第6章 地基變形計(jì)算

1、Nanjing University of Technology 建筑物通過基礎(chǔ)將荷荷載傳給地基，在地基內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力和變形，從而引起建筑物基礎(chǔ)的沉降。 土體受力后引起的變形可分為體積變形體積變形和剪切變形剪切變形。體積變形體積變形 主要由正應(yīng)力引起，它只會使土體壓密、體積縮小，但不會導(dǎo)致 土體破壞。剪切變形剪切變形 主要由剪應(yīng)力引起，當(dāng)剪應(yīng)力超過一定限度時(shí)，土體將產(chǎn)生剪切 破壞。此時(shí)的變形將不斷發(fā)展。通常在地基中是不允許發(fā)生大范 圍剪切破壞。研究內(nèi)容研究內(nèi)容： 土的壓縮性；常用的沉降計(jì)算方法；沉降與時(shí)間的關(guān)系。Nanjing University of Technology一、基本概念一、基

2、本概念土在壓力作用下，體積縮小的現(xiàn)象稱為土的壓縮性土的壓縮性。土體產(chǎn)生體積縮小的原因： (1)固體顆粒的壓縮； (2)孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體的溶解； (3)孔隙水和孔隙氣體的排出。 由于純水的彈性模量約為2106kPa，固體顆粒(礦物顆粒)的彈性模量約為9l 07kPa，土粒本身和孔隙中水的壓縮量，在工程壓力(約100600kPa)范圍內(nèi)，不到土體總壓縮量的1/400，因此常可略不計(jì)。所以，土體壓縮主要來自孔隙水孔隙水和土中孔隙氣體土中孔隙氣體的排出。Nanjing University of Technology孔隙中水和氣體向外排出要有一個(gè)時(shí)間過程。因此土的壓縮亦要經(jīng)過一段時(shí)間才

3、能完成。我們把這一與時(shí)間有關(guān)的壓縮過程稱為固結(jié)固結(jié)。對于飽和土體來說，固結(jié)就是孔隙中的水逐漸向外排出，孔隙體積減小的過程。顯然，對于飽和砂土飽和砂土，由于它的透水性強(qiáng),在壓力作用下，孔隙中的水易于向外排出，固結(jié)很快就能完成；而對于飽和粘土飽和粘土，由于它的透水性弱,孔隙中的水不能迅速排出，因而固結(jié)需要很長時(shí)間才能完成。Nanjing University of Technology試驗(yàn)室測定土的壓縮性的主要裝置為固結(jié)儀。在這種儀器中進(jìn)行試驗(yàn)，由于試樣不可能產(chǎn)生側(cè)向變形，只有豎向壓縮。于是，我們把這種條件下的壓縮試驗(yàn)稱為單向壓縮試驗(yàn)單向壓縮試驗(yàn)或側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)。土的壓縮是由于孔隙體積的

4、減小，所以土的變形常用孔隙比e表示。應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力狀態(tài)： 1 Z 2K0 Z 3K0 Z應(yīng)變特性：應(yīng)變特性： Z x=0 y=0Nanjing University of Technology壓縮試驗(yàn)成果壓縮試驗(yàn)成果 1: 各級壓力與其相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系曲線，簡稱e p曲線。 2: e logp曲線。 3: e lnp曲線。 p = p = = Nanjing University of Technology壓縮試驗(yàn)曲線特征壓縮試驗(yàn)曲線特征壓縮試驗(yàn)條件下土體體積變化特征：壓縮試驗(yàn)條件下土體體積變化特征：1卸荷時(shí)，試樣不是沿初始壓縮曲線，而是沿曲線bc回彈，可見土體的變形是由可恢復(fù)的彈性變形

