土的壓縮性和地基沉降計(jì)算

土的壓縮性和地基沉降計(jì)算第一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五pk第二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

建筑物和土工建筑物修建前，地基中早已存在著土體自身重力的自重應(yīng)力。建筑物和土工建筑物荷載通過基礎(chǔ)或路堤的底面?zhèn)鬟f給地基，使天然土層原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，在附加的三向應(yīng)力分量作用下，地基中產(chǎn)生了豎向、側(cè)向和剪切變形，導(dǎo)致各點(diǎn)的豎向和側(cè)向位移。地基表面的豎向變形稱為地基沉降，或基礎(chǔ)沉降。第三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五（墨西哥城）地基的沉降及不均勻沉降第四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

由于建筑物荷載差異和地基不均勻等原因，基礎(chǔ)或路堤各部分的沉降或多或少總是不均勻的，使得上部結(jié)構(gòu)或路面結(jié)構(gòu)之中相應(yīng)地產(chǎn)生額外的應(yīng)力和變形。地基不均勻沉降超過了一定的限度，將導(dǎo)致建筑物的開裂、歪斜甚至破壞，例如磚墻出現(xiàn)裂縫、吊車輪子出現(xiàn)卡軌或滑軌、高聳構(gòu)筑物傾斜、機(jī)器轉(zhuǎn)軸偏斜、與建筑物連接管道斷裂以及橋梁偏離墩臺(tái)、梁面或路面開裂等。第九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五沉降類型

建筑地基在長(zhǎng)期荷載作用下產(chǎn)生的沉降，其最終沉降量可劃分為三個(gè)部分：初始沉降（或稱瞬時(shí)沉降）、主固結(jié)沉降（簡(jiǎn)稱固結(jié)沉降）及次固結(jié)沉降。

初始沉降

初始沉降又稱瞬時(shí)沉降，是指外荷加上的瞬間，飽和軟土中孔隙水尚來(lái)不及排出時(shí)所發(fā)生的沉降，此時(shí)土體只發(fā)生形變而沒有體變，一般情況下把這種變形稱之為剪切變形，按彈性變形計(jì)算。在飽和軟粘土地基上施加荷載，尤其如臨時(shí)或活荷載占很大比重的倉(cāng)庫(kù)、油罐和受風(fēng)荷載的高聳建筑物等，由此而引起的初始沉降量將占總沉降量的相當(dāng)部分，應(yīng)給以估算。第十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五沉降類型主固結(jié)沉降

主固結(jié)沉降是指荷載作用在地基上后，隨著時(shí)間的延續(xù)，外荷不變而地基土中的孔隙水不斷排除過程中所發(fā)生的沉降，它起于荷載施加之時(shí)，止于荷載引起的孔隙水壓力完全消散之后，是地基沉降的主要部分。次固結(jié)沉降在固結(jié)沉降穩(wěn)定之前就可以開始，一般計(jì)算時(shí)可認(rèn)為在主固結(jié)完成（固結(jié)度達(dá)到100％）時(shí)才出現(xiàn)。第十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五沉降類型次固結(jié)沉降

次固結(jié)沉降量常比主固結(jié)沉降量小得多，大都可以忽略。但對(duì)極軟的粘性土，如淤泥、淤泥質(zhì)土，尤其是含有腐殖質(zhì)等有機(jī)質(zhì)時(shí)，或當(dāng)深厚的高壓縮性土層受到較小的壓力增量比作用時(shí)，次固結(jié)沉降會(huì)成為總沉降量的一個(gè)主要組成部分，應(yīng)給以重視。第十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.4

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。3.4.1基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。第十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五由于純水的彈性模量約為2×106kPa，固體顆粒(礦物顆粒)的彈性模量約為9×l07kPa，土粒本身和孔隙中水的壓縮量，在工程壓力(約100～600kPa)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(lái)自孔隙水和土中孔隙氣體的排出。

