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文檔簡介

1、學習目標:v了解影響土的壓縮性的主要因素,土的彈性變形和塑性變形的概念,規(guī)范法計算沉降量的原理,飽和黏性土地基單向滲透固結理論。v掌握壓縮試驗原理及其壓縮性指標,土的單向壓縮的計算公式及適用條件。v會用分層總和法和規(guī)范法計算沉降量。墨西哥某宮殿墨西哥某宮殿左部:左部:1709年年右部:右部:1622年年地基:地基:20多米厚粘土多米厚粘土工工 程程 實實 例例問題:問題:沉降沉降2.2米,且左右米,且左右兩部分存在明顯的兩部分存在明顯的沉降差。左側建筑沉降差。左側建筑物于物于1969年加固年加固工工 程程 實實 例例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

2、建筑物上部接觸工工 程程 實實 例例基坑開挖,引起陽臺裂縫基坑開挖,引起陽臺裂縫新建筑引起原有新建筑引起原有建筑物開裂建筑物開裂工工 程程 實實 例例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工工 程程 實實 例例建筑物立面高差過大建筑物立面高差過大47m3915019419917587沉降曲線沉降曲線(mm)工工 程程 實實 例例建筑物過長:長高比建筑物過長:長高比7.6:17.6:14.3 地基最終沉降量計算地基最終沉降量計算4.2 應力歷史對土體壓縮性的影響應力歷史對土體壓縮性的影響本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容4.1 土的壓縮試驗和壓縮曲線(指標)土的壓縮試驗和壓

3、縮曲線(指標) 4.4 地基變形與時間的關系地基變形與時間的關系 側限壓縮試驗側限壓縮試驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗無側限抗壓強無側限抗壓強度試驗度試驗荷載試驗荷載試驗旁壓試驗旁壓試驗其它原位試驗其它原位試驗1.1.側限側限試驗原理試驗原理000000(1)(1)(1)111vvssssisiiiiiVeVe VVVVeAHVeAHVeHHeeHHeo000000(1)(1)(1)(1)1oioooioiooiiioiiHH eeHeHH ee HeHHeeeHeeHHHe 或 者支架支架加壓設備加壓設備固結容器固結容器變形測量變形測量水槽水槽護環(huán)護環(huán)環(huán)刀環(huán)刀透水石透水石試樣試樣加壓活塞加壓活塞

4、百分表百分表測定:測定:軸向應力軸向應力軸向變形軸向變形2.2.側限壓縮試驗裝置側限壓縮試驗裝置3.3.繪制壓縮曲線:繪制壓縮曲線:epep曲線曲線0001iiHeeeHelgpelgp曲線曲線4.4.土體壓縮性指標土體壓縮性指標(1)(1)壓縮系數(shù)壓縮系數(shù) 側限壓縮試驗的側限壓縮試驗的e ep p曲線曲線上任一點處切線的斜率上任一點處切線的斜率反映了反映了土體在該壓力土體在該壓力p p作用下土體壓縮作用下土體壓縮性的大小。曲線平緩,其斜率小性的大小。曲線平緩,其斜率小, ,土的壓縮性低;曲線陡,其斜率土的壓縮性低;曲線陡,其斜率大,土的壓縮性高。大,土的壓縮性高。 1221tanppeepe

5、 從對土評價的一致性出發(fā),我國從對土評價的一致性出發(fā),我國建筑地基基礎設建筑地基基礎設計規(guī)范計規(guī)范中規(guī)定,取壓力中規(guī)定,取壓力: :p p1 1=100kPa (0.1MPa)=100kPa (0.1MPa) p p2 2=200 =200 kPakPa (0.2MPa) (0.2MPa)對應的壓縮系數(shù)對應的壓縮系數(shù) 1-21-2作為判別土體壓縮性的標準:作為判別土體壓縮性的標準: 1-21-20.1MPa-1 0.1MPa-1 屬低壓縮性土;屬低壓縮性土;0.1MPa-10.1MPa-1 1-21-20.5 MPa-1 0.5 MPa-1 屬中壓縮性土;屬中壓縮性土; 1-21-20.5 M

