土力學(xué)固結(jié)沉降

1、2006.03第五五章 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 本章提要本章提要 本章特點(diǎn)本章特點(diǎn) 學(xué)習(xí)難點(diǎn)學(xué)習(xí)難點(diǎn)第第五五章：章：土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 土的壓縮性土的壓縮性 -測試方法和指標(biāo)測試方法和指標(biāo) 地基的最終沉降量地基的最終沉降量-分層總合法分層總合法 地基的沉降過程地基的沉降過程-飽和土滲流固結(jié)理論飽和土滲流固結(jié)理論 有一些較嚴(yán)格的理論有一些較嚴(yán)格的理論 有較多經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)和公式有較多經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)和公式 應(yīng)力歷史及先期固結(jié)壓力應(yīng)力歷史及先期固結(jié)壓力 不同條件下的總沉降量計(jì)算不同條件下的總沉降量計(jì)算 滲流固結(jié)理論及參數(shù)滲流固結(jié)理論及參數(shù)土的壓縮變形問

2、題土的壓縮變形問題土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法壓縮性指標(biāo)壓縮性指標(biāo)沉降的大小沉降的大小沉降的過程沉降的過程F土的壓縮性測試方法土的壓縮性測試方法F一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)F地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算F飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 土的壓縮性測試方法土的壓縮性測試方法5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論第第五五章：章：土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮

3、性與地基沉降計(jì)算5.1 5.1 概述概述 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(shí)實(shí) 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(cè)建筑沉降差。左側(cè)建筑物于物于1969年加固年加固5.1 5.1 概述概述 工工 程程 實(shí)實(shí) 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，兩棟相鄰的建筑物上部接觸5.1 5.1 概述概述 工工 程程 實(shí)實(shí) 例例基坑開挖，引起陽臺裂縫基坑開挖，引起陽臺裂縫5.1 5.1 概述概述 新建筑引起原有新建筑引起原有建筑

4、物開裂建筑物開裂5.1 5.1 概述概述 工工 程程 實(shí)實(shí) 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5.1 5.1 概述概述 工工 程程 實(shí)實(shí) 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(shí)實(shí) 例例建筑物過長：長高比建筑物過長：長高比7.6:17.6:15.1 5.1 概述概述 5.1 5.1 概述概述 5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論第第五五章：章：土的

5、壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算5.2 5.2 土的壓縮性測試方法土的壓縮性測試方法土體變形的機(jī)理土體變形的機(jī)理 彈性變形彈性變形 接觸點(diǎn)處彈性變形接觸點(diǎn)處彈性變形 彈性撓曲變形彈性撓曲變形 顆粒翻轉(zhuǎn)的可逆性顆粒翻轉(zhuǎn)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(diǎn)顆粒破碎接觸點(diǎn)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土體的變形特性土體的變形特性土體的特點(diǎn)：散粒體土體的特點(diǎn)：散粒體F體應(yīng)變主要由孔隙體積變化引起體應(yīng)變主要由孔隙體積變化引起F剪應(yīng)變主要由土顆粒的大小和排列形態(tài)變化引起剪應(yīng)變主要由土顆粒的大小和排列形態(tài)變化引起5.2

6、5.2 土的壓縮性測試方法土的壓縮性測試方法F 固結(jié)容器：固結(jié)容器：環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水石、加壓上蓋和量表架等石、加壓上蓋和量表架等F 加壓設(shè)備：加壓設(shè)備：杠桿比例杠桿比例1:101:10F 變形測量設(shè)備變形測量設(shè)備側(cè)限壓縮（固結(jié)）儀支架支架加壓設(shè)備加壓設(shè)備固結(jié)容器固結(jié)容器變形測量變形測量5.2 5.2 土的壓縮性測試方法土的壓縮性測試方法施加荷載，靜置至施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定變形穩(wěn)定逐級加大荷載逐級加大荷載百分表百分表加壓上蓋加壓上蓋試樣試樣透水石透水石護(hù)環(huán)護(hù)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀壓縮壓縮容器容器n 側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)P1s1e1e0pte stn 測定：測定： 軸向壓縮

