法§4.2地基最終沉降量計(jì)算矩形面積2.計(jì)算公式:83頁表4.5第三十六頁，共89頁。各種假定導(dǎo)致S

的誤差，如：①取中點(diǎn)下附加應(yīng)力值，使S偏大;②側(cè)限壓縮使計(jì)算值偏?。虎鄣鼗痪鶆蛐詫?dǎo)致的誤差等。軟粘土，S偏小,Ψs>1

硬粘土，S偏大,Ψs<1沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)82頁表4.43.結(jié)果修正基底壓力線性分布假設(shè)彈性附加應(yīng)力計(jì)算單向壓縮的假設(shè)只計(jì)主固結(jié)沉降原狀土現(xiàn)場取樣的擾動參數(shù)線性的假設(shè)按中點(diǎn)下附加應(yīng)力計(jì)算二、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》方法第三十七頁，共89頁?；赘郊討?yīng)力2.54.07.015.020.0p0fak1.41.31.00.40.2p0

0.75fak1.11.00.70.40.282頁表4.4沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)s3.結(jié)果修正0zi0z(i-1)Ai附加應(yīng)力p0s=1.4---0.2,(1)與土質(zhì)軟硬有關(guān)(2)與基底附加應(yīng)力p0/fak的大小有關(guān)fak：地基承載力特征值二、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》方法第三十八頁，共89頁。注：地基沉降計(jì)算深度zn需滿足：（84頁）

--在計(jì)算深度zn范圍內(nèi)，第i層土的計(jì)算沉降值（㎜）；--在計(jì)算深度zn處向上取厚度為△z土層的計(jì)算沉降值（㎜）。按84頁表4.6確定。按上式計(jì)算確定的zn下仍有軟弱土層時(shí)，在相同壓力條件下，變形會增大，故尚應(yīng)繼續(xù)往下計(jì)算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度Δz的計(jì)算沉降量滿足上式為止。二、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》方法第三十九頁，共89頁。要點(diǎn)小結(jié)：①準(zhǔn)備資料②應(yīng)力分布③沉降計(jì)算建筑基礎(chǔ)（形狀、大小、重量、埋深）地基各土層的壓縮曲線原狀土壓縮曲線計(jì)算斷面和計(jì)算點(diǎn)確定計(jì)算深度確定分層界面計(jì)算各土層的czi，zi計(jì)算各層沉降量地基總沉降量自重應(yīng)力基底壓力基底附加應(yīng)力附加應(yīng)力④結(jié)果修正二、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》方法第四十頁，共89頁?！?.3應(yīng)力歷史對地基沉降的影響先（前）期固結(jié)壓力：天然土層歷史上所經(jīng)受到的最大固結(jié)壓力pc（preconsolidationpressure，指有效應(yīng)力）。p1=z：自重壓力pc=p1：正常固結(jié)土pc>p1：超固結(jié)土pc<p1：欠固結(jié)土OCR=1：正常固結(jié)OCR>1：超固結(jié)OCR<1：欠固結(jié)相同

p1時(shí)，一般OCR越大，土越密實(shí)，壓縮性越小超固結(jié)比：一、天然土層應(yīng)力歷史OCR=pcp1overconsolidatedratio第四十一頁，共89頁。沉積土層的超固結(jié)比第四十二頁，共89頁。(lg)二、先期固結(jié)壓力pc的確定eABCDmrmin123Casagrande法(f)B點(diǎn)對應(yīng)于先期固結(jié)壓力pc(b)作水平線m1(c)作m點(diǎn)切線m2(d)作m1,m2的角分線m3(e)m3與試驗(yàn)曲線的直線段交于點(diǎn)B(a)在e-lgp壓縮試驗(yàn)曲線上，找曲率最大點(diǎn)mpc§4.3應(yīng)力歷史對地基沉降的影響p0第四十三頁，共89頁?！?.3應(yīng)力歷史對地基沉降的影響三、原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線(lg)peab——沉積bb’——取樣b’cd——室內(nèi)試驗(yàn)地下水位上升土層剝蝕冰川融化引起卸載，使土處于回彈狀態(tài)原狀土的原位壓縮曲線：客觀存在的，無法直接得到正常固結(jié)土：超固結(jié)土：？第四十四頁，共89頁。lgp①確定先期固結(jié)壓力pc

②過e0作水平線與pc作用線交于B。由假定①知，B點(diǎn)必然位于原狀土的初始壓縮曲線上；③以0.42e0在壓縮曲線上確定C點(diǎn)，由假定②知，C點(diǎn)也位于原狀土的初始壓縮曲線上；土樣取出以后e不變，等于原狀土的初始孔隙比e0，因而，（e0,pc）點(diǎn)應(yīng)位于原狀土的初始壓縮曲線上；②0.42e0時(shí)，土樣不受到擾動影響。假定：推定：原位壓縮曲線的近似推求④通過B、C兩點(diǎn)的直線即為所求的位壓縮曲線。三、原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線a.正常固結(jié)土第四十五頁，共89頁。b.