6、Pa-1 0.5 MPa-1 屬高壓縮性土。屬高壓縮性土。(2)(2)壓縮指數(shù)壓縮指數(shù) C Cc c1221lglgceeCpp000111epeeeeppEs(3)(3)壓縮模量壓縮模量 E Es s0000000111eeeeeHHHeeeHii4.4.土的回彈和再壓縮曲線土的回彈和再壓縮曲線10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce elg p(kPa)C Ce e 回彈指數(shù)回彈指數(shù) (再壓縮指數(shù))(再壓縮指數(shù))C Ce e C Cc c,一般一般C Ce e0.1-0.2C0.1-0.2Cc cn 特點:特點:在壓力較大部分,在壓力較大部分, 接近直線段接

7、近直線段n 指標:指標: 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù))lgp(eCc 回彈和再壓縮回彈和再壓縮e-lgpe-lgp曲線曲線千斤頂千斤頂荷載板荷載板 原位載荷試驗是一種基礎的原位模擬試驗,模擬基礎的是一塊剛性的載原位載荷試驗是一種基礎的原位模擬試驗,模擬基礎的是一塊剛性的載荷板,載荷板的尺寸一般為荷板,載荷板的尺寸一般為0.250.251.01.0,在載荷板上逐級加載,同時測定,在載荷板上逐級加載,同時測定各級荷載作用下載荷板的沉降量及周圍土體的位移情況,加荷直至地基土各級荷載作用下載荷板的沉降量及周圍土體的位移情況,加荷直至地基土破壞失穩(wěn)為止。破壞失穩(wěn)為止。載載 荷荷 試試 驗驗反壓重物反力梁千斤頂基準

8、梁荷載板百分表試驗得到壓力試驗得到壓力p p與所對應的穩(wěn)定沉降量與所對應的穩(wěn)定沉降量s s的關系曲線:的關系曲線:p ps s曲線曲線,依據(jù)曲線利用彈性力學公式求得,依據(jù)曲線利用彈性力學公式求得變形模量變形模量E E0 00021bpEs 1122101785. 0dpsIIE 1120sbp)(1E淺層淺層深層深層1476P)1/(2120表sEE沉積土的應力歷史沉積土的應力歷史e ep(lg)CDMrmin1 12 23 3P Pc cAB1.1.在在e-lge-lgp p曲線上,找出曲率曲線上,找出曲率最大點最大點MM2.2.作水平線作水平線M-1M-13.3.作作MM點切線點切線M-2

9、M-24.4.作作M-1,M-2 M-1,M-2 的角分線的角分線M-3M-35.M-35.M-3與試驗曲線的直線段與試驗曲線的直線段交于點交于點B B6.B6.B點對應先期固結壓力點對應先期固結壓力p pc c 為了彌補假定為了彌補假定所引起誤差,取所引起誤差,取基底中心點下的基底中心點下的附加應力進行計附加應力進行計算,以基底中點算,以基底中點的沉降代表基礎的沉降代表基礎的平均沉降的平均沉降1.1.基本假設基本假設 地基是均質(zhì)、各向同性的半無限地基是均質(zhì)、各向同性的半無限線性變形體,可按彈性理論計算土中線性變形體,可按彈性理論計算土中應力。應力。 在壓力作用下,地基土不產(chǎn)生側在壓力作用下,

10、地基土不產(chǎn)生側向變形,可采用側限條件下的壓縮性向變形,可采用側限條件下的壓縮性指標。指標。 2.2.單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算 在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載,豎向應力增加,孔隙比相均布荷載,豎向應力增加,孔隙比相應減小,土層產(chǎn)生壓縮變形,沒有側應減小,土層產(chǎn)生壓縮變形,沒有側向變形。向變形。1231.nniissssss4.4.計算原理計算原理p1p2p3p4e4e3e2e1ep12111iiiiieesHeP1=自重應力自重應力P P2 2= =自重應力自重應力+ +附加應力附加應力000000000000001111(1)(1)(1)(

