土的壓縮與固結(jié)

1、.Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai Univerczity土的壓縮與固結(jié)土的壓縮與固結(jié).9-0 9-0 概概 述述 在附加應(yīng)力作用下，地基土將產(chǎn)生體積縮小，從而引起在附加應(yīng)力作用下，地基土將產(chǎn)生體積縮小，從而引起建筑物基礎(chǔ)的豎直方向的位移（或下沉）稱為建筑物基礎(chǔ)的豎直方向的位移（或下沉）稱為沉降沉降。體積變形土體變形形狀變形. 把飽和土體中由孔隙水來(lái)承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為把飽和土體中由孔隙水來(lái)承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為孔隙水應(yīng)力，常以孔隙水應(yīng)力，常以u(píng)表示。表示。wwhuANs把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。把通過

2、粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。u把孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力之和稱為總應(yīng)力。把孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力之和稱為總應(yīng)力。FSFSNSNS9-1 9-1 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理. A：Aw：As：土單元的截面積土單元的截面積顆粒接觸點(diǎn)的截面積顆粒接觸點(diǎn)的截面積孔隙水的截面積孔隙水的截面積SwSwA= A + AA= A + Auuu uuuu()sAAAA u(1)sAuAu)1 (aa9-1 9-1 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理.9-2 9-2 土的壓縮特性土的壓縮特性 壓縮壓縮：在外力作用下，土體體積縮小的現(xiàn)象。：在外力作用下，土體體積縮小的現(xiàn)象。一、土的壓縮與固結(jié)一、土的壓縮與固結(jié)在外力作用下，土

3、體體積為什么會(huì)縮小呢？在外力作用下，土體體積為什么會(huì)縮小呢？1、土粒本身和孔隙中水的壓縮變形；、土粒本身和孔隙中水的壓縮變形；2、孔隙氣體的壓縮變形；、孔隙氣體的壓縮變形；3、孔隙中的水和氣體有一部分向外排出。、孔隙中的水和氣體有一部分向外排出。固結(jié)：土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程。固結(jié)：土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程。.二、單向固結(jié)模型二、單向固結(jié)模型單向固結(jié)單向固結(jié)：飽和土體在某一壓力作用下，壓縮隨著孔隙水：飽和土體在某一壓力作用下，壓縮隨著孔隙水的逐漸向外排出而增長(zhǎng)。如果孔隙水只沿一個(gè)方向排出，的逐漸向外排出而增長(zhǎng)。如果孔隙水只沿一個(gè)方向排出，土的壓縮也只在一個(gè)方向發(fā)生（一般指豎直方向），此時(shí)土的壓

4、縮也只在一個(gè)方向發(fā)生（一般指豎直方向），此時(shí)的固結(jié)為單向固結(jié)。的固結(jié)為單向固結(jié)。9-2 9-2 土的壓縮特性土的壓縮特性 .0t t0 twph pphh 0h p附加應(yīng)力附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓超靜孔壓: u0 = z=p附加有效應(yīng)力附加有效應(yīng)力: :z=0附加應(yīng)力附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓超靜孔壓: 0 u p附加有效應(yīng)力附加有效應(yīng)力: :0 0 z =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 p = p )(p p = p )（三）現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求（三）現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求二、現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求二、現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求9-4 9-4 現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求

5、.cp0 0e e0 00 0. .4 42 2e eBCep p( (l lg g) ) 確定前期固結(jié)應(yīng)力確定前期固結(jié)應(yīng)力p pc c； 過過e e0 0 作水平線與作水平線與pc作用線交于作用線交于B B點(diǎn)。由假定點(diǎn)。由假定知，知，B B點(diǎn)必然位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上；點(diǎn)必然位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上； 以以0.42e0.42e0 0 在壓縮曲線上確定在壓縮曲線上確定C C點(diǎn)，由假定點(diǎn)，由假定知，知，C C點(diǎn)也位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上；點(diǎn)也位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上；土取出地面后體積不變土取出地面后體積不變，點(diǎn)（，點(diǎn)（e e0 0, p, p0 0）應(yīng)位于）應(yīng)位于原狀土的初始?jí)嚎s曲線上