5、和不可恢復(fù)的塑性變形兩部份組成。2 回彈曲線和再壓線曲線構(gòu)成一迴滯環(huán)，土體不是完全彈性體的又一表征；3 回彈和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。4 當(dāng)再加荷時(shí)的壓力超過b點(diǎn)，再壓縮曲線就趨于初始壓縮曲線的延長線。部分來自土顆粒和孔隙水的彈性變形、封閉氣體的壓縮和溶解，以及薄膜水的變形等造成的變形。部分來自顆粒相互位移、土顆粒被壓碎、孔隙水和孔隙氣體被排出等造成的變形。土體變形機(jī)理非常復(fù)雜，土體不是理想的彈塑性體，而是具有彈性、粘性、塑性的自然歷史的產(chǎn)物。Nanjing University of Technology土的壓縮性指標(biāo)土的壓縮性指標(biāo)壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)：曲線上任一點(diǎn)的切線斜率?？杀硎緸椋?

6、式中負(fù)號表示隨著壓力p的增加，e逐漸減少。壓縮性不同的土，其壓縮曲線的形狀是不一樣的。曲線愈陡，說明隨著壓力的增加，土孔隙比的減小愈顯著，因而土的壓縮性愈高。 為了實(shí)用方便，一般研究土中某點(diǎn)由原來的自重應(yīng)力p1增加到外荷作用下的土中應(yīng)力p2 (自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和)這一壓力間隔所表征的壓縮性時(shí)，土的壓縮性可用割線割線斜率斜率代替，則：式中 a 土的壓縮系數(shù)，kPa-1； p1 地基某深度處土中豎向自重應(yīng)力，kPa； p2 地基某深度處土中自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和，kPa； e1 相應(yīng)于p1作用下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比； e2 相應(yīng)于p2作用下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比。dpdea1221ppeepeaNa

7、njing University of Technology 為了便于應(yīng)用和比較，通常采用壓力由p1100kPa增加到p2 200kPa時(shí)所得的壓縮系數(shù)a1-2來評定土的壓縮性： a1-2 0.1MPa-1時(shí)，低壓縮性土0.1a1-2EsNanjing University of Technology無側(cè)向變形條件下的壓縮量公式無側(cè)向變形條件下的壓縮量公式 在工程中廣泛采用的計(jì)算基礎(chǔ)沉降的分層分層總和法是以無側(cè)向變形條件下的壓縮量(或稱單向壓縮)計(jì)算公式為基礎(chǔ)。它的基本假定是： 1.土的壓縮完全是由于孔隙體積減少導(dǎo)致骨架變形的結(jié)果，而土粒本身的壓縮可忽略不計(jì)； 2.土體僅產(chǎn)生豎向壓縮變形而無側(cè)

8、向變形； 3.在土層高度范圍內(nèi)，壓力是均勻分布的。設(shè)土樣原始高度為H,土樣截面積為A,土樣的原始孔隙比e0和土顆粒體積Vs可用下式表示: 施加荷載p后,土樣的穩(wěn)定變形量S此時(shí)，土顆粒體積Vs可用下式表示:；001 eAHVVVAHVVessssv11)(eSHAVsHEpHepaHeeHeeess00010111壓縮前后土顆粒體積不變壓縮前后土顆粒體積不變Nanjing University of Technology地基沉降的組成地基沉降的組成 在荷載作用下，地基土體發(fā)生變形，地面產(chǎn)生沉降。按土體變形機(jī)理總沉降 S 可以分成三部分：初始沉降初始沉降Sd，固結(jié)沉降固結(jié)沉降Sc和次次固結(jié)沉降固結(jié)

9、沉降Ss，可用下式表示： S Sd十十Sc十十Ss Nanjing University of Technology初始沉降初始沉降(瞬時(shí)沉降）瞬時(shí)沉降）Sd 地基加載后瞬時(shí)發(fā)生的沉降。在靠近基礎(chǔ)邊緣應(yīng)力集中部位。地基中會有剪應(yīng)變產(chǎn)生。對于飽和或接近飽和的粘性土，加載瞬間土中水來不及排出，在不排水和恒體積狀況下，剪應(yīng)變引起的側(cè)向變形，從而造成瞬時(shí)沉降。固結(jié)沉降固結(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)。固結(jié)沉降速率取決于孔隙水的排出速率。次固結(jié)沉降次固結(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

