土力學(xué)及地基基礎(chǔ)第11講-沉積土層的應(yīng)力歷史及地基沉降與時(shí)間的關(guān)系課件

1、沉積土層的應(yīng)力歷史及地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 劉忠玉 教授本講知識(shí)點(diǎn)：一、沉積土層的應(yīng)力歷史二、地基沉降與時(shí)間的關(guān)系一、應(yīng)力歷史土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過的應(yīng)力狀態(tài)。先期固結(jié)壓力pc ：土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結(jié)壓力。超固結(jié)比OCR ：先期固結(jié)壓力與現(xiàn)有土層自重應(yīng)力之比。三個(gè)概念：沉積土層按超固結(jié)比的分類現(xiàn)在地面h正常固結(jié)土pc=p1OCR=1現(xiàn)在地面h超固結(jié)土pcp1hc剝蝕前地面OCR1現(xiàn)在地面h欠固結(jié)土pcp1hcOCR0時(shí)，水開始排出，彈簧開始變形并承受壓力并逐漸增大，而u逐漸變小，但u+ = zt時(shí)，水已排完， 彈簧不再變形，附加應(yīng)力全部彈簧來承擔(dān)：= z， u=0飽

2、和土的滲透固結(jié)就是孔隙水壓力逐漸減小，有效應(yīng)力相應(yīng)增長的過程。（二）太沙基一維固結(jié)理論在可壓縮層厚度為H的飽和土層上面施加無限均布荷載p0，土中附加應(yīng)力沿深度均勻分布z=p0，土層只在豎直方向發(fā)生滲透和變形。H巖層p0u0=p0uz有效應(yīng)力原理u0起始孔隙水壓力基本假定1.土層是均質(zhì)的、完全飽和的；2.土的壓縮完全由孔隙體積減小引起，土體和水不可壓縮；3.土的壓縮和排水僅在豎直方向發(fā)生；4.土中水的滲流服從達(dá)西定律；5.在滲透固結(jié)過程中，土的滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a視為常數(shù)；6.外荷一次性施加。微分方程及解析解cv土的豎向固結(jié)系數(shù),m2/a邊界和初始條件t=0，0zH 時(shí)，uz 0t，z0時(shí)，

3、u/ z=00t ，zH時(shí)，u0t=，0zH時(shí)，u0 深度z時(shí)刻t的孔隙水壓力為TV表示時(shí)間因素m正奇整數(shù)1，3，5； H待固結(jié)土層最長排水距離(m)，單面排水土層取土層厚度，雙面排水土層取土層厚度一半。地基固結(jié)度地基固結(jié)度：地基在任一時(shí)刻t的固結(jié)沉降量sct與其最終固結(jié)沉降量sc之比：豎向排水情況，固結(jié)沉降與有效應(yīng)力成正比，因此在某一時(shí)刻有效應(yīng)力圖面積和最終有效應(yīng)力圖面積之比值即為豎向排水的平均固結(jié)度Ut：所以，Ut僅是時(shí)間因素Tv的函數(shù)。上述級(jí)數(shù)收斂很快，當(dāng)U t30%可近似取第一項(xiàng)土質(zhì)相同而厚度不同的兩層土，當(dāng)初始孔壓分布和排水條件相同時(shí)，達(dá)到同一固結(jié)度時(shí)時(shí)間因素相等。結(jié)論：土質(zhì)相同、厚

4、度不同土層，荷載和排水條件相同時(shí)，達(dá)到相同固結(jié)度所需時(shí)間之比等于排水距離平方之比。對(duì)于同一地基情況，將單面排水改為雙面排水，要達(dá)到相同的固結(jié)度，所需歷時(shí)應(yīng)減少為原來的1/4。討論單面排水任意直線型起始超孔壓的地基固結(jié)度0. 適用于土層在自重作用下已固結(jié)完成，基底面積很大而壓縮土層又較薄的情況；1. 適用于土層在自重作用下未固結(jié)，或地下水位下降的變化范圍內(nèi)自重應(yīng)力增加的情況；2. 適用于基底面積小，土層厚，土層底面的附加應(yīng)力接近于零；01234H單面排水任意直線型起始超孔壓的地基固結(jié)度3. 視為0、1種附加應(yīng)力分布的疊加；4. 視為0、2種附加應(yīng)力分布的疊加。注意：這里是單面排水，如為雙面排水，

5、則不論附加應(yīng)力分布如何，只要是線性分布，均按情況0計(jì)算，但在計(jì)算時(shí)間因素的式中以H/2代替H。01234H計(jì)算地基固結(jié)過程的步驟計(jì)算地基附加應(yīng)力沿深度的分布；計(jì)算地基最終沉降量；計(jì)算土層的豎向固結(jié)系數(shù)和時(shí)間因素；求解地基固結(jié)過程中某一時(shí)刻t的沉降量，或沉降量達(dá)到某一已知數(shù)值所需要的時(shí)間。主要公式：算例【例】某飽和粘土層的厚度為10m，在大面積荷載p0 = 100 kPa作用下，土層的初始孔隙比e=0.8，壓縮系數(shù)a=0.25MPa-1，滲透系數(shù)k=2.5cm/a。按粘土層在單面或雙面排水條件下分別求: （1）加荷一年時(shí)的沉降量；（2）沉降量達(dá)80mm所需的時(shí)間?！窘狻浚?）求t=1a時(shí)的沉降量。由于是大面積荷載，z=p0=100kPa。豎向固結(jié)系數(shù)單面排水時(shí)的時(shí)間因素利用公式（3-20）得相應(yīng)的固結(jié)度Ut=48%，所以t=1a時(shí)的沉降量為st=0.48139=67mm。最終沉降量為雙面排水時(shí)的時(shí)間因素利用公式（3-20）得相應(yīng)的固結(jié)度Ut=86%，所以t=1a時(shí)的沉降量為st=0.86139=1