6、；原狀土的初始?jí)嚎s曲線上； 0.42e 0.42e0 0時(shí)，土樣不受到擾動(dòng)影響。時(shí)，土樣不受到擾動(dòng)影響。b. b. 正常固結(jié)土正常固結(jié)土假定：假定：推求現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線：推求現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線： 通過通過B B、C C兩點(diǎn)的直線即為所求的原位壓兩點(diǎn)的直線即為所求的原位壓縮曲線。縮曲線。c00c00(p = p = p )(p = p = p )（三）現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求（三）現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求二、現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求二、現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求9-4 9-4 現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求 .cp0 0e e0 00 0. .4 42 2e eBCep p( (l lg g) )c. c. 欠固結(jié)土欠固結(jié)土

7、c00c00(p = p p )(p = p p )0 0p p假定假定 土取出地面后體積不變，即（土取出地面后體積不變，即（e e0 0,p,pc c）在原位）在原位 壓縮曲線上；壓縮曲線上； 0.42e 0.42e0 0處的土與原狀土一致，不受擾動(dòng)影響。處的土與原狀土一致，不受擾動(dòng)影響。現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求 確定確定p pc c的作用線；的作用線； 過過e e0 0作水平線與作水平線與 p pc c作用線交于作用線交于B B點(diǎn)；點(diǎn)； 過過B B和和C C點(diǎn)作直線即為原位壓縮曲線。點(diǎn)作直線即為原位壓縮曲線。 過過0.42e0.42e0 0 作水平線與作水平線與e-lgpe-l

8、gp曲線交于點(diǎn)曲線交于點(diǎn)C C；（三）現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求（三）現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求二、現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求二、現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求9-4 9-4 現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求 .基本假定：基本假定：土是均質(zhì)、各向同性且飽和的；土是均質(zhì)、各向同性且飽和的；土粒和孔隙水是不可壓縮的，土的壓縮完全由孔隙體土粒和孔隙水是不可壓縮的，土的壓縮完全由孔隙體積的減小引起；積的減小引起；土的壓縮和固結(jié)僅在豎直方向發(fā)生；土的壓縮和固結(jié)僅在豎直方向發(fā)生；孔隙水的向外排出符合達(dá)西定律，土的固結(jié)快慢決定孔隙水的向外排出符合達(dá)西定律，土的固結(jié)快慢決定于它的滲透速度；于它的滲透速度；在整個(gè)固結(jié)過程中，土的滲透系數(shù)、壓縮

9、系數(shù)等均為在整個(gè)固結(jié)過程中，土的滲透系數(shù)、壓縮系數(shù)等均為常數(shù)；常數(shù)；地面上作用著連續(xù)均布荷載并且是一次施加的。地面上作用著連續(xù)均布荷載并且是一次施加的。9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）單向固結(jié)理論）單向固結(jié)理論.不透水層不透水層粘土層粘土層地面地面p砂土層砂土層dzzdqq +dzdzq1 1 VVdVm ddzm ddzqqdQqdz dtqdtdzdtzzudd pududtt dVdQVudVmdtdztVuqmtzz00wt = 0,h = uh hd dh h = =d dz zz z

10、w wh h = = u u0t0t9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）單向固結(jié)理論）單向固結(jié)理論H.9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）單向固結(jié)理論）單向固結(jié)理論1 1whkuqvkikzz Vuqmtz22Vwwukukumtzzz 2222VwVukuuCtmzz11VwVwvkekCma固結(jié)系數(shù)固結(jié)系數(shù)不透水層不透水層不透水層不透水層粘土層粘土層地面地面地面地面p p砂土層砂土層dzzdzzdzz

11、dqq +dzdzdqq +dzdzq qz00wt = 0,h= u00wt = 0,h= uh hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0th hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0tH.9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）單向固結(jié)理論）單向固結(jié)理論22VuuCtz000及時(shí)， tzHu224141sin1,3,52vmTmm zupemmH2vvC tTH不透水層不透水層不透水層不透水層粘土層粘土層地面地面地面地面p p砂土層砂土層dzzdzzd

12、zzdqq +dzdzdqq +dzdzq qz00wt = 0,h= u00wt = 0,h= uh hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0th hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0tH000及時(shí)，tzHup000,00，故， uzHqtzzu時(shí)間因數(shù)時(shí)間因數(shù).一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）單向固結(jié)理論）單向固結(jié)理論224141sin1,3,52vmTmm zupemmH2vvC tTH不透水層不透水層不透水層不透水層粘土層粘土層地面地面地面地面p p砂土層砂土層dzzdzzdzzdqq +dzdzdqq +dzdzq qz