10、，在有效應(yīng)力不變的情況下，土的骨架仍隨時(shí)間繼續(xù)發(fā)生變形。這種變形的速率已與孔隙水排出的速率無關(guān)（土的體積變化速率），而是取決于土骨架本身的蠕變性質(zhì)。次固結(jié)沉降既包括剪應(yīng)變，也包括體積變化。Nanjing University of Technology 次固結(jié)變形為主固結(jié)變形完成后土體的變形。在時(shí)間上把主固結(jié)變形和次固結(jié)變形截然分開的意見在學(xué)術(shù)界看法是不一致的。 地基沉降分成三部分是從變形機(jī)理角度考慮，并不是從時(shí)間角度劃分。地基固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降難以在時(shí)間上分開。 初始沉降是主要、排水固結(jié)變形在荷載作用后很快完成。 固結(jié)沉降是主要的，需要很長時(shí)間才能完成。：采用彈性理論求解。：根據(jù)固結(jié)確定試

11、驗(yàn)參數(shù)，采用分層總和法求解。：根據(jù)蠕變試驗(yàn)確定參數(shù)，采用分層總和法求解。Nanjing University of Technology彈性力學(xué)公式常用于計(jì)算飽和軟粘土地基在荷載作用下的初始沉降，也適用于砂土地基沉降計(jì)算。 彈性半空間表面作用著一個(gè)豎向集中力P 時(shí)，則半空間表面任意點(diǎn)的豎向位移w(x,y,0)就是地基表面的沉降S:式中：E0土的變形模量。rEPyxwS02)1 ()0 ,(初始沉降初始沉降( (瞬時(shí)沉降）計(jì)算瞬時(shí)沉降）計(jì)算集中力作用下地表的沉降局部荷載下地面的沉降(a) 任意荷載面 (b)矩形荷載面Nanjing University of Technology矩形角點(diǎn)下地面沉

12、降計(jì)算矩形角點(diǎn)下地面沉降計(jì)算荷載性質(zhì)荷載性質(zhì)：柔性荷載計(jì)算方法計(jì)算方法：角點(diǎn)法，疊加原理 均布矩形荷載p0(基底附加壓力）作用下，其角點(diǎn)的沉降為：按上式積分可得 角點(diǎn)C的沉降：式中， c角點(diǎn)沉降系數(shù)。其中m=l/bAyxddpEyxS22002)()(1),(0021bpESc)1ln(11ln122mmmmmc矩形荷載作用下地面沉降計(jì)算矩形荷載作用下地面沉降計(jì)算矩形中心點(diǎn)下地面沉降矩形中心點(diǎn)下地面沉降 均布矩形荷載p0作用下，其中心點(diǎn)的沉降為：式中， 中心點(diǎn)沉降系數(shù), 2 c。00021bpES矩形荷載下地面平均沉降矩形荷載下地面平均沉降 均布矩形荷載p0作用下，其平均沉降為：積分得：式中，

13、 m平均沉降影響系數(shù)。0021bpESmAdxdyyxsSA/ ),(Nanjing University of Technology局部荷載作用下得地面沉降(a)柔性荷載 (b)剛性荷載沉沉 降降 影影 響響 系系 數(shù)數(shù) 角點(diǎn)法計(jì)算的結(jié)果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都表明，柔性荷載下地面的沉降不僅產(chǎn)生于荷載面范圍之內(nèi)，而且還影響到荷載面以外，沉降后的地面呈碟形。但一般基礎(chǔ)都具有一定的抗彎剛度，因而基底沉降依基礎(chǔ)剛度的大小而趨于均勻，所以中心荷載作用下的基礎(chǔ)沉降可以近似地按柔性荷載下基底平均沉降計(jì)算。地基沉降的彈性力學(xué)計(jì)算公式的一般形式： 由于是在不排水條件下產(chǎn)生的沉降,所以計(jì)算時(shí)采用 0.5和不排水變形模量不