超固結(jié)土假定：①土取出地面后體積不變，即（e0,p1）在原位再壓縮曲線上；②再壓縮指數(shù)Ce

為常數(shù)；③0.42e0處的土與原狀土一致，不受擾動影響。推定：①確定p1

，pc的作用線；②過e0作水平線與p1作用線交于D點(diǎn)；⑤過B和C點(diǎn)作直線即為原位壓縮壓縮曲線。lgp③過D點(diǎn)作斜率為Ce的直線，與pc作用線交于B點(diǎn)，DB為原位再壓縮曲線；④過0.42e0作水平線與e-lgp曲線交于點(diǎn)C；原位壓縮曲線的近似推求三、原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線第四十六頁，共89頁。計(jì)算公式四、考慮應(yīng)力歷史影響的地基最終沉降量計(jì)算以e-lgp曲線為例優(yōu)點(diǎn):可使用推定的原狀土壓縮曲線；可以區(qū)分正常固結(jié)土和超固結(jié)土并分別進(jìn)行計(jì)算。正常固結(jié)土：超固結(jié)土(并假定p2>pc)：lgplgppc第四十七頁，共89頁。正常固結(jié)土用e-lgp曲線計(jì)算四、考慮應(yīng)力歷史影響的地基最終沉降量計(jì)算計(jì)算公式d地面基底pp0d自重應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計(jì)算深度cziziHilgp第四十八頁，共89頁。四、考慮應(yīng)力歷史影響的地基最終沉降量計(jì)算計(jì)算公式d地面基底pp0d自重應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計(jì)算深度cziziHilgppci超固結(jié)土用e-lgp曲線計(jì)算第四十九頁，共89頁?？紤]地基回彈的沉降量計(jì)算條件：正常固結(jié)土，e-lgp曲線基底面積大，埋深大，施工期長i層地基的沉降量Si=再壓縮沉降量S1i+壓縮沉降量S2i四、考慮應(yīng)力歷史影響的地基最終沉降量計(jì)算計(jì)算公式

類似于超固結(jié)土的計(jì)算；式中采用開挖前地基的天然孔隙比e1i，無論是回彈、再壓縮或壓縮，均是相對于開挖前的擬定基底高程而言。三者的基準(zhǔn)點(diǎn)均是e1i狀態(tài)時(shí)的Hi。d地面基底p0’czizi自重應(yīng)力附加應(yīng)力第五十頁，共89頁。四、考慮應(yīng)力歷史影響的地基最終沉降量計(jì)算計(jì)算公式d地面基底p0’czizi自重應(yīng)力附加應(yīng)力第五十一頁，共89頁。重點(diǎn)：

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)固結(jié)沉降的速度

？固結(jié)沉降的程度？問題：§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系不可壓縮層可壓縮層p0第五十二頁，共89頁?！?.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系一、一維滲流固結(jié)理論（Terzaghi滲流固結(jié)理論）二、固結(jié)度的計(jì)算四、固結(jié)系數(shù)的測定三、有關(guān)沉降－時(shí)間的工程問題第五十三頁，共89頁。實(shí)踐背景：大面積均布荷載p0不透水巖層飽和壓縮層σz=p0p0側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)一、一維滲流固結(jié)理論（Terzaghi滲流固結(jié)理論）§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系第五十四頁，共89頁。