13、00wt = 0,h= u00wt = 0,h= uh hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0th hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0tH時(shí)間因數(shù)時(shí)間因數(shù) 為最大排水距離，在單為最大排水距離，在單面排水條件下為土層厚度，面排水條件下為土層厚度，雙面排水條件下為土層厚度雙面排水條件下為土層厚度的一半。的一半。H9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 .固結(jié)度固結(jié)度：在某一附加應(yīng)力下，經(jīng)某一時(shí)間：在某一附加應(yīng)力下，經(jīng)某一時(shí)間t后，土體發(fā)生后，土體發(fā)生 固結(jié)或孔隙水應(yīng)力消散的程度。固結(jié)或孔隙水應(yīng)力

14、消散的程度。二、二、 固結(jié)度及其應(yīng)用固結(jié)度及其應(yīng)用某一點(diǎn)的固結(jié)度某一點(diǎn)的固結(jié)度0001zuuuUuu 平均固結(jié)度平均固結(jié)度000000011HHHzHHHudzudzdzUu dzpdzpdz00011000111111HHvvHzzztHHHvvaadzdzdzSeeUaaSpdzpdzpdzee單向單向固結(jié)固結(jié)9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 .附加應(yīng)力（沿豎向）均勻分布附加應(yīng)力（沿豎向）均勻分布 00Hu dzpH2242218111,3,5vmTmUemm 224141sin1,3,52vmTmm zupemmH平均固結(jié)度平均固結(jié)度

15、001HHudzUpdz二、二、 固結(jié)度及其應(yīng)用固結(jié)度及其應(yīng)用9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 . 土層的平均固結(jié)度是土層的平均固結(jié)度是時(shí)間因數(shù)時(shí)間因數(shù)T Tv v的單值函數(shù)，它的單值函數(shù)，它與所加與所加的附加應(yīng)力的大小無(wú)關(guān)的附加應(yīng)力的大小無(wú)關(guān)，但，但與附加應(yīng)力的分布形態(tài)與附加應(yīng)力的分布形態(tài)有關(guān)。有關(guān)。zz 定義為定義為透水面上的附加應(yīng)力與不透水面上附加應(yīng)力透水面上的附加應(yīng)力與不透水面上附加應(yīng)力之比。之比。 2242218111,3,5vmTmUemm 反映附加應(yīng)力分布形態(tài)的參數(shù)反映附加應(yīng)力分布形態(tài)的參數(shù) ：二、二、 固結(jié)度及其應(yīng)用固結(jié)度及

16、其應(yīng)用9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 .情況情況1，其附加應(yīng)力隨深度呈逐漸增大的正三角形分布。其初始條件為，其附加應(yīng)力隨深度呈逐漸增大的正三角形分布。其初始條件為：當(dāng)：當(dāng)t=0時(shí)，時(shí)，0zHzH， 。Hzuz/0 221(21)433132( 1)11,2,3(21)vnnTnUenn = = 1 1z z z z = = 0 0 1 1 1 1 = 0= 0實(shí)踐背景：實(shí)踐背景：H H小，小，p p大大大面積堆載大面積堆載自重應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力附加應(yīng)力自重應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力附加應(yīng)力壓縮土層底面的附壓縮土層底面的附加應(yīng)力還不接近零加應(yīng)力

17、還不接近零應(yīng)力分布：應(yīng)力分布：01423基本情況：基本情況：不透水邊界不透水邊界透水邊界透水邊界二、二、 固結(jié)度及其應(yīng)用固結(jié)度及其應(yīng)用9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 .= = 1 1z z z z = = 0 0 1 1 1 1 = 0= 0實(shí)踐背景：實(shí)踐背景：H H小，小，p p大大大面積堆載大面積堆載自重應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力附加應(yīng)力自重應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力附加應(yīng)力壓縮土層底面的附加壓縮土層底面的附加應(yīng)力還不接近零應(yīng)力還不接近零應(yīng)力分布：應(yīng)力分布：01423基本情況：基本情況：不透水邊界不透水邊界透水邊界透水邊界二、二、 固結(jié)度及其應(yīng)用固結(jié)度及其應(yīng)用1)1 (2TRUUU9-5 9-5 地基沉降與時(shí)間關(guān)系地基沉降與時(shí)間關(guān)系 土的單向固結(jié)理論土的單向固結(jié)理論 .（1）已知土層的最終沉降量）已知土層的最終沉降量S，求某一固結(jié)歷時(shí)，求某一固結(jié)歷時(shí)t已完成的已完成的沉降沉降SttTv=Cvt/H2v vt, (T )t, (T )U USt=Ut S4-6 4-6 地基