11、11)11iiiiiiiiHHHHHHeeeeHee HeHHeeeeHHee n確定基礎沉降計算深度確定基礎沉降計算深度 一般一般z=0.2cn確定地基分層確定地基分層1.1.不同土層的分界面與地下水位不同土層的分界面與地下水位面為天然層面面為天然層面2.2.每層厚度每層厚度hi 0.4bn計算各分層沉降量計算各分層沉降量 根據(jù)自重應力、附加應力曲線、根據(jù)自重應力、附加應力曲線、e- -p壓縮曲線計算任一分層沉降量壓縮曲線計算任一分層沉降量 軟土軟土z=0.1c(若沉降深度若沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時,計算至基范圍內(nèi)存在基巖時,計算至基巖表面為止)巖表面為止)n計算基礎最終沉降量計算基礎最終沉

12、降量d地地基基沉沉降降計計算算深深度度c線線z線線5.5.計算步驟計算步驟12111iiiiieesHe1niissZiZ(i-1)Hi6.6. 公式解釋公式解釋(根據(jù)根據(jù)p1i,p2i在已知的在已知的ep的的曲線中查取曲線中查取e1i和和e2i ):分層總和法具體計算步驟分層總和法具體計算步驟1. 1. 分層:分層:不同土層的分界面與地下水位面為天然層面;每層厚度不同土層的分界面與地下水位面為天然層面;每層厚度h hi i 0.40.4b b 當基礎地面積較大時取當基礎地面積較大時取h hi i 0.250.25b b2. 2. 計算基底壓力計算基底壓力p p 及基底附加壓力及基底附加壓力p

13、 p0 03. 3. 計算各分層上、下表面自重應力計算各分層上、下表面自重應力 czcz(自地表算起),根據(jù)(自地表算起),根據(jù)p p0 0計算附加應力計算附加應力 z z4. 4. 確定計算深度確定計算深度z zn n 根據(jù)步驟根據(jù)步驟3 3的計算結果,當某層下表面滿足的計算結果,當某層下表面滿足 z z0.20.2 czcz,該點深,該點深度為計算深度,若土層為軟弱土,要求滿足度為計算深度,若土層為軟弱土,要求滿足 z z0.10.1 czcz。p1ip2ie4e3e2e1epP P1i1i=自重應力自重應力P P2i2i= =自重應力自重應力+ +附加應力附加應力5.5.根據(jù)步驟根據(jù)步驟

14、4 4的計算深度的計算深度后后,計算在,計算在z zn n范圍內(nèi)每個土層的范圍內(nèi)每個土層的平均自重應力平均自重應力和和平均附加平均附加應力應力21czicziczi21zizizi6.6.令土層壓縮前后受到的荷載令土層壓縮前后受到的荷載p p1i1i,p p2i2i分別為:分別為:zicziicziipp21,7.7. 根據(jù)根據(jù)p p1i1i,p p2i2i在已知的在已知的e ep p的曲線中查取的曲線中查取e e1i1i和和e e2i2i8.8. 根據(jù)公式計算根據(jù)公式計算每層沉降量:每層沉降量:siiiiiiiiiiiiEphsphesheees或或或或1121119.9. 計算總沉降量:計

15、算總沉降量:iss(2 2)計算第二層土的附加應力平均值:計算第二層土的附加應力平均值:(3 3)自重應力與附加應力平均值之和自重應力與附加應力平均值之和:15 .2922 .347 .24pkPaczpkPaz5 .4320 .350 .52 (1 1)計算第二層土的自重應力平均值:)計算第二層土的自重應力平均值:295.725 .4345.29pkPazcz(5 5)計算第二層的變形量:)計算第二層的變形量:1222221210.9450.8825001 0.94516.20eeShemmmm(4 4)查壓縮曲線求)查壓縮曲線求e e1 12 2 、 e e2 22 21229.5apkP

