地基沉降計算飽和黏性土的一維固結(jié)沉降

2.2地基沉降計算2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)2.2.3地基最終沉降量計算2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降一、土的壓縮性1、土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性。壓縮量的組成：固體顆粒的壓縮土中水的壓縮空氣的排出水的排出占總壓縮量的1/400不到，忽略不計。壓縮量主要組成部分。2、土的壓縮性主要有兩個特點：(1)土的壓縮主要是由于孔隙體積減少而引起的。

2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降一、土的壓縮性(2)粘性土的壓縮會隨時間而增長，這個隨時間而增長的過程就稱為土的固結(jié)。無粘性土粘性土透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降一、土的壓縮性

3、沉降在建筑物荷載作用下，地基土主要由于壓縮而引起的豎直方向的位移。引起沉降的自重應(yīng)力作用，附加應(yīng)力作用，黃土遇水濕陷，大面積抽水等。由于土壓縮性的兩個特點，因此研究建筑物地基沉降包含兩方面的內(nèi)容：

(1)絕對沉降量(最終沉降)；(2)沉降與時間的關(guān)系。2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降二、有效應(yīng)力原理飽和土體受到的總應(yīng)力始終等于有效應(yīng)力

和孔隙水壓力u之和，即：土體的應(yīng)力按土體中的土骨架和土中孔隙(水、氣)的應(yīng)力承擔(dān)作用原理或應(yīng)力傳遞方式可分為有效應(yīng)力和孔隙應(yīng)力。對飽和土來說，孔隙完全被水填充，是二相體系，孔隙應(yīng)力就是孔隙水壓力。2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降三、飽和黏性土單向滲透固結(jié)飽和土在受到外荷載作用時，孔隙中的自由水隨時間而逐漸從孔隙中緩慢排除，土體體積逐漸減小，這一過程稱為滲透固結(jié)。對于黏性土，特別是飽和黏土地基，是黏粒在靜水或流動非常緩慢的水中沉積而形成的，其間通常還伴隨著化學(xué)反應(yīng)，所形成的土層具有強度低、壓縮性高、滲透性差的特點。2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降三、飽和黏性土單向滲透固結(jié)(1)單向滲透固結(jié)模型太沙基為研究土的固結(jié)問題提出了單向滲透固結(jié)模型來模擬現(xiàn)場土層中一點的固結(jié)過程，如圖所示。2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降三、飽和黏性土單向滲透固結(jié)(2)一維(單向)滲透固結(jié)理論一維固結(jié)是指土中孔隙水的滲流和土的壓縮變形只沿豎直方向發(fā)生。在實際工程中，大面積均布荷載下壓縮層地基，如果頂面或底面有透水層，則可視為一維固結(jié)。2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降三、飽和黏性土單向滲透固結(jié)(2)一維(單向)滲透固結(jié)理論一維固結(jié)理論的基本假設(shè)如下：1)地基土是均質(zhì)、各向同性和完全飽和的。2)土的壓縮完全是由于孔隙體積的減小而引起的，土粒和孔隙水是不可壓縮的。3)土層的壓縮和孔隙水的滲流只沿豎向發(fā)生，側(cè)向既不變形也不排水，是單向的。4)土中水的滲流服從達西定律，且土的滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a在整個固結(jié)過程中保持不變。5)外荷載是連續(xù)均布、一次瞬時施加的。

2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降三、飽和黏性土單向滲透固結(jié)(2)一維(單向)滲透固結(jié)理論飽和黏性土的一維滲透固結(jié)2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降三、飽和黏性土單向滲透固結(jié)(2)一維(單向)滲透固結(jié)理論太沙基一維固結(jié)微分方程為：其中：Cv稱為豎向固結(jié)系數(shù)(m2/年或cm2/年)，它綜合反映了土的壓縮及滲透性，由室內(nèi)壓縮試驗確定。2.2.1飽和黏性土的一維固結(jié)沉降三、飽和黏性土單向滲透固結(jié)(3)固結(jié)度

固結(jié)度U是指土層在固結(jié)過程中，某一時刻t的沉降量與土層最終沉降量的比值。即：

式中St——基礎(chǔ)在某一時刻t的沉降量；S——基礎(chǔ)最終沉降量。2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)土的壓縮性高低，常用壓縮性指標(biāo)定量表示。壓縮性指標(biāo)，通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，進行室內(nèi)壓縮試驗測定。室內(nèi)固結(jié)試驗現(xiàn)場原位試驗（荷載試驗、旁壓試驗）2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)一、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗室內(nèi)側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀）環(huán)刀內(nèi)徑通常有6.18cm和8cm兩種，截面積為30cm2和50cm2，高度為2cm。1、試驗儀器2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗2、試驗步驟

（1）土樣切?。河铆h(huán)刀切取鉆探取得的保持天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，由于地基沉降主要與土豎直方向的壓縮性有關(guān)，且土是各向異性的，所以切土方向應(yīng)與土天然狀態(tài)時的垂直方向一致。2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗2、試驗步驟（2）壓縮試驗加荷：常規(guī)加荷等級p為：50、100、200、300、400kPa。每一級荷載要求恒壓24小時或當(dāng)在1小時內(nèi)的壓縮量不超過0.005mm時，認(rèn)為變形已經(jīng)穩(wěn)定，并測定穩(wěn)定時的總壓縮量ΔH，這稱為慢速壓縮試驗法。*高壓固結(jié)加荷等級p為：500、600、700kPa…。*快速壓縮試驗法：實際工程中，為減少室內(nèi)試驗工作量，每級荷載恒壓1～2小時測定其壓縮量，在最后一級荷載下才壓縮到24小時。土樣切取2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗2、試驗步驟2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗3、試驗原理土的壓縮試驗原理（1）壓縮前體積為：（2）壓縮后體積為：（3）整理可得：2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗3、試驗原理（4）結(jié)合上述三式得：2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗3、試驗原理（5）同理，各級壓力pi作用下土樣壓縮穩(wěn)定后相應(yīng)的孔隙比ei為：——各級荷載作用下的土樣變形量的累計值。