7、應(yīng)力軸向壓縮應(yīng)力 軸向壓縮變形軸向壓縮變形P2s2e2P3s3e35.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)側(cè)限壓縮試驗(yàn)百分表百分表試樣試樣環(huán)刀環(huán)刀P1S1e1e0pte stP2S2e2P3S3e3n 已知：已知： 試樣初始高度試樣初始高度H H0 0 試樣初始孔隙比試樣初始孔隙比e e0 0n 試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果：每級壓力每級壓力p p作用下，作用下，試樣的壓縮變形試樣的壓縮變形S S5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)zp z 初始初始加載加載卸載卸載再加載再加載一次一次加載加載側(cè)限壓縮試驗(yàn)n 卸載和再加載曲線卸載和再加載曲線 pF在試驗(yàn)曲線的卸載和再加在試驗(yàn)曲

8、線的卸載和再加載段，土樣的變形特性同載段，土樣的變形特性同初始加載段明顯不同，前初始加載段明顯不同，前者的剛度較大者的剛度較大F在再加載段，當(dāng)應(yīng)力超過在再加載段，當(dāng)應(yīng)力超過卸載時(shí)的應(yīng)力卸載時(shí)的應(yīng)力 p時(shí)，曲線時(shí)，曲線逐漸接近一次加載曲線逐漸接近一次加載曲線F卸載和再加載曲線形成滯卸載和再加載曲線形成滯回圈回圈5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)側(cè)限壓縮試驗(yàn)n 應(yīng)力歷史及影響應(yīng)力歷史及影響n土體在歷史上所承受過的土體在歷史上所承受過的應(yīng)力情況（包括最大應(yīng)力應(yīng)力情況（包括最大應(yīng)力等）稱為等）稱為應(yīng)力歷史應(yīng)力歷史zp z 初始初始加載加載卸載卸載再加載再加載 p應(yīng)力歷史的影響應(yīng)力歷史

9、的影響非常顯著非常顯著F土樣在土樣在A和和B點(diǎn)所處的應(yīng)力點(diǎn)所處的應(yīng)力狀態(tài)完全相同，但其變形狀態(tài)完全相同，但其變形特性差別很大特性差別很大AB 5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo) - p曲線 pEs初始加載初始加載Es卸載和重加載卸載和重加載EeP1s1e1e0pte stP2s2e2P3s3e31 1Es1 1Eep(kPa) =s/H0n 體積壓縮系數(shù)：體積壓縮系數(shù)：svE1m 單位壓應(yīng)力變化引單位壓應(yīng)力變化引起的單位體積的體起的單位體積的體積變化積變化n 側(cè)限壓縮（變形）模量側(cè)限壓縮（變形）模量KPa ,MPa5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)1e0e孔

10、隙孔隙固體固體顆粒顆粒H0See1e1SHH000 000HS)e1(ee 側(cè)限壓縮試驗(yàn)由三相草圖：由三相草圖：可得到可得到e-p關(guān)系關(guān)系5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)e-pe-p曲線曲線ep0100200 3000.60.70.80.91.0e ep(kPa)pea F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，土的壓縮性越越大，土的壓縮性越大大F同種土的壓縮系數(shù)同種土的壓縮系數(shù)a不不是常數(shù)，與應(yīng)力是常數(shù)，與應(yīng)力p有關(guān)有關(guān)F通常用通常用a1-2即應(yīng)力范圍為即應(yīng)力范圍為100-200 kPa的的a值對不值對不同土的壓縮性進(jìn)行比較同土的壓縮性進(jìn)行比較n 壓縮系數(shù)壓縮

11、系數(shù)KPa-1，MPa-15.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)e-p曲線曲線壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a土的類別土的類別a1-2 (MPa-1)高壓縮性土高壓縮性土0.5中壓縮性土中壓縮性土0.1-0.5低壓縮性土低壓縮性土0.1壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a1-2常用作常用作比較土的壓縮性大小比較土的壓縮性大小壓縮系數(shù)：壓縮系數(shù)：pea 0100200 3000.60.70.80.91.0e epep(kPa)5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)n 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)n 側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量0s1eEa vs01amE1e n 體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)壓縮指標(biāo)間的關(guān)系壓縮指標(biāo)間的