14、排水變形模量Eu.。0021bpESNanjing University of Technology地基的最終沉降量計(jì)算地基的最終沉降量計(jì)算 地基沉降是隨時(shí)間而發(fā)展的。地基的最終沉降量是指地基土在外荷作用下壓縮穩(wěn)定后的沉降量。對一般粘性土來講，固結(jié)沉降是基礎(chǔ)沉降或地基沉降的主要部分，通常所說的基礎(chǔ)沉降一般都是指固結(jié)沉降固結(jié)沉降。地基最終沉降量的計(jì)算常用方法有(傳統(tǒng)的)分層總和法和規(guī)范推薦的分層總和法。分層總和法分層總和法在地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)將地基土劃分為若干分層來計(jì)算各分層的壓縮量，然后求其總和。每個(gè)分層壓縮量的計(jì)算方法與無側(cè)向變形條件下的壓縮量計(jì)算方法相同。最終沉降量最終沉降量與時(shí)間無關(guān)

15、與時(shí)間無關(guān)Nanjing University of Technology1.基底附加壓力(p0)認(rèn)為是作用于地表的局部柔性荷載，在非均質(zhì)地基中引起的附加應(yīng)力分布可按均質(zhì)地基計(jì)算； 2.只須計(jì)算豎向附加應(yīng)力z的作用使土層壓縮變形導(dǎo)致地基沉降，而剪應(yīng)力則可忽略不計(jì)； 3.土層壓縮時(shí)不發(fā)生側(cè)向變形(側(cè)限)。采用側(cè)限條件下得到的壓縮性指標(biāo)來計(jì)算土層壓縮量。Nanjing University of Technology一維壓縮基本課題一維壓縮基本課題均勻土層在連續(xù)均布荷載作用下的壓縮變形均勻土層在連續(xù)均布荷載作用下的壓縮變形：pHmHEpHeapHeppaHeeesvs111212111)(1土的一

16、維壓縮土的一維壓縮土層只能發(fā)生豎向壓縮變形，不能發(fā)生側(cè)向變形，沒有瞬時(shí)沉降。Nanjing University of Technology地基沉降計(jì)算深度地基沉降計(jì)算深度 基礎(chǔ)底面向下需要計(jì)算壓縮變形基礎(chǔ)底面向下需要計(jì)算壓縮變形所達(dá)到的深度。所達(dá)到的深度。地基壓縮層地基壓縮層 沉降計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮的壓縮變形沉降計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮的壓縮變形深度范圍。深度范圍。地基沉降計(jì)算深度的下限地基沉降計(jì)算深度的下限(應(yīng)力比法應(yīng)力比法) 一般取地基附加應(yīng)力等于自重一般取地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的應(yīng)力的 20% , 即即 z 0.2 c處；在該處；在該深度以下如有高壓縮性土，則應(yīng)繼深度以下如有高壓縮性土，則應(yīng)繼續(xù)向下計(jì)

17、算至續(xù)向下計(jì)算至 z 0.1 c處。處。分分 層層 總總 和和 法法Nanjing University of Technology分層總和法計(jì)算步驟分層總和法計(jì)算步驟 1 選擇沉降計(jì)算剖面，在每一個(gè)剖面上選擇若干計(jì)算點(diǎn)；求出基底附加壓力的大小選擇沉降計(jì)算剖面，在每一個(gè)剖面上選擇若干計(jì)算點(diǎn)；求出基底附加壓力的大小和分布；選擇沉降計(jì)算點(diǎn)的位置（通常為基礎(chǔ)的中心點(diǎn)）。和分布；選擇沉降計(jì)算點(diǎn)的位置（通常為基礎(chǔ)的中心點(diǎn)）。 2 地基分層。天然土層的交界面和地下水位面必為分層面，在同一類土層中分層厚地基分層。天然土層的交界面和地下水位面必為分層面，在同一類土層中分層厚度不宜過大。一般取分層厚度不宜過大。