2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗4、壓縮曲線2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗5、壓縮指標(biāo)（1）壓縮系數(shù)a設(shè)壓力由p1增至p2，相應(yīng)的孔隙比由e1減小到e2，當(dāng)壓力變化范圍不大時，可將M1M2一小段曲線用割線來代替，用割線M1M2的斜率來表示土在這一段壓力范圍的壓縮性，即：

土的壓縮系數(shù)不是常數(shù)，壓縮系數(shù)與土所受的荷載大小有關(guān)。為了便于比較，

《規(guī)范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評價土的壓縮性。

a1-2＜0.1MPa-1

低壓縮性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1

中壓縮性土

a1-2≥0.5MPa-1

高壓縮性土2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)（1）壓縮系數(shù)a二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗5、壓縮指標(biāo)（2）壓縮指數(shù)Cc當(dāng)壓力較大時，e-lgp曲線接近直線。將e-lgp曲線直線段的斜率用Cc來表示，稱為壓縮指數(shù)。2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)二、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗5、壓縮指標(biāo)（3）壓縮模量Es根據(jù)e-p曲線，可以得到另一個重要的側(cè)限壓縮指標(biāo)—側(cè)限壓縮模量，簡稱壓縮模量，用Es來表示。其定義為：土在完全側(cè)限條件下豎向應(yīng)力增量Δp與相應(yīng)的應(yīng)變增量Δε的比值：土的壓縮模量也不是常數(shù)，與壓縮系數(shù)a一致，通常采用壓力段由p1=100kPa增加到p2=200kPa時的壓縮模量a1-2來評定土的壓縮性如下：時，為高壓縮性土

時，為中等壓縮性土?xí)r，為低壓縮性土（3）壓縮模量Es2.2.2土的壓縮實驗和土的壓縮性指標(biāo)2.2.3地基最終沉降量計算一、概念地基的最終沉降量：是指地基在建筑物等其它荷載作用下，地基變形穩(wěn)定后的基礎(chǔ)底面的沉降量。建筑物基礎(chǔ)的總沉降量應(yīng)為上述三部分之和，即：瞬時沉降固結(jié)沉降次固結(jié)沉降2.2.3地基最終沉降量計算二、沉降計算原理與方法計算基礎(chǔ)的沉降，常將基礎(chǔ)下地基中各土層的壓縮量累加起來求解。2.2.3地基最終沉降量計算二、沉降計算原理與方法1、瞬時沉降計算用彈性理論，用布辛奈斯克解答。ω0

沉降影響系數(shù)Eu不排水條件下剪切變形模量2.2.3地基最終沉降量計算二、沉降計算原理與方法2、固結(jié)沉降計算（1）分層總和：2.2.3地基最終沉降量計算二、沉降計算原理與方法（2）用e-p曲線求沉降量用土層的自重應(yīng)力及自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和查e1與e2。2、固結(jié)沉降計算能求得壓縮系數(shù)a、壓縮模量Es、體積壓縮系數(shù)mv時。2.2.3地基最終沉降量計算三、單向壓縮分層總和法

為了彌補假定所引起誤差，取基底中心點下的附加應(yīng)力進行計算，以基底中點的沉降代表基礎(chǔ)的平均沉降。1、基本假設(shè)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應(yīng)力。在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變形，可采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)。2.2.3地基最終沉降量計算三、單向壓縮分層總和法2、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)均布荷載，豎向應(yīng)力增加，孔隙比相應(yīng)減小，土層產(chǎn)生壓縮變形，沒有側(cè)向變形。2.2.3地基最終沉降量計算三、單向壓縮分層總和法3、定義：

先將地基土分為若干土層，各土層厚度分別為h1，h2，h3，…，hn。計算每層土的壓縮量s1，s2，s3，…，sn。然后累計起來，即為總的地基沉降量s。2.2.3地基最終沉降量計算三、單向壓縮分層總和法4、計算原理2.2.3地基最終沉降量計算三、單向壓縮分層總和法4、計算原理p1=自重應(yīng)力p2=自重應(yīng)力+附加應(yīng)力p1p2e2e1ep2.2.3地基最終沉降量計算三、單向壓縮分層總和法5、計算步驟（1）地基土分層1)不同土層的分界面與地下水位面為天然層面；2)每層厚度hi≤0.4b，或1~2m。2.2.3地基最終沉降量計算三、單向壓縮分層總和法5、計算步驟（2）計算地基土的自重應(yīng)力，并按一定比例繪制自重應(yīng)力分布圖(自重應(yīng)力從地面算起)。2.2.3地基最終沉降量計算5、計算步驟（3）計算基底壓力和基底附加壓力，基底附加壓力p0等于基底壓力減去基礎(chǔ)埋深(d)以內(nèi)土所產(chǎn)生的自重應(yīng)力。三、單向壓縮分層總和法2.2.3地基最終沉降量計算5、計算步驟（4）計算地基中的附加應(yīng)力，并按與自重應(yīng)力同一比例繪制附加應(yīng)力的分布圖形。三、單向壓縮分層總和法2.2.3地基最終沉降量計算5、計算步驟（5）確定壓縮土層最終計算深度zn。1)一般σz=0.2σc

2)在σz=0.2σc下土的