12、關(guān)系1e0e孔隙孔隙固體固體顆粒顆粒e pEspea 0e1e 5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce ep(kPa，lg)e-lgp曲線曲線Ce 回彈指數(shù)回彈指數(shù) （再壓縮指數(shù)）（再壓縮指數(shù)）Ce s：超固結(jié)土超固結(jié)土 p1OCR1：超固結(jié)：超固結(jié)OCR1OCR s, ,點(diǎn)點(diǎn)D(D(e e0 0, , s s) )位于再位于再壓縮曲線上壓縮曲線上F過過D D點(diǎn)作斜率為點(diǎn)作斜率為CeCe的直線的直線DBDB，DBDB為原位再壓縮曲線為原位再壓縮曲線F以以0.42e0.42e0 0在壓縮曲線上確定在壓縮曲線上確

13、定C C點(diǎn)，點(diǎn)，BCBC為原位初始壓縮曲線為原位初始壓縮曲線FDBCDBC即為所求的原位再壓縮和即為所求的原位再壓縮和壓縮曲線壓縮曲線n 推定方法推定方法原位再壓原位再壓縮曲線縮曲線5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo)小小 結(jié)結(jié)F - p（或（或）曲線）曲線F e p（或（或）曲線）曲線F e lgp（或（或lg）曲線）曲線F 先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力F 原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線由側(cè)限壓縮試由側(cè)限壓縮試驗(yàn)整理得到的驗(yàn)整理得到的三條常用曲線三條常用曲線5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 土的壓縮性測試方法土的壓縮性測試方法 5.3 5.3 一

14、維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo) 5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論第第五五章：章：土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算tSn 粘性土地基的沉降量粘性土地基的沉降量S由機(jī)由機(jī)理不同的三部分沉降組成：理不同的三部分沉降組成：F初始瞬時(shí)沉降初始瞬時(shí)沉降 Sd ：在不排在不排水條件下，由剪應(yīng)變引起水條件下，由剪應(yīng)變引起側(cè)向變形導(dǎo)致側(cè)向變形導(dǎo)致F主固結(jié)沉降主固結(jié)沉降 Sc ：由超靜孔由超靜孔壓消散導(dǎo)致的沉降，通常壓消散導(dǎo)致的沉降，通常是地基變形的主要部

15、分是地基變形的主要部分F次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降 Ss ：由于土骨由于土骨架的蠕變特性引起的變形架的蠕變特性引起的變形scdSSSS 粘性地基的沉降類型粘性地基的沉降類型S Sd d ：初始瞬時(shí)沉降：初始瞬時(shí)沉降Ss: 次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降S Sc c：主固結(jié)沉降：主固結(jié)沉降總變形：總變形：5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算n 最終沉降量最終沉降量S： St t時(shí)地基最終沉降穩(wěn)定以后的時(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。最大沉降量，不考慮沉降過程。不可壓縮層不可壓縮層可壓縮層可壓縮層z=pp以一維側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)土的壓縮特性

16、以一維側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)土的壓縮特性為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的分層總和法分層總和法n 計(jì)算方法計(jì)算方法：St5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算F單一土層一維壓縮問題單一土層一維壓縮問題F地基最終沉降量分層總和法地基最終沉降量分層總和法F地基沉降計(jì)算的若干問題地基沉降計(jì)算的若干問題5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算szszH2 HH/2H/2 ,e,e1 1單一土層一維壓縮問題單一土層一維壓縮問題n 計(jì)算簡圖計(jì)算簡圖pz=p壓縮前壓縮前1szp 1e壓縮后壓縮后2szzp 2e（a a）e-pe-p曲線曲線（b b）e-lgpe

17、-lgp曲線曲線1Vs 1ee 1Vs 2e12zv11eee1e1e zvSHH 12zv1eeSHHH1e 5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算n 計(jì)算公式：計(jì)算公式：e-pe-p曲線曲線2111aaS(pp )HpH1e1e spHpHSEE 1221eea(pp ) 1aSA1e vvSm pHm A 單一土層一維壓縮問題單一土層一維壓縮問題 1212e ee e1 1e e2 2p p1 1p p2 2p p12zv1eeSHHH1e p自重應(yīng)自重應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài)附加應(yīng)附加應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài)5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算pH ,e,e1 1e

18、epH/2H/2z=pszszH2 n 計(jì)算步驟：計(jì)算步驟：單一土層一維壓縮問題單一土層一維壓縮問題zszH ；121eeSH1e 確定確定： 查定查定： 算定算定：1sz1ep 以公式以公式 為例為例He1eeS121 2zsz2ep e e1 1e e2 2p pp p1 1p p2 25.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算理論上不夠完備，缺乏統(tǒng)一理論理論上不夠完備，缺乏統(tǒng)一理論, ,是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)性方法是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)性方法F假設(shè)基底壓力為線性分布假設(shè)基底壓力為線性分布 F附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算F側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)側(cè)限應(yīng)力狀態(tài), ,只發(fā)生單向沉降只發(fā)生單向沉降

