國海洋大學(xué)《土力學(xué)與地基》課件-第4章

中國海洋大擎土木工程系必修課程環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第四章：土的壓縮性與地基沉降計(jì)算由側(cè)限壓縮試驗(yàn)整理得到的三條常用曲線先期固結(jié)壓力一維壓縮性及其指標(biāo)指標(biāo)名稱定義曲線E?側(cè)限壓縮模量e-p曲線體積壓縮系數(shù)a壓縮系數(shù)e-p曲線壓縮指數(shù)e-lg(p)曲線回彈指數(shù)側(cè)限壓縮試驗(yàn)指標(biāo)匯總?cè)缤翆赢?dāng)前承受的自重■超固結(jié)比：OCR=1:正常固結(jié)OCR>1:超固結(jié)先期固結(jié)壓力正常固結(jié)土的原位壓縮曲線：直線正常固結(jié)土初始?jí)嚎s曲線AB:沉積過程，到B點(diǎn)應(yīng)BC:取樣過程，應(yīng)力減小，先期固結(jié)壓力為σpCD:壓縮試驗(yàn)曲線，開后段趨近原位壓縮曲線近發(fā)生轉(zhuǎn)折，據(jù)此可先期固結(jié)壓力1.在e-1gp曲線上，找出曲率半徑最小點(diǎn)m2.作水平線m13.作m點(diǎn)切線m24.作m1,m2的角分線m35.m3與試驗(yàn)曲線的直線段交于點(diǎn)B6.B點(diǎn)對(duì)應(yīng)于先期固結(jié)壓原狀土的原位壓縮曲線：客觀存在的，無法直接得到原狀土的原位再壓縮曲線：p(lg)客觀存在的，無法直接得到p(lg)原位壓縮及原位再壓縮曲線●取樣后不回彈，即土樣取出后孔隙比保持不●壓縮指數(shù)Cc和回彈指數(shù)Ce為常數(shù)●試驗(yàn)曲線上的0.42e?點(diǎn)不受到擾動(dòng)影響，未受擾動(dòng)的原位初始?jí)嚎s曲線也應(yīng)相交于該點(diǎn)原位初始?jí)嚎s曲線的推求①不同擾動(dòng)程度試樣的室內(nèi)壓縮曲線對(duì)正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力(e?,σ)位于原位壓縮曲線上通過B、C兩點(diǎn)的直線即為所求正常固結(jié)土原位壓縮曲線的推求壓縮曲線上以0.42e?在壓縮曲線上確定C壓縮曲線超固結(jié)土原位再壓縮曲線的推求e-p曲線先期固結(jié)壓力原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線第四章：土的壓縮性與地基沉降計(jì)算初始瞬時(shí)沉降S?:在不排水條件下，由剪應(yīng)變引起側(cè)向變形導(dǎo)致壓消散導(dǎo)致的沉降，通常是地基變形的主要部分次固結(jié)沉降S,:由于土骨架的蠕變特性引起的變形黏性地基的沉降類型可壓縮層不可壓縮層!為基礎(chǔ)的分層總和法地基的最終沉降量計(jì)算單一土層一維壓縮問題地基最終沉降量分層總和法地基沉降計(jì)算的若干問題地基的最終沉降量計(jì)算§4.4§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-單一土層See,H=e,HeKY?xxRRRxKXT*K*1單一土層一維壓縮問題■計(jì)算公式：e-Igp曲線可使用推定的原位壓和再壓縮曲線可考慮土層的應(yīng)力歷史，區(qū)分正常固結(jié)土和超固結(jié)土分別進(jìn)行計(jì)算單一土層一維壓縮問題§4.4§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-單一土層可使用推定的原位壓縮曲線的C.值進(jìn)行計(jì)算：單一土層一維壓縮問題§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-單一土層§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-單一土層可使用推定的原位壓縮和再壓單一土層一維壓縮問題§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-分層總和法■施工步驟基底基底加載，基礎(chǔ)底面再壓縮基坑回填：基礎(chǔ)土層重加載，基礎(chǔ)地面再壓縮建筑物施工：基礎(chǔ)土層壓縮沉降地基最終沉降量分層總和法§4.4§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-分層總和法情況1:不考慮地基回彈情況2:考慮地基回彈 已知：地基各土層的壓縮曲線→原狀土壓縮曲線地基最終沉降量分層總和法§4.4§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-不考慮回彈1.原地基自重應(yīng)力分布o(jì)SZ·0從地面算起；引起地基最終沉降量分層總和法28§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-不考慮回彈■計(jì)算步驟-情況1地面p4.