18、一般取分層厚hi0.4b或或hi=12m，b為基礎(chǔ)寬度。為基礎(chǔ)寬度。 3 求出計(jì)算點(diǎn)垂線上各分層層面處的豎向自重應(yīng)力求出計(jì)算點(diǎn)垂線上各分層層面處的豎向自重應(yīng)力 c ( 從地面起算從地面起算)，并繪出它的分，并繪出它的分布曲線。布曲線。 4 求出計(jì)算點(diǎn)垂線上各分層層面處的豎向附加應(yīng)力求出計(jì)算點(diǎn)垂線上各分層層面處的豎向附加應(yīng)力 z，繪出它的分布曲線，取，繪出它的分布曲線，取 z 0.2 c (中、低壓縮性土中、低壓縮性土)或或 z 0.1 c (高壓縮性土高壓縮性土)處的土層深度為地基沉降計(jì)算深度。處的土層深度為地基沉降計(jì)算深度。 5 求出各分層的平均自重應(yīng)力求出各分層的平均自重應(yīng)力p1i 和平均

19、附加應(yīng)力和平均附加應(yīng)力 pi。 6 由各分層的平均自重應(yīng)力由各分層的平均自重應(yīng)力p1i 和平均自重應(yīng)力和平均自重應(yīng)力p1i 與平均附加應(yīng)力與平均附加應(yīng)力 pi 之和之和(p1i+ pi ) ,在壓縮曲線上查出相應(yīng)的初始孔隙比和壓縮穩(wěn)定后的孔隙比。在壓縮曲線上查出相應(yīng)的初始孔隙比和壓縮穩(wěn)定后的孔隙比。 7 計(jì)算各分層土的壓縮量計(jì)算各分層土的壓縮量 si。 8 地基最終沉降量地基最終沉降量 s 的分層總和法公式的分層總和法公式：isiiiiiiiiiiiiHEpHeppaHeees1121211)(1niisS1Nanjing University of Technology規(guī)范法分層總和法規(guī)范法

20、分層總和法 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范所推薦的地基最終沉降量計(jì)算方法是另一種形式的分層總和法。它也采用側(cè)限條件的壓縮性指標(biāo)，并運(yùn)用了平均附加應(yīng)力系數(shù)計(jì)算；還規(guī)定了地基沉降計(jì)算深度的標(biāo)準(zhǔn)以及提出了地基的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，使得計(jì)算成果接近于實(shí)測值。 平均附加應(yīng)力系數(shù)的物理意義：分層總和法中地基附加應(yīng)力按均質(zhì)地基計(jì)算，即地基土的壓縮模量Es不隨深度而變化。從基底至地基任意深度Z范圍內(nèi)的壓縮量為：附加應(yīng)力面積：szzszEAdzEdzs001zzzKdzpdzA000zpA0sEzps0深度 z 范圍內(nèi)的豎向平均附加應(yīng)力系數(shù)深度 z 范圍內(nèi)豎向附加應(yīng)力面積的等代值Nanjing University of

21、Technology成層地基中第成層地基中第 i 分層的沉降量的計(jì)算公式分層的沉降量的計(jì)算公式: :)(1101iiiisisiiisiizzEpEAAEAs地基最終沉降量計(jì)算公式地基最終沉降量計(jì)算公式: :niiiiisisszzEpss1110)( 地基沉降計(jì)算深度地基沉降計(jì)算深度zn 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定zn應(yīng)滿足下列條件 (包括考慮相鄰荷載的影響): 無相鄰荷載影響，基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深度也可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：niinss1025. 0)ln4 . 05 . 2(bbZn沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)sssNanjing University of Technology分層