19、F只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降降F將地基分成若干層，認(rèn)為整個(gè)地基的最終沉將地基分成若干層，認(rèn)為整個(gè)地基的最終沉降量為各層沉降量之和降量為各層沉降量之和： iSSn 基本假定和基本原理：基本假定和基本原理：地基最終沉降量分層總和法地基最終沉降量分層總和法5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算n 計(jì)算步驟計(jì)算步驟地基最終沉降量分層總和法地基最終沉降量分層總和法d地面地面基底基底計(jì)算深度計(jì)算深度 pp0 d z sza) 原地基的自重應(yīng)力分布原地基的自重應(yīng)力分布 szb) 基底附加壓力基底附加壓力p0c) 確定地基中附加應(yīng)力確定地基

20、中附加應(yīng)力 z分布分布d) 確定計(jì)算深度確定計(jì)算深度zne) 地基分層地基分層Hif)計(jì)算每層沉降量計(jì)算每層沉降量Sig) 各層沉降量疊加各層沉降量疊加 Si sz從地面算起；從地面算起； z從基底算起，由基底從基底算起，由基底附加應(yīng)力附加應(yīng)力p0=p- d引起引起5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算n 計(jì)算步驟計(jì)算步驟地基最終沉降量分層總和法地基最終沉降量分層總和法 . .d) 確定計(jì)算深度確定計(jì)算深度zne)地基分層地基分層Hif)計(jì)算每層沉降量計(jì)算每層沉降量Sig) 各層沉降量疊加各層沉降量疊加 Si經(jīng)驗(yàn)法：經(jīng)驗(yàn)法： 一般土層：一般土層：z=0.2sz 軟土層：軟土層

21、：z=0.1sz經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式：Zn=B(2.5-0.4lnB)計(jì)算到壓縮性較大土層底面計(jì)算到壓縮性較大土層底面d地面地面基底基底計(jì)算深度計(jì)算深度 pp0 d z sz z5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算n 計(jì)算步驟計(jì)算步驟地基最終沉降量分層總和法地基最終沉降量分層總和法a) 原地基的自重應(yīng)力分布原地基的自重應(yīng)力分布 szb) 基底附加壓力基底附加壓力p0c) 確定地基中附加應(yīng)力確定地基中附加應(yīng)力 z分布分布d) 確定計(jì)算深度確定計(jì)算深度zne) 地基分層地基分層Hif)計(jì)算每層沉降量計(jì)算每層沉降量Sig) 各層沉降量疊加各層沉降量疊加 Si 不同土層界面不同土層界

22、面 地下水位線地下水位線 每層厚度不宜每層厚度不宜 0.4B或或4m z 變化明顯的土層，適變化明顯的土層，適當(dāng)取小當(dāng)取小Hid地面地面基底基底計(jì)算深度計(jì)算深度 pp0 d z szszizi5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算d地面地面計(jì)算深度計(jì)算深度 pp0 d z szn 計(jì)算公式：計(jì)算公式：地基最終沉降量分層總和法地基最終沉降量分層總和法對土層對土層i有：有：ziiziiisiiHHSEE 壓縮前壓縮前p1i=szi e1i壓縮后壓縮后p2i=szi+zi e2iHisziziizii1ii1i2ii1iiHe1aH)pp(e1aS 5.4 5.4 地基的最終沉降量

23、計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 準(zhǔn)備資料準(zhǔn)備資料 應(yīng)力分布應(yīng)力分布 沉降計(jì)算沉降計(jì)算建筑基礎(chǔ)（形狀、大小、重量、埋深）建筑基礎(chǔ)（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(jì)算斷面和計(jì)算點(diǎn)計(jì)算斷面和計(jì)算點(diǎn)確定計(jì)算深度確定計(jì)算深度確定分層界面確定分層界面計(jì)算各土層的計(jì)算各土層的 sziszi， zizi計(jì)算各層沉降量計(jì)算各層沉降量地基總沉降量地基總沉降量自重應(yīng)力自重應(yīng)力基底壓力基底壓力基底附加應(yīng)力基底附加應(yīng)力附加應(yīng)力附加應(yīng)力 結(jié)果結(jié)果S分層總和法分層總和法要點(diǎn)小結(jié)要點(diǎn)小結(jié)5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算tSF初始瞬時(shí)沉降初始瞬時(shí)