第十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五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)。對(duì)于飽和土體來(lái)說(shuō)，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(duì)于飽和砂土，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(duì)于飽和粘土，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(zhǎng)時(shí)間才能完成。第十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.4.1壓縮試驗(yàn)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)或側(cè)限壓縮試驗(yàn)。土的壓縮是由于孔隙體積的減小，所以土的變形常用孔隙比ｅ表示。3.4.1.1壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)室測(cè)定土的壓縮性的主要裝置為固結(jié)儀。第十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五svsPH1H1/(1+e)

VV2=e·VsvsH0H0/(1+e0)

VV2=e·Vs第十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五vsPH1H1/(1+e)

VV2=e·VsvsH0H0/(1+e0)

VV2=e·Vss第十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五(1)ep曲線(2):elogp曲線第十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.1.2.2土的壓縮性指標(biāo)（1）壓縮系數(shù)：曲線上任一點(diǎn)的切線斜率?？杀硎緸椋?/p>

第二十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

為了便于應(yīng)用和比較，通常采用壓力由p1＝100kPa增加到p2＝200kPa時(shí)所得的壓縮系數(shù)a1-2來(lái)評(píng)定土的壓縮性：

a1-2<0.1MPa-1時(shí)，低壓縮性土0.1≤a1-2<0.5MPa-1時(shí)，中壓縮性土

a1-2≥0.5MPa-1時(shí)，高壓縮性土（1）壓縮系數(shù)：第二十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）壓縮指數(shù)：e~logp座標(biāo)系統(tǒng)中壓縮曲線的斜率，

Cc是無(wú)量綱系數(shù)，同壓縮系數(shù)a—樣，壓縮指數(shù)Cc值越大，土的壓縮性越高。雖然壓縮系數(shù)a和壓縮指數(shù)Cc都是反映土的壓縮性的指標(biāo)，但是兩者有所不同。前者隨所取的初始?jí)毫皦毫υ隽康拇笮《?，而后者在較高的壓力范圍內(nèi)卻是常量，不隨壓力而變。第二十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五(3)壓縮模量(側(cè)限壓縮模量）：土在完全側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恐戎担∕Pa)。即：

vsvsP1⊿HH2/(1+e2)VV2=e2·VsvsH1H1/(1+e1)VV1=e1·VsP2H2第二十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五vsvsP1⊿HH2/(1+e2)VV2=e2·VsvsH1H1/(1+e1)VV1=e1·VsP2H2第二十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.1.2.3土的回彈曲線及再壓縮曲線

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?jí)嚎s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?jí)嚎s曲線的延長(zhǎng)線。

彈性變形部分來(lái)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。

塑性變形部分來(lái)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。第二十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.1.3土的載荷試驗(yàn)及變形模量通過載荷試驗(yàn)可測(cè)定地基變形模量，地基承載力以及研究土的濕陷性等。

承壓板面積：0.25-0.5第二十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五加荷穩(wěn)定裝置反力裝置觀測(cè)裝置承壓板面積：0.25-0.5第二十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五密實(shí)砂土、較堅(jiān)硬的粘性土等低壓縮性土。急進(jìn)破壞的“陡降型”松砂、軟粘性土等高壓縮性土。漸進(jìn)性破壞的“緩變型”第二十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

載荷試驗(yàn)是一種地基土的原位測(cè)試方法，可用于測(cè)定承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)巖土的承載力和變形特性。載荷試驗(yàn)可分為淺層平板載荷試驗(yàn)、深層平板載荷試驗(yàn)和螺旋板載荷試驗(yàn)三種。淺層平板載荷試驗(yàn)適用于淺層地基土；深層平板載荷試驗(yàn)適用于埋深大于3m和地下水位以上的地基土；螺旋板載荷試驗(yàn)適用于深層地基土或地下水位以下的地基土。第二十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.1.3.2變形模量

p1-比例界限荷載，

ω－沉降系數(shù)，對(duì)剛性承壓板應(yīng)取ω＝0.88（方形壓板）或0.79（圓形壓板）；

b－承壓板的邊長(zhǎng)或直徑

s1－與所取定的比列界限p1相對(duì)應(yīng)的沉降。第三十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.1.3.3變形模量和壓縮模量關(guān)系

一、區(qū)別

試驗(yàn)條件不同：土的變形模量E0是土體在無(wú)側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值；而土的壓縮模量Es是土體在完全側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。