22、總和法討論分層總和法討論1 地基沉降的分層總和法的基本用意是為了解決地基的成層性和非均質(zhì)性所帶來的計(jì)算上的困難。2 分層總和法以均質(zhì)彈性半空間的應(yīng)力來計(jì)算非均質(zhì)地基的變形的做法、在理論上顯然不協(xié)調(diào)，其所引起的計(jì)算誤差也還沒有得到理論和實(shí)驗(yàn)的充分驗(yàn)證。3 分層總和法最為適用于土體的單向壓縮變形計(jì)算，因?yàn)镵0條件下的土體只有體積變形，所以計(jì)算所得的是地基最終固結(jié)沉降，也就是地基最終沉降。Nanjing University of Technology分層總和法討論分層總和法討論 4 傳統(tǒng)的和規(guī)范推薦的兩種單向壓縮分層總和法，就計(jì)算方法而言并無太大差別，規(guī)范法的重要特點(diǎn)在于引入了沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)以校

23、正計(jì)算值與實(shí)測值的偏差。 5 砂土地基在荷載作用下由土的體積變形和剪切變形引起的沉降在短時(shí)間內(nèi)幾乎同時(shí)完成。 6 地基沉降計(jì)算深度用于確定地基沉降有影響的土層范圍保證滿足沉降計(jì)算的精度要求。地基沉降計(jì)算深度的確定標(biāo)準(zhǔn)有二種：應(yīng)力比法和與變形比法。Nanjing University of Technology 前期固結(jié)應(yīng)力前期固結(jié)應(yīng)力(preconsolidation pressure) pc：土在歷史上曾受到過的最大有效應(yīng)力。 超固結(jié)比超固結(jié)比(overconsolidation ratio)OCR ：前期固結(jié)應(yīng)力與現(xiàn)有有效應(yīng)力之比，即 OCR pc/p stress history of

24、soilNanjing University of Technology 正常固結(jié)土正常固結(jié)土(Normally consolidated Soil)： OCR=1 超固結(jié)土超固結(jié)土(Overconsolidated Soil) ： OCR1,OCR愈大，土受到的超固結(jié)作用愈強(qiáng)，在其他條件相同的情況下，其壓縮性愈低。 欠固結(jié)土欠固結(jié)土(Underconsolidated Soil) ： OCR1,土在自重作用下還沒有完全固結(jié)，土的固結(jié)應(yīng)力末全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，即尚有一部分由孔隙水所承擔(dān)。欠固結(jié)土在自重作欠固結(jié)土在自重作用下引起地面沉降用下引起地面沉降Nanjing University of

25、Technology應(yīng)力歷史對地基沉降的影響應(yīng)力歷史對地基沉降的影響Effect of stress history on settlement 在a、b、c三個(gè)土層現(xiàn)有地面以下同一深度z處，土的現(xiàn)有應(yīng)力雖然相同，但是由于它們經(jīng)歷的應(yīng)力歷史不同，因而在壓縮曲線上處于不同的位置。正常固結(jié)土，它在沉積過程中巳從e0開始在自重應(yīng)力作用下沿現(xiàn)場壓縮曲線至a點(diǎn)固結(jié)穩(wěn)定。超固結(jié)土，它曾在自重應(yīng)力力作用下沿現(xiàn)場壓縮曲線至b點(diǎn)，后因上部土層沖蝕，現(xiàn)巳回彈穩(wěn)定在b點(diǎn)。欠固結(jié)土，由于在自重應(yīng)力作用下還未完全固結(jié)日前它處于現(xiàn)場壓縮曲線上的c點(diǎn)。若對三種土再施加相同的固結(jié)應(yīng)力p，那么，正常固結(jié)和欠固結(jié)土將分別由a和c