24、沉降 S Sd d ，取決于，取決于剪切變形剪切變形F主固結(jié)沉降主固結(jié)沉降 Sc ，取決于滲，取決于滲透固結(jié)過程，通常是地基透固結(jié)過程，通常是地基變形的主要部分變形的主要部分F次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降 Ss ，取決于土，取決于土骨架的蠕變變形骨架的蠕變變形scdSSSS 粘性地基的沉降量計(jì)算粘性地基的沉降量計(jì)算總變形：總變形：S Sd d ：初始瞬時(shí)沉降：初始瞬時(shí)沉降Ss: 次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降S Sc c：主固結(jié)沉降：主固結(jié)沉降5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算C 可計(jì)算成層地基可計(jì)算成層地基C 可計(jì)算不同形狀基礎(chǔ)可計(jì)算不同形狀基礎(chǔ) - - 條性、矩形和園形等條性、矩形和園

25、形等C 可計(jì)算不同基底壓力分布可計(jì)算不同基底壓力分布 - - 均勻、三角和梯形分布均勻、三角和梯形分布C 參數(shù)的試驗(yàn)測定方法簡單參數(shù)的試驗(yàn)測定方法簡單C 已經(jīng)積累了幾十年應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。已經(jīng)積累了幾十年應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。F 基本假定：基本假定：F 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)：點(diǎn)：（a a）基底壓力為線性分布）基底壓力為線性分布 （b b）附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算）附加應(yīng)力用彈性理論計(jì)算（c c）只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)）只發(fā)生單向沉降：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)（d 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）只計(jì)算固結(jié)沉降，不計(jì)瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降單向分層總和法的評價(jià)單向分層總和法的評價(jià)5.4 5.4 地基的最終沉降量計(jì)算地基的

26、最終沉降量計(jì)算F 計(jì)算精度：計(jì)算精度：單向分層總和法的評價(jià)單向分層總和法的評價(jià) 歐美歐美 可判定原狀土壓縮曲線可判定原狀土壓縮曲線 區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài)區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài) 計(jì)算結(jié)果偏大計(jì)算結(jié)果偏大相差比較大相差比較大 修正靠經(jīng)驗(yàn)修正靠經(jīng)驗(yàn)F e-p曲線與曲線與e-lgp曲線的對比：曲線的對比：均需修正均需修正 原蘇聯(lián)原蘇聯(lián) 無法確定現(xiàn)場土壓縮曲線無法確定現(xiàn)場土壓縮曲線 不區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài)不區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài) 計(jì)算結(jié)果偏小計(jì)算結(jié)果偏小 e-p e-lgp5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 土的壓縮性測試方法土的壓縮性測試方法 5.3 5.3 一維壓縮性及其指標(biāo)一維壓縮性及其指標(biāo) 5.4 5.4 地

27、基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論第五章：第五章：土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論19861986年：開工年：開工19901990年：人工島完成年：人工島完成19941994年：機(jī)場運(yùn)營年：機(jī)場運(yùn)營面積：面積：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m地基：地基：15-21m15-21m厚粘土厚粘土問題：沉降大問題：沉降大 且不均勻且不均勻日本關(guān)西國際機(jī)場日本關(guān)西國際機(jī)場

28、世界最大人工島世界最大人工島5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論關(guān)西國際機(jī)場關(guān)西國際機(jī)場設(shè)計(jì)預(yù)測沉降：設(shè)計(jì)預(yù)測沉降：5.75.77.5 m7.5 m完工實(shí)際沉降：完工實(shí)際沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月(1990(1990年年) )預(yù)測主固結(jié)完成：預(yù)測主固結(jié)完成：2020年后年后比設(shè)計(jì)超填：比設(shè)計(jì)超填： 3.0 m3.0 m日期日期測測 點(diǎn)點(diǎn)123578101112151617平均平均00-12 10.69.712.811.710.613.011.610.312.712.59.014.111.701-12 10.89.913.011.910.713.21