16、由查得120.945e2272.95apkP由查得220.882e 由于地基土的不均勻性,所取土樣的代表性與實際情況難免存在諸多問由于地基土的不均勻性,所取土樣的代表性與實際情況難免存在諸多問題,再加之分層總和法的幾點假定與實際情況不完全符合,使得理論計算題,再加之分層總和法的幾點假定與實際情況不完全符合,使得理論計算值與建筑物沉降實際觀測量出現(xiàn)差異,根據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)計算的沉降量對于值與建筑物沉降實際觀測量出現(xiàn)差異,根據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)計算的沉降量對于軟軟弱地基數(shù)值偏小弱地基數(shù)值偏小,最多可差,最多可差40%40%;而對于;而對于堅實地基,計算量遠大于實測沉堅實地基,計算量遠大于實測沉降量降量,最多甚至大

17、,最多甚至大5 5倍。且分層總和法需要將土體分為若干層,計算工作量倍。且分層總和法需要將土體分為若干層,計算工作量繁雜。根據(jù)上述情況,我國繁雜。根據(jù)上述情況,我國建筑地基基礎設計規(guī)范建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002)(GB50007-2002)推薦了地基最終沉降量計算公式,常簡稱推薦了地基最終沉降量計算公式,常簡稱“規(guī)范法規(guī)范法” 其原理其原理是利用附加應力分布圖形的面積計算土層變形量,因此也稱為是利用附加應力分布圖形的面積計算土層變形量,因此也稱為“應力面積法應力面積法”。該法是在總結大量實踐經(jīng)驗的基礎上,對分層總和法地。該法是在總結大量實踐經(jīng)驗的基礎上,對分層總和法地基沉降量

18、計算結果做出必要修正,使計算值更符合實際?;两盗坑嬎憬Y果做出必要修正,使計算值更符合實際。1.1.計算原理計算原理dzEdspppEszzs12iiiizzziSizzsiziiidzEdzEdssi111層層土土沉沉降降量量則則第第iizzzidz1iizzsisiiidzEpEAs10zizzi-135 6412b12563412第第n層層第第i層層沉降計算深度沉降計算深度zn5303456zzsisiidzEpEAs100100000012341256345611iziizizzzdzpzzdzpzdzpdzpAAAiiiiiziidzz01令:引入平均附加應力系數(shù))(110iiiis

19、iizzEps77212il b z bPlbz是關于, 的函數(shù),查教材表、 分別為長、短邊, 自基礎底面算起。niinss1025.0s sn n計算深度向上取厚度為計算深度向上取厚度為z z的土層變形量計算值,的土層變形量計算值,z z見由表見由表2-132-13確定;確定; s si i在計算深度范圍內(nèi),第在計算深度范圍內(nèi),第i i層土的計算變形值。層土的計算變形值。)ln4 .05 .2(bbzn2.2.確定計算深度確定計算深度z zn n 當確定沉降計算深度下有軟弱土層時,尚應向下繼續(xù)計算,直至軟弱土層當確定沉降計算深度下有軟弱土層時,尚應向下繼續(xù)計算,直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計

20、算沉降量也滿足上式。中所取規(guī)定厚度的計算沉降量也滿足上式。規(guī)范規(guī)定:規(guī)范規(guī)定:經(jīng)驗公式(最常用):經(jīng)驗公式(最常用):對于地基中較堅硬的粘土層,其孔隙比小于對于地基中較堅硬的粘土層,其孔隙比小于0.50.5、壓縮模量大于、壓縮模量大于50MPa50MPa,壓,壓縮模量大于縮模量大于80Mpa80Mpa的密實砂卵石層或基巖可以不計算變形量。的密實砂卵石層或基巖可以不計算變形量。 b b(m m)b2b22 2b4b44 4b8b88 8b bzz(m m)0.30.30.60.60.80.81.01.03.3.最終沉降量修正最終沉降量修正因為有一定的假定的條件,總結大量計算經(jīng)驗,規(guī)范中引入了修正