1、物理模型§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系ppp附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:

u=σz=p有效應(yīng)力:σ’z=0滲流固結(jié)過程附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:

u<p有效應(yīng)力:σ’z>0附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:

u=0有效應(yīng)力:σ’z=p一、一維滲流固結(jié)理論第五十五頁，共89頁。2、數(shù)學(xué)模型一、一維滲流固結(jié)理論§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系①土層均勻且完全飽和；②土顆粒與水不可壓縮；③變形是單向壓縮（水的滲出和土層壓縮是單向的）；④荷載均布且一次施加；——假定z=const⑤滲流符合達(dá)西定律且滲透系數(shù)保持不變；⑥壓縮系數(shù)a是常數(shù)?；炯俣ǎ呵蠼馑悸罚嚎倯?yīng)力已知有效應(yīng)力原理超靜孔隙水壓力的時(shí)空分布第五十六頁，共89頁。建立方程：微小單元（1×1×dz）微小時(shí)段（dt）2、數(shù)學(xué)模型一、一維滲流固結(jié)理論§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系孔隙體積的變化＝流出的水量土的壓縮特性有效應(yīng)力原理達(dá)西定律超靜孔隙水壓力的時(shí)空分布超靜孔隙水壓力超靜孔隙水壓力土體的體積變化＝不透水巖層飽和壓縮層z第五十七頁，共89頁。建立方程：2、數(shù)學(xué)模型一、一維滲流固結(jié)理論§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系固體體積：孔隙體積：dt時(shí)段內(nèi)：孔隙體積的變化＝流出的水量第五十八頁，共89頁。建立方程：2、數(shù)學(xué)模型一、一維滲流固結(jié)理論§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系dt時(shí)段內(nèi)：孔隙體積的變化＝流出的水量土的壓縮性：有效應(yīng)力原理：達(dá)西定律:孔隙體積的變化＝土體的體積變化第五十九頁，共89頁。Cv

反映了土的固結(jié)性質(zhì)：孔壓消散的快慢－固結(jié)速度；Cv

與滲透系數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；（cm2/s；m2/year）固結(jié)系數(shù)建立方程：2、數(shù)學(xué)模型一、一維滲流固結(jié)理論§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系第六十頁，共89頁。

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uz,t。方程求解：2、數(shù)學(xué)模型一、一維滲流固結(jié)理論§4.4飽和土體的滲流固結(jié)理論（1）求解思路：第六十一頁，共89頁。不透水巖層飽和壓縮層σz=p0p00zH:u=p0z=0:u=0z=H:uz

0zH:u=0（2）邊界、初始條件：方程求解：2、數(shù)學(xué)模型一、一維滲流固結(jié)理論§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系z第六十二頁，共89頁。(3)微分方程的解時(shí)間因數(shù)m＝1，3，5，7······§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系0zH:u=p0z=0:u=0z=H:uz

0zH:u=0基本微分方程：初始邊界條件：微分方程的解：反映孔隙水壓力的消散程度－固結(jié)程度第六十三頁，共89頁。H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zz排水面不透水層排水面排水面HH滲流滲流滲流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=∞Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=∞u0=pu0=p(3)微分方程的解§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系時(shí)間因數(shù)m＝1，3，5，7······第六十四頁，共89頁。二、固結(jié)度的計(jì)算

一點(diǎn)M：地層：一層土的平均固結(jié)度Uz,t=0～1：表征總應(yīng)力中有效應(yīng)力所占比例§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系1、基本概念M第六十五頁，共89頁。2、平均固結(jié)度Ut與沉降量St之間的關(guān)系t時(shí)刻：確定St的關(guān)鍵是確定Ut確定Ut的核心問題是確定uz.t§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系在時(shí)間t的沉降與最終沉降量之比二、固結(jié)度的計(jì)算第六十六頁，共89頁。3.地基沉降過程計(jì)算1)基本計(jì)算方法——均布荷載，單向排水情況確定地基的平均固結(jié)度Ut已知解得近似簡化圖表P94，圖4-30§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系二、固結(jié)度的計(jì)算Tv－豎向固結(jié)時(shí)間因數(shù)反映固結(jié)程度第六十七頁，共89頁?！?.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系二、固結(jié)度的計(jì)算不透水邊界透水邊界滲流123第六十八頁，共89頁。（1）壓縮應(yīng)力分布不同時(shí)2)常見計(jì)算條件實(shí)踐背景：H小，p大自重應(yīng)力附加應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力壓縮土層底面的附加應(yīng)力還不接近零應(yīng)力分布：12534基本情況：§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系3.地基沉降過程計(jì)算二、固結(jié)度的計(jì)算不透水邊界透水邊界第六十九頁，共89頁。2)常見計(jì)算條件（2）雙面排水時(shí)無論哪種情況，均按情況1計(jì)算；壓縮土層深度H取1/2值§4.4地基變形與時(shí)間的關(guān)系二、固結(jié)度的計(jì)算3.地基沉降過程計(jì)算透水邊界應(yīng)力分布：12534基本情況：透水邊界H第七十頁，共89頁。三、單向分層總和法的評價(jià)二、砂性土地基的沉降計(jì)算一、粘土地基的沉降量計(jì)算§4.5地基沉降有關(guān)問題綜述第七十一頁，共89頁。一、粘土地基的沉降量計(jì)算研究表明：粘性土地基在基底壓力作用下的沉降量S由三種不同的原因引起：次固結(jié)沉降Ss主固結(jié)沉降完成以后，在有效應(yīng)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消散的速率無關(guān)，取決于土的蠕變性質(zhì)，既包括剪應(yīng)變，又包括體應(yīng)變。初始沉降(瞬時(shí)沉降)