29、1.810.512.912.79.114.311.95.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論n 沉降與時(shí)間之間的關(guān)系：飽和土層的滲流固結(jié)沉降與時(shí)間之間的關(guān)系：飽和土層的滲流固結(jié)問題：問題：固結(jié)沉降的速度和程度固結(jié)沉降的速度和程度 ？ 超靜孔隙水壓力的大小超靜孔隙水壓力的大小 ？飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論St S不可壓縮層不可壓縮層可壓縮層可壓縮層p一維滲流固結(jié)一維滲流固結(jié)5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論F飽和土一維滲流固結(jié)理論飽和土一維滲流固結(jié)理論（TerzaghiTerzaghi滲流固結(jié)理論）滲流固結(jié)理論）F固結(jié)度的計(jì)算固結(jié)度

30、的計(jì)算F有關(guān)沉降時(shí)間的工程問題有關(guān)沉降時(shí)間的工程問題F固結(jié)系數(shù)的測定固結(jié)系數(shù)的測定F多維滲流固結(jié)理論簡介多維滲流固結(jié)理論簡介飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論n 滲透固結(jié)理論是針對土這種多孔多相松散介質(zhì)滲透固結(jié)理論是針對土這種多孔多相松散介質(zhì), ,建建立起來的反映土體變形過程的基本理論。土力學(xué)立起來的反映土體變形過程的基本理論。土力學(xué)的創(chuàng)始人的創(chuàng)始人TerzaghiTerzaghi教授于教授于2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代提出飽和年代提出飽和土的一維滲透固結(jié)理論土的一維滲透固結(jié)理論物理

31、模型物理模型 太沙基一維滲透固結(jié)模型太沙基一維滲透固結(jié)模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 滲透固結(jié)微分方程滲透固結(jié)微分方程方程求解方程求解 理論解答理論解答固結(jié)程度固結(jié)程度 固結(jié)度的概念固結(jié)度的概念一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論Terzaghi一維滲流固結(jié)模型一維滲流固結(jié)模型l 實(shí)踐背景：大面積均布荷載實(shí)踐背景：大面積均布荷載側(cè)限狀態(tài)的簡化模型側(cè)限狀態(tài)的簡化模型pz=p不透水不透水巖層巖層飽和飽和壓縮層壓縮層pK0pK0pF處于側(cè)限狀態(tài)，滲流和土體的變形只沿豎向發(fā)生處于側(cè)限狀態(tài)，滲流和土體的變形只沿豎向發(fā)生p不變形不變形的鋼筒的鋼筒5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維

32、滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論鋼筒鋼筒彈簧彈簧 水體水體 帶孔活塞帶孔活塞 活塞小孔大小活塞小孔大小滲透固結(jié)過程滲透固結(jié)過程初始狀態(tài)初始狀態(tài)邊界條件邊界條件相間相互作用相間相互作用物理模型物理模型p側(cè)限條件側(cè)限條件 土骨架土骨架 孔隙水孔隙水 排水頂面排水頂面 滲透性大小滲透性大小土體的固結(jié)土體的固結(jié)p5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論Terzaghi一維滲流固結(jié)模型一維滲流固結(jié)模型pwph 0t 附加應(yīng)力附加應(yīng)力: z=p超靜孔壓超靜孔壓: u= z=p有效應(yīng)力有效應(yīng)力: : z=0hh 0h t0附加應(yīng)力附加應(yīng)力:z=p超靜

33、孔壓超靜孔壓: u 0 t附加應(yīng)力附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓超靜孔壓: u =0有效應(yīng)力有效應(yīng)力: : z=p5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論Terzaghi一維滲流固結(jié)模型一維滲流固結(jié)模型1.1. 土層是均質(zhì)且完全飽和土層是均質(zhì)且完全飽和2.2. 土顆粒與水不可壓縮土顆粒與水不可壓縮3.3. 水的滲出和土層壓縮只沿豎向發(fā)生水的滲出和土層壓縮只沿豎向發(fā)生4.4. 滲流符合達(dá)西定律且滲透系數(shù)保持不變滲流符合達(dá)西定律且滲透系數(shù)保持不變5.5. 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a a是常數(shù)是常數(shù)6.6. 荷載均布荷載均布, ,瞬時(shí)施加，瞬時(shí)施加，總