二、聯(lián)系

二者同為土的壓縮性指標(biāo)，在理論上是完全可以相互換算的。由材料力學(xué)理論，推導(dǎo)出土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系：

第三十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

必須指出，此式只不過是E0與Es之間的理論關(guān)系。實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)測(cè)定E0和室內(nèi)壓縮試驗(yàn)測(cè)定Es時(shí)，由于試驗(yàn)條件的限制和土的不均勻性等因素，使得上式與實(shí)測(cè)值之間的關(guān)系差距較大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，E0值可能是βEs值的幾倍，一般說(shuō)來(lái)，土愈堅(jiān)硬則倍數(shù)愈大，而軟土的E0值和βEs值比較接近。μ為土的泊松比

第三十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.5地基最終沉降量計(jì)算

地基最終沉降量的計(jì)算方法主要有以下幾種方法：

1、分層總和法

2、規(guī)范法

3、理論公式計(jì)算法

第三十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.地基的最終沉降量：是指地基在建筑物等其它荷載作用下，地基變形穩(wěn)定后的基礎(chǔ)底面的沉降量。

沉降與時(shí)間的關(guān)系最終沉降量3.5

地基最終沉降量計(jì)算第三十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.地基沉降的原因：

外因：主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。（宏觀分析）

內(nèi)因：土的三相組成。（微觀分析)第三十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五AAgz0pA)地基沉降的外因:通常認(rèn)為地基土層在自重作用下壓縮已穩(wěn)定，主要是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。第三十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五B)內(nèi)因:土由三相組成，具有碎散性，在附加應(yīng)力作用下土層的孔隙發(fā)生壓縮變形，引起地基沉降。h第三十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.計(jì)算目的：預(yù)知該工程建成后將產(chǎn)生的最終沉降量、沉降差、傾斜和局部?jī)A斜，判斷地基變形是否超出允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，為采取相應(yīng)的工程措施提供科學(xué)依據(jù)，保證建筑物的安全。

S<[S]滿足設(shè)計(jì)要求

S>[S]不滿足設(shè)計(jì)要求第三十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.5.1分層總和法

地基的最終沉降量，通常采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算，即在地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)劃分為若干層，計(jì)算各分層的壓縮量，然后求其總和。第四十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

一、分層總和法地基最終沉降量地基變形穩(wěn)定后基礎(chǔ)底面的沉降量1.基本假設(shè)地基是均質(zhì)、各向同性的半無(wú)限線性變形體，可按彈性理論計(jì)算土中應(yīng)力在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變形，可采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo)

為了彌補(bǔ)假定所引起誤差，取基底中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，以基底中點(diǎn)的沉降代表基礎(chǔ)的平均沉降2.單一壓縮土層的沉降計(jì)算在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載，豎向應(yīng)力增加，孔隙比相應(yīng)減小，土層產(chǎn)生壓縮變形，沒有側(cè)向變形。第四十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五△p∞∞可壓縮土層H1H0s土層豎向應(yīng)力由p1增加到p2，引起孔隙比從e1減小到e2，豎向應(yīng)力增量為△p由于所以3.單向壓縮分層總和法分別計(jì)算基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中各個(gè)分層土的壓縮變形量△si,基礎(chǔ)的平均沉降量s等于△si的總和ei第i層土的壓縮應(yīng)變第四十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.單向壓縮分層總和法計(jì)算步驟e1i———由第i層的自重應(yīng)力均值從土的壓縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比e2i———由第i層的自重應(yīng)力均值與附加應(yīng)力均值之和從土的壓縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比ei土的壓縮應(yīng)變1.繪制基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布曲線2.確定地基沉降計(jì)算深度3.確定沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)的分層界面4.計(jì)算各分層沉降量5.計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量第四十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五分層總和法步驟1、分層：厚度一般取0.4b(b為基底寬度)或1～2m，成層土的層面和地下水面是當(dāng)然的分層面。

第四十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五分層總和法步驟2、計(jì)算基底下各分層面上的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力。

第四十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五分層總和法步驟3、確定地基沉降計(jì)算深度σzn≤0.2σczn處；在該深度以下如有高壓縮性土，則應(yīng)繼續(xù)向下計(jì)算至σzn=0.1σczn處；

