太沙基一維固結(jié)理論.ppt

第四節(jié) 飽和粘性土地基 沉降與時間關(guān)系,飽和粘性土地基在建筑物荷載作用下要經(jīng)過相當(dāng)時間長才能達(dá)到最終沉降（滲透性差，變形時間長）,碎石土和砂土的壓縮性很小，滲透性大，因此受力后固結(jié)穩(wěn)定所需要的時間短。,飽和粘性土地基在建筑物荷載作用下要經(jīng)過相當(dāng)長時間才能達(dá)到最終沉降，不是瞬時完成的。 為了建筑物的安全與正常使用，對于一些重要或特殊的建筑物應(yīng)在工程實踐和分析研究中掌握沉降與時間關(guān)系的規(guī)律性，這是因為較快的沉降速率對于建筑物有較大的危害。,例如，在第四紀(jì)一般粘性土地區(qū)，一般的四、五層以上的民用建筑物的允許沉降僅10 cm左右，沉降超過此值就容易產(chǎn)生裂縫；而沿海軟土地區(qū)，沉降的固結(jié)過程很慢，建筑物能夠適應(yīng)于地基的變形。因此，類似建筑物的允許沉降量可達(dá)20 cm甚至更大。,碎石土和砂土的壓縮性小而滲透性大，在受荷后固結(jié)穩(wěn)定所需的時間很短，可以認(rèn)為在外荷載施加完畢時，其固結(jié)變形就已經(jīng)基本完成。飽和粘性土與粉土地基在建筑物荷載作用下需要經(jīng)過相當(dāng)長時間才能達(dá)到最終沉降，例如厚的飽和軟粘土層，其固結(jié)變形需要幾年甚至幾十年才能完成。因此，工程中一般只考慮粘性土和粉土的變形與時間的關(guān)系。,一、飽和土的滲流固結(jié) 二、太沙基一維固結(jié)理論 太沙基（KTerzaghi，1925）一維固結(jié)理論可用于求解一維有側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)下，飽和粘性土地基受外荷載作用發(fā)生滲流固結(jié)過程中任意時刻的土骨架及孔隙水的應(yīng)力分擔(dān)量，如大面積均布荷載下薄壓縮層地基的滲流固結(jié)等。,1.基本假設(shè) l）土是均質(zhì)的、完全飽和的； 2）土粒和水是不可壓縮的； 3）土層的壓縮和土中水的滲流只沿豎 向發(fā)生，是單向（一維）的； 4）土中水的滲流服從達(dá)西定律，且土 的滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a在滲流過程 中保持不變； 5）外荷載是一次瞬時施加的。,2.一維固結(jié)微分方程 考察土層頂面以 下Z深度的微元體 dxdydz在dt時間內(nèi)的變化,連續(xù)性條件 dt時間內(nèi)微元體內(nèi)水量的變化應(yīng)等于微元體內(nèi)空隙體積的變化,q單位時間內(nèi)流過單位水平橫截面積 的水量,時間內(nèi)微元體內(nèi)空隙的體積 的變化為：,由 得,1,（2）根據(jù)達(dá)西定律：,式中：I水頭梯度； h超靜水頭 u超孔隙水壓力,2,（3）根據(jù)側(cè)限條件下孔隙比的變化與豎向有效應(yīng)力變化的關(guān)系（基本假設(shè)）得到：,由,（4）根據(jù)有效應(yīng)力原理： 上式推導(dǎo)中利用了在一維固結(jié)過程中任一點豎向總應(yīng)力 不隨時間而變的條件,3,將2及式3帶入1中可以得到 令 得,上式即為太沙基一維固結(jié)微分方程，其中CV稱為土的豎向固結(jié)系數(shù),初始條件和邊界條件如下：,應(yīng)用傅立葉級數(shù)，可求得滿足初始條件和邊界條件的解答如下：,在某一固結(jié)應(yīng)力作用下，經(jīng)某一時間t后，土體發(fā)生固結(jié)或孔隙水應(yīng)力消散的程度,某建筑物地基中有一厚為6.1m的正常固結(jié)粘性土層，該層上下面均為排水砂層，在建筑物荷載作用下，設(shè)該層附加應(yīng)力為均勻分布，其值為9t/m2，由試驗得Cv=1.210-3cm2/sec，試求多少天內(nèi)建筑物的固結(jié)沉降量為最終固結(jié)沉降量的一半？,解：,得：,由,可得：,即 在181.6天內(nèi)建筑物的固結(jié)沉降量為最終沉降量的一半。,由,試簡述如何用固結(jié)理論求解下列兩種課題的步驟：（1）已知歷時求沉降量；（2）估算達(dá)到某沉降量的歷時。,答:,(1) 已知歷時求沉降量的步驟,a 估計該土層的最終沉降量S；,b 計算該土層的豎向固結(jié)系數(shù),c 計算豎向固結(jié)時間因數(shù),(2)估計達(dá)到某沉降量的歷時,c 計算豎向固結(jié)系數(shù),地基沉降發(fā)展三分量,初始沉降（瞬時沉降）Sd,土體在附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生的瞬時變形,固結(jié)沉降Sc,飽和與接近飽和的粘性土在荷載作用下隨著超靜孔隙水壓力的消散土中孔隙水的排出土骨架產(chǎn)生變形所造成的沉降(固結(jié)壓密),次固結(jié)沉降Ss,主固結(jié)過程(超靜孔隙水壓力消散過程)結(jié)束后，在有效應(yīng)力不變的情況下，土的骨架仍隨時間繼續(xù)發(fā)生變形,土的性質(zhì)對沉降的影響,砂土地基,初始沉降是主要的，排水固結(jié)變 形在荷載作用后很快完成,飽和軟粘土地基,固結(jié)沉降是主要的， 需要很長時間才能完成,沉降計算方法,初始沉降,采用彈性理論求解,固結(jié)沉降,根據(jù)固結(jié)確定試驗參數(shù)，采用分層總和法求解,次結(jié)沉降,根據(jù)蠕變試驗確定參數(shù)， 采用分層總和法求解,次固結(jié)變形定義,次固結(jié)變形為主固結(jié)變形完成后，土體的