34、應(yīng)力不隨時(shí)間變化總應(yīng)力不隨時(shí)間變化u 基本假定基本假定u 基本變基本變量量總應(yīng)力總應(yīng)力已知已知有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理超靜孔隙水壓超靜孔隙水壓力的時(shí)空分布力的時(shí)空分布5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 模模 型型u0=pt=0u=p z =0t= u=0 z =pzu0t u0p 不透水巖層不透水巖層z排水面排水面Hu ：超靜孔壓：超靜孔壓z ：有效應(yīng)力：有效應(yīng)力p ：總附加應(yīng)力：總附加應(yīng)力u+ z =ppF土層超靜孔壓是土層超靜孔壓是z z和和t t的函數(shù)，滲流固的函數(shù)，滲流固結(jié)的過程取決于土層可壓縮性（總排結(jié)的過

35、程取決于土層可壓縮性（總排水量）和滲透性（滲透速度）水量）和滲透性（滲透速度）5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 模模 型型p 不透水巖層不透水巖層z排水面排水面Hu0=pu ：超靜孔壓：超靜孔壓z ：有效應(yīng)力：有效應(yīng)力p ：總附加應(yīng)力：總附加應(yīng)力u+ z =pu0：初始超靜孔壓：初始超靜孔壓zdz微單元微單元t時(shí)刻時(shí)刻q(qdz)z q dz11微小單元（微小單元（11dz）微小時(shí)段（微小時(shí)段（dt） 土的壓縮特性土的壓縮特性 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理 達(dá)西定律達(dá)西定律滲流固結(jié)滲流固結(jié)基本方程基本方程土骨架的體積變

36、化土骨架的體積變化孔隙體積的變化孔隙體積的變化流入流出水量差流入流出水量差連續(xù)性連續(xù)性條件條件zu5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 模模 型型固體體積：固體體積：111Vdzconst1e 2111VeVe(dz)1e 孔隙體積：孔隙體積：dtdt時(shí)段內(nèi)：時(shí)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2Vqqdtqqdzdtdzdttzz 11eq1etz q(qdz)z q dz11z4.5 4.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 模模

37、型型dtdt時(shí)段內(nèi)：時(shí)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11eq1etz uwhkuqAkikikzz 221wauku1etz 212wk 1euutaz zz(u)euaaatttt 達(dá)西定律達(dá)西定律: :土的壓縮性：土的壓縮性：zea 有效應(yīng)力原理：有效應(yīng)力原理：zzu 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u - 超靜孔壓超靜孔壓5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 模模 型型uCv 反映土的固結(jié)特性：孔壓消散的快慢固結(jié)速度反映土的固結(jié)特性：孔壓消散的快慢固結(jié)速度uCv

38、 與滲透系數(shù)與滲透系數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；成反比；u單位：單位：cm2/s；m2/year，粘性土一般在，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量級量級1vwk(1e )Ca 212wk 1euutaz 2v2uuCtz F 固結(jié)系數(shù)固結(jié)系數(shù):5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 模模 型型方程求解方程求解 - - 解題思路解題思路2v2uuCtz 反映了超靜孔壓的消散速度與孔壓沿豎向的分布有關(guān)反映了超靜孔壓的消散速度與孔壓沿豎向的分布有關(guān)是一線性齊次拋物型微分方程式，與熱傳導(dǎo)擴(kuò)散方程形是一線

39、性齊次拋物型微分方程式，與熱傳導(dǎo)擴(kuò)散方程形式上完全相同，一般可用分離變量方法求解式上完全相同，一般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(jié)方程，可得出只要給出定解條件，求解滲透固結(jié)方程，可得出u(z,tu(z,t) )tCAveAzCAzCtzu2)sincos(),(21F 滲透固結(jié)微分方程：滲透固結(jié)微分方程：5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論p 不透水不透水z排水面排水面Hzuu ：超靜孔壓：超靜孔壓z ：有效應(yīng)力：有效應(yīng)力p ：總附加應(yīng)力：總附加應(yīng)力u0：初始超靜孔壓：初始超

40、靜孔壓ou+ z =p u0=pzuz=p0t 0 z H:u=p t0z=0: u=0z=H: u z t 0 z H: u=0初始條件初始條件 邊界條件邊界條件5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論方程求解方程求解 邊界條件邊界條件p 不透水不透水z排水面排水面Hzuo2v2uuCtz 微分方程：微分方程： 初始條件和邊界條件初始條件和邊界條件5 , 3 , 1meH2zmsinm1p4u1mT4mt , zv22tHCT2vv 為無量綱數(shù)，稱為時(shí)間因數(shù)，為無量綱數(shù)，稱為時(shí)間因數(shù)，反映超反映超靜孔壓消散的程度也即固結(jié)的程度靜孔