21、系數(shù)因為有一定的假定的條件,總結大量計算經(jīng)驗,規(guī)范中引入了修正系數(shù)s s, 與與計算深度內(nèi)壓縮模量當量值有關計算深度內(nèi)壓縮模量當量值有關: : nisiiiiiniiiiiEAAsEzzzzEsiii111111 )(s s4.4.最終沉降量最終沉降量 nisiiiiisniisEzzpss11101)( 例題:例題:如圖某建筑物的柱基礎,基底為正方形,邊長為如圖某建筑物的柱基礎,基底為正方形,邊長為4.0m4.0m,基礎埋置深度為,基礎埋置深度為d=1.0md=1.0m,上部結構傳至基礎頂面的荷載,上部結構傳至基礎頂面的荷載P=1440kNP=1440kN,地基為粉質(zhì)粘土,其天然,地基為粉質(zhì)

22、粘土,其天然重度重度=16.0kN/m=16.0kN/m3 3,土的天然孔隙比,土的天然孔隙比e=0.97e=0.97,地下水位埋深,地下水位埋深3.4m3.4m,地下水位以,地下水位以下土體的飽和重度下土體的飽和重度 satsat=18.2kN/m=18.2kN/m3 3。土層壓縮模量為:地下水位以上。土層壓縮模量為:地下水位以上E Es1s1=5.5MPa=5.5MPa,地下水位以下,地下水位以下E Es2s2=6.5MPa=6.5MPa,地基土的承載力特征值,地基土的承載力特征值f fakak=94kPa=94kPa,試用試用規(guī)范規(guī)范法計算柱基中點的沉降量。法計算柱基中點的沉降量。解解:

23、 計算確定地基壓縮層深度計算確定地基壓縮層深度ZnZ Zn n=b=b(2.5-0.4lnb2.5-0.4lnb) =4.0 =4.0(2.5-0.4ln42.5-0.4ln4)=7.8=7.8(m m)計算基底附加壓力計算基底附加壓力)( kPadAGFp94116444412014400 平均附加應力系數(shù)的計算平均附加應力系數(shù)的計算 根據(jù)根據(jù)l/b=1和和 z/b查查P77,表,表2-12計算平均附加應力系數(shù),具體數(shù)值見下表,計算平均附加應力系數(shù),具體數(shù)值見下表,(注意:(注意:z的起始點為基礎底面的起始點為基礎底面)0.4520.214*4=0.8560.25*4=13.91.20.0z

24、/bi沉降計算經(jīng)驗修正系數(shù)的確定沉降計算經(jīng)驗修正系數(shù)的確定( 0 .8 5 62 .410 )( 0 .4 5 27 .80 .8 5 62 .4 )0 .8 5 62 .4100 .4 5 27 .80 .8 5 62 .45 .56 .52 .0 5 9 21 .4 8 9 85 .8 8 ()2 .0 5 9 21 .4 8 9 85 .56 .5sEM P a05.882 141.11aksspfEMPa由和查表得計算柱基中點的沉降量計算柱基中點的沉降量 z z1 1=2400mm=2400mm,z z2 2=7800mm=7800mm )(.).(.)(mmEpssnisizzsni

25、isiiii97626500814895500220599411110111 例題:如圖所示的基礎例題:如圖所示的基礎底面尺寸底面尺寸4.8m4.8m3.2m3.2m,埋深埋深1.5m1.5m,傳至基礎頂傳至基礎頂面的中心荷載面的中心荷載Fk=1800kNFk=1800kN,地基土地基土層分層及各層土的壓縮層分層及各層土的壓縮模量(相應于自重應力模量(相應于自重應力至自重應力加附加應力至自重應力加附加應力段)如圖,用規(guī)范法計段)如圖,用規(guī)范法計算基礎中點的最終沉降算基礎中點的最終沉降量。量。Z=2.4aakaSkPfMPE16266. 31D=1.5填土r=18kN/m3粘土粘土淤泥質(zhì)粘土淤泥

26、質(zhì)粘土Z=3.2Z=1.8Z=0.6aSMPE60. 22粉土粉土aSMPE20. 63aSMPE20. 63粉土粉土kNFk1800解解:(1):(1)基底附加壓力基底附加壓力akPdAGFdpp1205 . 1182 . 38 . 4205 . 12 . 38 . 41800000(2 2)計算過程列于表中)計算過程列于表中1110iiiinsiszzEpsZ(m)Z(m) L/bL/bZ/bZ/b0.00.02.4/1.62.4/1.6=1.5=1.50/1.6=00/1.6=04 4 0.25000.2500= =1.00001.00000.0000.0002.42.41.51.52.