26、點(diǎn)沿現(xiàn)場壓縮曲線至d點(diǎn)固結(jié)穩(wěn)定，而超固結(jié)土則由b點(diǎn)沿觀場再壓縮曲線至d點(diǎn)固結(jié)穩(wěn)定。顯然，三者的壓縮量是不同的，其中欠固結(jié)土最大，超固結(jié)土最小，而正常固結(jié)土則介于兩者之間。 Nanjing University of Technology（Casagrande method,1936 )確定先期固結(jié)壓力步驟如下： (1)從elogp曲線上找出曲率半徑最小的一點(diǎn)A，過A點(diǎn)作水平線A1和切線A42; (2)作lA2的平分線A3, 與 elogp 曲線中直線段的延長線相交于B點(diǎn); (3)B點(diǎn)所對應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力pc。Nanjing University of Technology初始初始(

27、 (原始原始) )壓縮曲線確定壓縮曲線確定 試樣的前期固結(jié)應(yīng)力一旦確定，就可通過它與試樣現(xiàn)有固結(jié)應(yīng)力pl的比較，來判定它是正常固結(jié)的、超固結(jié)的、還是欠固結(jié)的。然后，再依據(jù)室內(nèi)壓縮曲線的特征，來推求原始壓縮曲線。 原始壓縮曲線是指室內(nèi)壓縮試驗(yàn)elogp曲線經(jīng)修正后得出的符合原始原始土體孔隙比與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線。 若pc=p1，則試樣是正常固結(jié)的正常固結(jié)的，它的原始壓縮曲線推求: 一般可假定取樣過程中試樣不發(fā)生體積變化，即試樣的初始孔隙比e0就是它的原位孔隙比 ，由e0 和 pc值，在elogp坐標(biāo)上定出b點(diǎn)，此即試樣在原始壓縮的起點(diǎn)，然后從縱軸坐標(biāo)0.42 e0 處作一水平線交室內(nèi)壓縮曲線于c

28、點(diǎn),連接bc即為所求的原始壓縮曲線。Nanjing University of Technology 若pcp1，則試樣是超固結(jié)的超固結(jié)的。由于超固結(jié)土由前期固結(jié)壓力pc減至現(xiàn)有有效應(yīng)力p1期間曾在原位經(jīng)歷了回彈。因此，當(dāng)超固結(jié)土后來受到外荷引起的附加應(yīng)力p時(shí)，它開始將沿著原始再壓縮曲線壓縮。如果p較大，超過(pcp1)，它才會沿原始壓縮曲線壓縮。超固結(jié)土原始壓縮曲線推求: (1) 先作b1點(diǎn)，其橫、縱坐標(biāo)分別為試樣的現(xiàn)場自重壓力p1 和現(xiàn)場孔隙比 e0； (2) 過b1點(diǎn)作一直線，其斜率等于室內(nèi)回彈曲線與再壓縮曲線的平均斜率，該直線與通過B點(diǎn)垂線(其橫坐標(biāo)相應(yīng)于先期固結(jié)壓力值)交于b1 點(diǎn),

29、 b1 b就作為原始再壓縮曲線。其斜率為回彈指數(shù)Ce； (3) 作c點(diǎn)，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等0.42e0處確定； (4) 連接bc直線，即得原始壓縮曲線的直線段，取其斜率作為壓縮指標(biāo)Cc。若pcp1，則試樣是欠固結(jié)的欠固結(jié)的，由于自重作用下的壓縮尚未穩(wěn)定，實(shí)質(zhì)上屬于正常固結(jié)土一類，它的現(xiàn)場壓縮曲線的推求方法完全與正常固結(jié)土一樣。Nanjing University of Technology考慮應(yīng)力歷史的地基沉降計(jì)算iiiciniiipppCeHS1110log1ciiiciniiipppCeHS110log1normally consolidated soil underconsolid