41、壓消散的程度也即固結(jié)的程度 方程的解：方程的解：5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論方程求解方程求解 方程的解方程的解5 , 3 , 1meH2zmsinm1p4u1mT4mt , zv22滲流滲流z zu u0 0=p=p不透水不透水排水面排水面HTv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=F從超靜孔壓分布從超靜孔壓分布u-z曲線的曲線的移動(dòng)情況可以看出滲流固結(jié)移動(dòng)情況可以看出滲流固結(jié)的進(jìn)展情況的進(jìn)展情況Fu-z曲線上的切線斜率反映曲線上的切線斜率反映該點(diǎn)的水力梯度水流方向該點(diǎn)的水力梯度水流方向思考：思考：兩面排水時(shí)如

42、何計(jì)算？兩面排水時(shí)如何計(jì)算？5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論方程求解方程求解 固結(jié)過程固結(jié)過程 方程的解：方程的解：滲流滲流排水面排水面H滲流滲流z z排水面排水面HTv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u u0 0=p=p 雙面排水的情雙面排水的情況況u上半部和單面排水的上半部和單面排水的解完全相同解完全相同u下半部和上半部對稱下半部和上半部對稱5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 一維滲流固結(jié)理論一維滲流固結(jié)理論方程求解方程求解 固結(jié)過程固結(jié)過程5.5 5.5 飽和土體的滲流

43、固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 固結(jié)度的計(jì)算固結(jié)度的計(jì)算固結(jié)度的概念固結(jié)度的概念F一點(diǎn)一點(diǎn)M的固結(jié)度：的固結(jié)度：其有效應(yīng)力其有效應(yīng)力zt對總應(yīng)力對總應(yīng)力 z的比值的比值Uz,t=01：表征一點(diǎn)超靜孔表征一點(diǎn)超靜孔壓的消散程度壓的消散程度 dzdzu1dzdzUzt , zH0zH0t , zt總總應(yīng)應(yīng)力力分分布布面面積積有有效效應(yīng)應(yīng)力力分分布布面面積積zt , zzt , zzzzt , zu1uU zHzuoM z zUt=01：表征一層土超靜孔壓的消散程度表征一層土超靜孔壓的消散程度F一層土的平一層土的平均固結(jié)度均固結(jié)度F 平均固結(jié)度平均固結(jié)度U Ut t與沉降量與沉降量S St

44、t之間的關(guān)系之間的關(guān)系t時(shí)刻：時(shí)刻： SUStt 確定沉降過程也即確定沉降過程也即St的關(guān)鍵是確定的關(guān)鍵是確定Ut 確定確定Ut的核心問題是確定的核心問題是確定uz.t SSHe1adze1adzdzUt1z1t , zzt , zt總應(yīng)力分布面積總應(yīng)力分布面積有效應(yīng)力分布面積有效應(yīng)力分布面積 SSUtt固結(jié)度固結(jié)度等于等于t t時(shí)刻的沉降量時(shí)刻的沉降量與最終沉降量之比與最終沉降量之比5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 固結(jié)度的計(jì)算固結(jié)度的計(jì)算固結(jié)度的概念固結(jié)度的概念F 均布荷載單向排水均布荷載單向排水 H0zH0t , ztdzdzu1U 圖表解：圖表解：

45、P146P146，圖，圖4-264-26，曲線，曲線v22T4m1m22tem181U 一般解：一般解：v2T42te81U 近似解：近似解： 簡化解簡化解 1UU3T6 . 0U085. 0U1lg933. 0T6 . 0U4UTttvttvt2tv地基的平均固結(jié)度計(jì)算地基的平均固結(jié)度計(jì)算Ut是是Tv的單值函數(shù)，的單值函數(shù)，Tv可可反映固結(jié)的程度反映固結(jié)的程度5.5 5.5 飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土體的滲流固結(jié)理論 - - 固結(jié)度的計(jì)算固結(jié)度的計(jì)算0.00.20.40.0010.11時(shí)間因數(shù)時(shí)間因數(shù) T Tv v固結(jié)度固結(jié)度 U Ut t0.60.81.00.01不透水邊界不透水邊界透水邊界透水邊界滲滲流流1235.5 5.5 飽和土