確定計(jì)算深度znpYydi!P?ydi!P?0G0S(△Z算深度地基最終沉降量分層總和法29§4.4§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-不考慮回彈■計(jì)算步驟-情況1降量計(jì)算方法計(jì)算地基最終沉降量分層總和法30§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-分層總和法■結(jié)果修正○參數(shù)為常數(shù)S導(dǎo)致S的計(jì)算誤差，如：②側(cè)限壓縮使計(jì)算值偏?、鄣鼗痪鶆蛐詫?dǎo)致的誤差等軟黏土(應(yīng)力集中)硬黏土(應(yīng)力擴(kuò)散)地基最終沉降量分層總和法§4.4§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-分層總和法基底附加應(yīng)力EEE、EA,●),Z●Z)fi:地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)!土質(zhì)軟硬有關(guān)與基底附加應(yīng)力地基最終沉降量分層總和法§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-分層總和法②應(yīng)力分布③沉降計(jì)算④結(jié)果修正·建筑基礎(chǔ)(形狀、大小、重量、埋深)·地基各土層的壓縮曲線→原狀土壓縮曲線確定分層界面分層總和法要點(diǎn)小結(jié)§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-黏性地的沉降計(jì)算§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-黏性地的沉降計(jì)算初始瞬時(shí)沉降S,取決于剪切變形主固結(jié)沉降S,取決于滲透固結(jié)過程，通常是地基變形的主要部分次固結(jié)沉降Ss,取決于土骨架的蠕變變形黏性地基的沉降量計(jì)算§4.4地基的最終沉降量計(jì)算-分層總和法評(píng)價(jià)可計(jì)算成層地基可計(jì)算不同形狀基礎(chǔ)-條性、矩形和園形等可計(jì)算不同基底壓力分布-均勻、三角和梯形分布參數(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)修正分層總和法的評(píng)價(jià)①原蘇聯(lián)①歐美②無法確定現(xiàn)場土壓縮曲線②可判定原狀土壓縮曲線③區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài)③區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài)④計(jì)算結(jié)果偏小分層總和法的評(píng)價(jià)第四章：土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性測試方法√一維壓縮性及其指標(biāo)√地基的最終沉降量計(jì)算√日本關(guān)西國際機(jī)場20年后日期平均關(guān)西國際機(jī)場p可壓縮層不可壓縮層問題：固結(jié)沉降的速度和程度?超靜孔隙水壓力的大小?S一維滲流固結(jié)飽和土體的滲流固結(jié)理論飽和土一維滲流固結(jié)理論(Terzaghi滲流固結(jié)理論)固結(jié)度的計(jì)算有關(guān)沉降-時(shí)間的工程問題固結(jié)系數(shù)的測定飽和土體的滲流固結(jié)理論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Terzaghi教授于20世紀(jì)20年代提出飽和土的一維滲透固結(jié)理論物理模型-太沙基一維滲透固結(jié)模型·數(shù)學(xué)模型-滲透固結(jié)微分方程方程求解-理論解答·固結(jié)程度一固結(jié)度的概念一維滲流固結(jié)理論§4.5§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-一維固結(jié)理論飽和壓縮層不透水巖層側(cè)限狀態(tài)的簡化模型p處于側(cè)限狀態(tài)，滲流和土體的變處于側(cè)限狀態(tài)，滲流和土體的變形只沿豎向發(fā)生Terzaghi一維滲流固結(jié)模型土體的固結(jié)物理模型pp彈簧孔隙水水體排水頂面Terzaghi一維滲流固結(jié)模型Terzaghi一維滲流固結(jié)模型基本假定◆基本變量1.土層是均質(zhì)且完全飽和2.土顆粒與水不可壓縮3.水的滲出和土層壓縮只沿豎向發(fā)生4.滲流符合達(dá)西定律且滲透系數(shù)保持不變6.