30、ated soil Nanjing University of Technologyoverconsolidated soil ciiiciicieiniiipppCpppCeHS1110loglog1iiieiniiippppCeHS1110log1)(1pppc)(1pppc考慮應(yīng)力歷史的地基沉降計(jì)算Nanjing University of Technology飽和土體一維固結(jié)理論飽和土體一維固結(jié)理論 在荷載作用下，土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，在排水條件下，隨著時(shí)間發(fā)展，土體中水被排出，土體孔隙比減?。怀o孔隙水壓力逐步消散，土體中有效應(yīng)力逐步增大，直至超孔隙水壓力完全消散，這一過程稱為固

31、結(jié)。 工程設(shè)計(jì)中，我們不但需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最終沉降量，而且需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)達(dá)到某一沉降量所需的時(shí)間，亦即需要知道沉降與時(shí)間的變化過程。目前均以飽和土體一維固結(jié)理論為研究基礎(chǔ)。Nanjing University of Technology一維固結(jié)力學(xué)模型一維固結(jié)力學(xué)模型 一維固結(jié)又稱單向固結(jié)。土體在荷載作用下土中水的滲流和土體的變形僅發(fā)生在一個(gè)方向的固結(jié)問題。嚴(yán)格的一維固結(jié)問題只發(fā)生在室內(nèi)有側(cè)限的固結(jié)試驗(yàn)中，實(shí)際工程中并不存在。然而，當(dāng)土層厚度比較均勻，其壓縮土層厚度相對于均布外荷作用面較小時(shí)，可近似為一維固結(jié)問題。 在壓力作用下，土體中孔隙水向外排出，體積減小的本質(zhì)本質(zhì)是什么?

32、 下面我們以土的固結(jié)模型來說明土固結(jié)的力學(xué)機(jī)理。Nanjing University of Technology固結(jié)的力學(xué)機(jī)理固結(jié)的力學(xué)機(jī)理effective stress principle 1 整個(gè)滲流固結(jié)過程中u和 都是在隨時(shí)間t而不斷變化滲流固結(jié)過程的實(shí)質(zhì)就是土中兩種不同應(yīng)力形態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。 2 超靜孔隙水壓力，是由外荷載引起，超出靜水位以上的那部分孔隙水壓力。它在固結(jié)過程中隨時(shí)間不斷變化，固結(jié)完成應(yīng)等于零， 飽水土層中任意時(shí)刻的總孔隙水壓力應(yīng)是靜孔隙水壓力與超靜孔隙水壓力之和。 3 側(cè)限條件下t0時(shí)，飽和土體的初始超靜孔隙水壓力u0數(shù)值上就等于施加的外荷載強(qiáng)度 (總應(yīng)力).一維固結(jié)力

33、學(xué)模型一維固結(jié)力學(xué)模型1.產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 2.與時(shí)間的關(guān)系與時(shí)間的關(guān)系靜孔隙水壓力靜孔隙水壓力與與超靜孔隙水壓力超靜孔隙水壓力超靜孔隙水壓力超靜孔隙水壓力 excess pore water pressure 總應(yīng)力總應(yīng)力 total stress 有效應(yīng)力有效應(yīng)力Effective stress Nanjing University of TechnologyOne-dimensional consolidation theoryThe assumptions made in the theory are:The soil is homogeneous，fully saturated.Th

34、e solid particles and water are incompressible.Compression and flow are one-dimensional (vertical, i.e., in the direction of the applied pressure).Strains are small.Darcys law is valid at all hydraulic gradients.The coefficient of permeability k remains constant throughout the process.1. There is a unique relationship, independent of time, between void ratio and effective stress.Nanjing University of TechnologyDifferential Equation of Consolidation 根據(jù)滲流的連續(xù)條件和達(dá)西定律（condition of continuity and Darcys law ）一維固結(jié)微分方程如下:初始條件和邊界條件如下(the initial