27、4/1.62.4/1.6=1.5=1.54 4 0.21080.2108= =0.84320.84322.0242.0242.0242.0243.663.6666.366.366.366.35.65.61.51.55.6/1.65.6/1.6=3.5=3.54 4 0.13920.1392= =0.55680.55683.1183.1181.0941.0942.602.6050.550.5116.8116.87.47.41.51.57.4/1.67.4/1.6=4.6=4.64 4 0.11500.1150= =0.46000.46003.4043.4040.2860.2866.206.205

28、.545.54122.3122.34 48.08.01.51.58/1.68/1.6=5.0=5.04 4 0.10800.1080= =0.43200.43203.4563.4560.0520.0526.206.201.01.0 0.0250.025 123.34123.34123.3123.34 4iiiz1i1iiiizzA)(asiMPE)(mmsi)(mmsi(3 3)確定沉降計算深度:上表中)確定沉降計算深度:上表中z=8mz=8m深度范圍內(nèi)的計算沉降量為深度范圍內(nèi)的計算沉降量為123.4mm123.4mm,相應于相應于7.48.0m7.48.0m范圍(往上取范圍(往上取 z=0.

29、6mz=0.6m)土層計算土層計算沉降量為沉降量為1.3mm1.3mm 0.0250.025123.4mm123.4mm,滿足要求。滿足要求。(4 4)確定沉降計算經(jīng)驗系數(shù):)確定沉降計算經(jīng)驗系數(shù):assssnnnsiinisMPEzzEzzEzzEzpzpEAAE361. 32 . 6052. 02 . 6286. 06 . 2094. 166. 3024. 2456. 300433443223321122101100011aakakPfkPp5 .12116275. 075. 012000426. 15 . 24)5 . 2361. 3( 1 . 01 . 1smmsss60.12834.

30、1230426. 1(5 5)計算基礎中點最終沉降量:)計算基礎中點最終沉降量:外荷載外荷載 總應力總應力 1.1.有效應力原理的基本概念有效應力原理的基本概念TerzaghiTerzaghi的有效應力原理和固結理論的有效應力原理和固結理論 土體是由固體顆粒骨架、孔隙流土體是由固體顆粒骨架、孔隙流體(水和氣)三相構成的碎散材料,體(水和氣)三相構成的碎散材料,受外力作用后,受外力作用后,總應力由土骨架和總應力由土骨架和孔隙流體共同承受??紫读黧w共同承受。對所受總應力,骨架和孔隙流體如對所受總應力,骨架和孔隙流體如何分擔?何分擔?它們?nèi)绾蝹鬟f和相互轉化?它們?nèi)绾蝹鬟f和相互轉化?它們對土的變形和強

31、度有何影響?它們對土的變形和強度有何影響?外荷載外荷載 總應力總應力 飽和土是由固體顆粒骨架和充飽和土是由固體顆粒骨架和充滿其間的水組成的兩相體。受滿其間的水組成的兩相體。受外力后,外力后,總應力分為兩部分承總應力分為兩部分承擔:擔:F由土骨架承擔,并通過顆粒之間由土骨架承擔,并通過顆粒之間的接觸面進行應力的傳遞,稱之的接觸面進行應力的傳遞,稱之為為粒間應力粒間應力F由孔隙水來承擔,通過連通的孔由孔隙水來承擔,通過連通的孔隙水傳遞,稱之為隙水傳遞,稱之為孔隙水壓力孔隙水壓力。孔隙水不能承擔剪應力,但能承孔隙水不能承擔剪應力,但能承受法向應力受法向應力外荷載外荷載 合力合力 A AaaPsv接觸