荷載均布，瞬時(shí)施加，總應(yīng)力不隨時(shí)間變化已知已知超靜孔隙水壓 土層超靜孔壓是z和t的函數(shù)，滲流固結(jié)的過程取決于土層可壓縮性(總排水量)和滲透性(滲透速度)OOU§4.5§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-一維固結(jié)理論微小單元(1×1×dz)土骨架的體積變化=流入流出水量差滲流固結(jié)基本方程孔隙體積的變化=流出的水量孔隙體積的變化=流出的水量孔隙體積的變化=流出的水量孔隙體積的變化=流出的水量達(dá)西定律：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a土的壓縮性：a有效應(yīng)力原理：§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-一維固結(jié)理論§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-一維固結(jié)理論U◆C,反映土的固結(jié)特性：孔壓消散的快慢一固結(jié)速度◆C,數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；◆單位：cm2/s;m2/year,黏性土一般在10?cm2/s量級(jí)§4.5§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-一維固結(jié)理論·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偏微分方程式，與熱傳導(dǎo)擴(kuò)散方程形式方程求解-解題思路§4.5§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-一維固結(jié)理論初始條件人人m七m2H為無量綱數(shù)，稱為時(shí)間因數(shù)，反映超靜孔壓消散的程度也即固結(jié)的程度方程求解-方程的解●方程的解：排水面思考：兩面排水時(shí)如何計(jì)算?方程求解-固結(jié)過程解完全相同◆下半部和上半部對(duì)稱排水面方程求解-固結(jié)過程§4.5§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-固結(jié)度計(jì)算其有效應(yīng)力σ#*KKrxRT層土的平均固結(jié)度§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-固結(jié)度計(jì)算§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-固結(jié)度計(jì)算固結(jié)度等于t時(shí)刻的沉隆量與最終沉降量之比固結(jié)度的概念§4.5§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-固結(jié)度計(jì)算均布荷載單向排水§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-固結(jié)度計(jì)算§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-固結(jié)度計(jì)算■U;土層固結(jié)的快慢→T,的單值函數(shù)k土層厚度(最大滲徑),平方地基的平均固結(jié)度計(jì)算§4.5§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-工程問題求某一時(shí)刻t的固結(jié)度與沉降量求達(dá)到某一固結(jié)度所需要的時(shí)間根據(jù)前一階段測定的沉降-時(shí)間曲線，推算以后的沉降一時(shí)間關(guān)系有關(guān)沉降一時(shí)間的工程問題§4.5§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-工程問題固結(jié)度與沉降量tte有關(guān)沉降一時(shí)間的工程問題§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-工程問題■求達(dá)到某一沉降量(固結(jié)度)所需要的時(shí)間從U,查表(計(jì)算)確定T,tt有關(guān)沉降一時(shí)間的工程問題公式計(jì)算a,β§4.5飽和土體的滲流固結(jié)理論-工程問題■根據(jù)前一階段測定的沉降-時(shí)間曲線，推算以后的沉降一時(shí)間關(guān)系有關(guān)沉降一時(shí)間的工程問題大，固結(jié)越快，確定方法有四種：直接測量法·時(shí)間平方根法—經(jīng)驗(yàn)方法·時(shí)間對(duì)數(shù)法—經(jīng)驗(yàn)方法固結(jié)系數(shù)確定方法C,在較大的應(yīng)力范圍內(nèi)接近常數(shù)精度較低