Sd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)引起的。主固結(jié)沉降(滲流固結(jié)沉降)

Sc由于超孔隙水壓力逐漸向有效應(yīng)力轉(zhuǎn)化而發(fā)生的土滲透固結(jié)變形引起的。是地基變形的主要部分?！?.5地基沉降有關(guān)問題綜述tSSi：初始瞬時(shí)沉降Ss:次固結(jié)沉降Sc：主固結(jié)沉降第七十二頁，共89頁。二、砂性土地基的沉降計(jì)算原位試驗(yàn)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(yùn)用期沉降量一般不會很大。難以取到有代表性的土樣標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)靜力觸探試驗(yàn)載荷板試驗(yàn)Schmertman（薛邁脫曼）建議的簡易算法

基于經(jīng)驗(yàn)公式的估算方法辦法：特點(diǎn)：問題：

原位凍結(jié)取樣

單向分層總和法

S

SS§4.5地基沉降有關(guān)問題綜述第七十三頁，共89頁。三、單向分層總和法的評價(jià)可計(jì)算成層地基；可計(jì)算不同形狀基礎(chǔ)（條、矩、圓）不同分布的基底壓力；參數(shù)的試驗(yàn)測定方法簡單；已經(jīng)積累了幾十年應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)修正。（1）基本假定：（2）優(yōu)點(diǎn)：（a）假設(shè)基底壓力為線性分布（b）附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算（c）只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)（d）只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降（e）整個(gè)地基的最終沉降量為各層沉降量之和§4.5地基沉降有關(guān)問題綜述第七十四頁，共89頁。①西方②可判定原狀土壓縮曲線③區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài)④計(jì)算結(jié)果偏大相差比較大修正靠經(jīng)驗(yàn)（3）精度：（4）e-p曲線與e-lgp曲線的對比：①原蘇聯(lián)②無法確定現(xiàn)場土壓縮曲線③不區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài)④計(jì)算結(jié)果偏小e-pe-lgp均需修正三、單向分層總和法的評價(jià)§4.5地基沉降有關(guān)問題綜述第七十五頁，共89頁。四、有關(guān)沉降－時(shí)間的工程問題1、求某一時(shí)刻t的固結(jié)度與沉降量2、求達(dá)到某一固結(jié)度所需要的時(shí)間§4.5地基沉降有關(guān)問題綜述第七十六頁，共89頁。1、求某一時(shí)刻t的固結(jié)度與沉降量tTv=Cvt/H2St=UtS三、有關(guān)沉降－時(shí)間的工程問題第七十七頁，共89頁。2、求達(dá)到某一沉降量(固結(jié)度)所需要的時(shí)間Ut=St/S從Ut查表（計(jì)算）確定Tv三、有關(guān)沉降－時(shí)間的工程問題第七十八頁，共89頁。3、根據(jù)前一階段測定的沉降－時(shí)間曲線，推算以后的沉降－時(shí)間關(guān)系對于各種初始應(yīng)力分布，固結(jié)度均可寫成：已知：t1－S1t2－S2公式計(jì)算，計(jì)算t3－S3三、有關(guān)沉降－時(shí)間的工程問題第七十九頁，共89頁。五、固結(jié)系數(shù)確定方法固結(jié)系數(shù)Cv——反映固結(jié)速度的指標(biāo),Cv越大，固結(jié)越快。確定方法有四種：方法一：直接計(jì)算法壓縮試驗(yàn)a滲透試驗(yàn)kk與a均是變化的但Cv變化不很大精度較低§4.5地基沉降有關(guān)問題綜述第八十頁，共89頁。方法二：直接測量法壓縮試驗(yàn)S-t曲線由理論公式，H——取試樣厚度的一半；

缺點(diǎn)：由于次固結(jié)，S∞不易確定四、固結(jié)系數(shù)確定方法第八十一頁，共89頁。四、固結(jié)系數(shù)確定方法當(dāng)U<60%