32、點接觸點PsA A:A Aw w:A As s:土單元的斷面積土單元的斷面積顆粒接觸點的面積顆粒接觸點的面積孔隙水的斷面積孔隙水的斷面積u wsvAuPA a-aa-a斷面豎向力平衡:斷面豎向力平衡:wSAAA uAAAPwsv 有效應力有效應力 1 12.2.飽和土有效應力原理飽和土有效應力原理已知或易知已知或易知測定或計算測定或計算u 孔隙水壓孔隙水壓力的作用力的作用u 有效應力有效應力的作用的作用 是土體發(fā)生變形的原因:顆粒是土體發(fā)生變形的原因:顆粒間間克服摩擦相對滑移克服摩擦相對滑移、滾動以、滾動以及在及在接觸點接觸點處由于應力過大而處由于應力過大而破碎破碎均與均與有關有關 是土體強度

33、的成因:土的凝聚是土體強度的成因:土的凝聚力和粒間摩擦力均與力和粒間摩擦力均與有關有關CBA211hhsat2hw211hhu11h11h1sat1h2h靜水條件下的靜水條件下的 、 u u和和 分布分布靜水條件:地下水位靜水條件:地下水位 總應力:單位土柱總應力:單位土柱和水柱的總重量和水柱的總重量 = = h h1 1+ + satsath h2 2 孔隙水壓力:孔隙水壓力:凈水壓強凈水壓強u u = = w wh h2 2 有效應力:有效應力: = = -u-u = = h h1 1+(+( satsat- - w w)h)h2 2 = = h h1 1+ + h h2 2(1)(1)總

34、應力為總應力為自重應力情況自重應力情況3.3.飽和土中孔隙水壓力和有效應力的計算飽和土中孔隙水壓力和有效應力的計算 Hh砂層(排水)砂層(排水) satsat向下滲流向下滲流穩(wěn)定滲流條件穩(wěn)定滲流條件: :Hh砂層砂層( (承壓水承壓水) )粘土層粘土層 satsat向上滲流向上滲流hhABCCBA211hhsat)(2hhwhhhw211u1sat1h2h11h11h11h11h211hhsat)(2hhwhhhw2111sat2h1hu a ) b )向下滲流向下滲流: :hhABCCBA211hhsat)(2hhwhhhw211u1sat1h2h11h11h11h11h211hhsat)(

35、2hhwhhhw2111sat2h1hu a ) b )向上滲流向上滲流: :有效應力有效應力增加增加為滲透壓力為滲透壓力hw有效應力有效應力減小減小(2)(2)有附加應力情況有附加應力情況1.1.物理模型物理模型wph 0t hh 0h t0 tu u0 0=p=pt=0t=0u=p u=p =0=0u u0t0t up u00p p 不透水巖層不透水巖層z z排水面排水面HHu u :超靜孔壓:超靜孔壓 :有效應力:有效應力p p :總附加應力:總附加應力u+u+ =p =ppt=t= u=0 u=0 =p=p =P=Pp p 不透水巖層不透水巖層z z排水面排水面HHu u0 0=p=p

36、u u :超靜孔壓:超靜孔壓 :有效應力:有效應力p p :總附加應力:總附加應力u+u+ =p =pu u0 0:初始超靜孔壓:初始超靜孔壓z zdzdz微單元微單元t t時刻時刻 土的壓縮特性土的壓縮特性 有效應力原理有效應力原理 達西定律達西定律滲流固結滲流固結基本方程基本方程 孔隙體積的變化孔隙體積的變化流入流出流入流出水量差水量差連續(xù)性連續(xù)性條件條件u uh dxdydzzhzhkqdxdyzhkkiAq22微單元體的水量變化:微單元體的水量變化:dxdydzzhkqq22 dxdydzeettVV1微單元體孔隙體積的變化率:微單元體孔隙體積的變化率:某時間某時間t t的水量變化應等

