重慶科創(chuàng)學(xué)院《飽和粘性土的一維固結(jié)沉降》

3.1飽和粘性土的一維固結(jié)沉降3.1飽和粘性土的一維固結(jié)沉降

在外力的作用下，壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程稱為土的固結(jié)。在工程實(shí)踐中，需要預(yù)估建筑物在施工期間、使用期間的地基沉降量和達(dá)到某一沉降所需要的時(shí)間，這就需要解決沉降與時(shí)間的關(guān)系問題，這些問題需要由土體的固結(jié)理論來解決。3.1飽和粘性土的一維固結(jié)沉降

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(shí)間很短，可以認(rèn)為在外荷載施加完畢時(shí)，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(zhǎng)時(shí)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(shí)間的關(guān)系。3.1.1有效應(yīng)力原理3.1飽和粘性土的一維固結(jié)沉降3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)3.1.3固結(jié)理論的應(yīng)用3.1.1有效應(yīng)力原理土＝孔隙水固體顆粒骨架+三相體系孔隙氣體+總應(yīng)力總應(yīng)力由土骨架和土體孔隙共同承受受外荷載作用土中孔隙有效應(yīng)力σ?：由地基土固體顆粒骨架傳遞的應(yīng)力；孔隙水應(yīng)力u：通過孔隙中的水來傳遞的應(yīng)力。3.1.1有效應(yīng)力原理1.對(duì)所受總應(yīng)力，土骨架和土體孔隙如何分擔(dān)？2.它們?nèi)绾蝹鬟f和相互轉(zhuǎn)化？3.它們對(duì)土的變形和強(qiáng)度有何影響？Terzaghi（1923）有效應(yīng)力原理固結(jié)理論飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為兩部分σ?和u，并且3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)

適用條件：大面積均布荷載，荷載面積遠(yuǎn)大于壓縮土層厚度，地基中的孔隙水主要沿豎向滲流。p不透水巖層飽和壓縮層σz=pp側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)飽和粘性土體一維滲流固結(jié)理論3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)3.1.2.1單向滲透固結(jié)模型：ppp附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:u=σz=p有效應(yīng)力:σ'=0滲流固結(jié)過程附加應(yīng)力:σz=p=u+σ'超靜孔壓:u↓有效應(yīng)力:σ'↑附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:u=0有效應(yīng)力:σ'=p3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)在一定壓力作用下，飽和土滲透固結(jié)的過程就是土體中孔隙水壓力不斷消散、有效應(yīng)力相應(yīng)增長(zhǎng)的過程；或者說，是孔隙水壓力U向有效應(yīng)力σ?轉(zhuǎn)化的過程。在轉(zhuǎn)換的過程中，任意時(shí)刻任一深度上的應(yīng)力始終遵循有效應(yīng)力原理。3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)3.1.2.2（一維）單向滲透固結(jié)理論：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，土顆粒與水是不可壓縮的；③變形是單向壓縮（水的滲出和土層壓縮是單向的）；④荷載均布且一次施加；——假定z=const⑤滲流符合達(dá)西定律且滲透系數(shù)k、壓縮系數(shù)a保持不變?；炯俣ǎ?.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)

根據(jù)一維固結(jié)理論假設(shè)，飽和土的一維固結(jié)微分方程如下:固結(jié)系數(shù)

Cv

綜合反映了土的壓縮和滲透性質(zhì)；

Cv

與滲透系數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；（cm2/年；m2/年）不透水巖層飽和壓縮層σz=pp0zH:u=σz=pz=0（透水面）:u=0z=H（不透水面）:uz

0zH:u=0邊界、初始條件：方程求解：z3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)時(shí)間因數(shù)m＝1，3，5，7······方程求解：0zH:u=pz=0:u=0z=H:uz

0zH:u=0基本微分方程：初始邊界條件：微分方程的解：反映孔隙水壓力的消散程度－固結(jié)程度3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)H單面排水時(shí)孔隙水壓力分布雙面排水時(shí)孔隙水壓力分布zz排水面不透水層排水面排水面HH滲流滲流滲流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=∞Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=∞u0=pu0=p時(shí)間因數(shù)3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)3.1.2.3固結(jié)度即：某一時(shí)刻t的沉降與最終沉降量之比。平均固結(jié)度Ut與沉降量St之間的關(guān)系：確定St的關(guān)鍵是確定Ut固結(jié)度：指在某一固結(jié)應(yīng)力作用下，經(jīng)過時(shí)間t后，土體發(fā)生固結(jié)或孔隙水應(yīng)力消散的程度。不透水邊界透水邊界滲流1233.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)Ut=f(Tv)固結(jié)度是時(shí)間因數(shù)的函數(shù)：固結(jié)度Ut與時(shí)間因數(shù)Tv的關(guān)系曲線3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)有關(guān)沉降－時(shí)間的工程問題：1、求某一時(shí)刻t的固結(jié)度與沉降量；2、求達(dá)到某一固結(jié)度所需要的時(shí)間；3.1.2飽和粘性土單向滲透固結(jié)1、求某一時(shí)刻t的固結(jié)度與