37、于同一時間該微單元體中孔隙體積的變化率的水量變化應等于同一時間該微單元體中孔隙體積的變化率, ,令上兩式相等,得到:令上兩式相等,得到:teezhk1122tteddeddedpdetzhek22122221zuzhhututuwwz可得:可得:tezhkteezhk11112222tuzuekw2211tuzuaekw221tuzuc22v一維固結微分方程一維固結微分方程年)或/m/(122scmcekVw豎向固結系數(shù)豎向固結系數(shù)k:k:(1 cm/s1 cm/s3 310107 7cm/cm/年)年)反映了超靜孔壓的消散速度與孔壓沿豎向的分布有關反映了超靜孔壓的消散速度與孔壓沿豎向的分布有

38、關是線性齊次偏微分方程,可用分離變量方法求解是線性齊次偏微分方程,可用分離變量方法求解其一般解的形式為:其一般解的形式為:只要給出定解條件,求解滲透固結方程,可得出只要給出定解條件,求解滲透固結方程,可得出u(z,tu(z,t) )tCAveAzCAzCtzu2)sincos(),(21F 滲透固結微分方程:滲透固結微分方程:tuzuc22vp p 不透水不透水z z排水面排水面HHu uo ou0=p0t 0 0 z z H: H:u= u= Z Z= =p p初始條件初始條件初始條件、邊界條件如下:初始條件、邊界條件如下:代入以上初始條件和邊界條件,采用分離變量法可求得特解:代入以上初始條

39、件和邊界條件,采用分離變量法可求得特解:u=pz=0: u=0z=0: u=0z=H: z=H: u u z z t 0 0 z z H: H: u=0 u=0邊界條件邊界條件 t05 , 3 , 1meH2zmsinm14u1mT4mZt , zv222HtcTVV為無量綱數(shù),稱為為無量綱數(shù),稱為時間因數(shù)時間因數(shù),反映超反映超靜孔壓消散的程度也即固結的程度靜孔壓消散的程度也即固結的程度 t t為固結歷時,為固結歷時,H H為壓縮土層為壓縮土層最遠排水距離,最遠排水距離,單面排水時,單面排水時,HH取土層厚度;雙面排水時,取土層厚度;雙面排水時,HH取土層厚度之半。取土層厚度之半。p 不透水不

40、透水z排水面排水面Huotuzuc22vwvekc)1 ( 固結度:固結度:地基土層在某一壓力作地基土層在某一壓力作用下,經(jīng)歷時間用下,經(jīng)歷時間t t后所產(chǎn)生的變后所產(chǎn)生的變形量與最終固結變形量之比值,形量與最終固結變形量之比值,表示土層中空隙水應力消散的程表示土層中空隙水應力消散的程度,也叫固結比。度,也叫固結比。00uuussUtt5 , 3 , 1meH2zmsinm14u1mT4mZt , zv22將將帶入帶入U Ut t公式得:公式得:VTmmmtemU43, 12222181;,;/,土的滲的滲透;/,)1 (,;,122awVVVVVMPdmkdmekCCHtCTT壓縮系數(shù)固結系

41、數(shù)無量綱時間因素HH最大排水距離,單面排水取土層厚度,雙面排水時取最大排水距離,單面排水取土層厚度,雙面排水時取1/21/2。)(81422vTtTfeUV當當U Ut t30%30%時可近似地時可近似地?。喝。汗こ瘫尘肮こ瘫尘扒€(曲線(1 1) (2 2) (3 3) 疊加原理疊加原理計算計算基本情況基本情況 1 2 3 4 51 2 3 4 5不透水不透水應力分布應力分布透水透水 排排 不不 =1 = 0 = =1 = 0 = 1 1 1不排排不排水面排水面zz U Ut t0.6 0.6 T Tv v= =0.933lg0.933lg(1 1 U Ut t) 0.085 0.085 U Ut t0.6 0.6 也可簡化為:vTteU4228124tvUTT Tv v=3U=3Ut t U Ut t=1 =1 1.1.根據(jù)時間根據(jù)時間t t求固結沉降量求固結沉降量s st t:根據(jù)土層的滲透系數(shù)根據(jù)土層的滲透系數(shù)k k、壓縮系數(shù)、壓縮系數(shù) 、初始孔隙比、初始孔隙比e e求出土的固結系數(shù)求出土的固結系數(shù)C CV VwVekc)1

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