所謂地基沉降計(jì)算深度是指自基礎(chǔ)底面向下需要計(jì)算壓縮變形所到達(dá)的深度，亦稱地基壓縮層深度。該深度以下土層的壓縮變形值小到可以忽略不計(jì)。第四十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五分層總和法步驟4計(jì)算各分層土的平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力。

第五十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五分層總和法步驟5令：查：e1i、e2i6、求ΔSi7、求總沉降量第五十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五例題分層總和法計(jì)算地基最終沉降量第五十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.5.2規(guī)范法分層總和法

《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(cè)值。第五十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.5.2規(guī)范法分層總和法

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：第五十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.5.2規(guī)范法分層總和法

附加應(yīng)力面積：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)力面積的等代值第五十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)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(wú)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：成層地基中第i分層的沉降量的計(jì)算公式:地基最終沉降量計(jì)算公式:第五十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五壓縮模量基底附加壓力表4.3沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)2.54.07.015.020.01.41.31.00.40.21.11.00.70.40.2注：①系地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，

②系沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值，按下式計(jì)算：第五十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問題1.分層總和法在計(jì)算中假定不符合實(shí)際情況

假定地基無(wú)側(cè)向變形

計(jì)算結(jié)果偏小采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下土的附加應(yīng)力和沉降

計(jì)算結(jié)果偏大

2.分層總和法中附加應(yīng)力計(jì)算應(yīng)考慮:土體在自重作用下的固結(jié)程度、相鄰荷載的作用

3.基礎(chǔ)埋置較深時(shí)，應(yīng)考慮開挖基坑時(shí)地基土的回彈，建筑物施工時(shí)又產(chǎn)生地基土再壓縮的情況回彈再壓縮影響的變形量計(jì)算深度取至基坑底面以下5m，當(dāng)基坑底面在地下水位以下時(shí)取10m第六十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五沉降分析中的若干問題1.土的回彈與再壓縮pe彈性變形塑性變形adbcb

壓縮曲線回彈曲線再壓縮曲線土的卸荷回彈曲線不與原壓縮曲線重合，說(shuō)明土不是完全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形土的再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說(shuō)明土經(jīng)過壓縮后，卸荷再壓縮時(shí)，其壓縮性明顯降低2.地基沉降的三個(gè)組成部分sd——瞬時(shí)沉降sc——固結(jié)沉降ss——次固結(jié)沉降第六十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.土的應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響土的應(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)壓力討論：對(duì)試樣施加壓力p時(shí)，壓縮曲線形狀p<pc再壓曲線，曲線平緩p>pc正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大

土層的先期固結(jié)壓力對(duì)其固結(jié)程度和壓縮性有明顯的影響，用先期固結(jié)壓力pc與現(xiàn)時(shí)的土壓力p0的比值描述土層的應(yīng)力歷史，將粘性土進(jìn)行分類1.正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力pc＝p02.超固結(jié)土先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pc>p03.超固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力pc<p0第六十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五第六十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.6地基變形與時(shí)間的關(guān)系飽和土體一維固結(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，土體孔隙比減小；超靜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)。第六十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五一維固結(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(duì)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)是什么?下面我們以土的固結(jié)模型來(lái)說(shuō)明土固結(jié)的力學(xué)機(jī)理。第六十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五(1)整個(gè)滲流固結(jié)過程中u和σ′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，飽和水土層中任意時(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t＝0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σ(總應(yīng)力).一維固結(jié)力學(xué)模型1.產(chǎn)生原因2.與時(shí)間的關(guān)系靜孔隙水壓力與超靜孔隙水壓力3.5.1固結(jié)的力學(xué)機(jī)理

有效應(yīng)力原理

σ＝σ′＋u第六十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.5.2一維固結(jié)理論基本假設(shè)：1.土層是均質(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少，土粒和水是不可壓縮的；3.水的滲流和土層的壓縮僅在豎向發(fā)生；4.水的滲流遵從達(dá)西定律；5.滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a保持不變。6.外荷載一次瞬時(shí)施加。第六十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

式中Cv

——固結(jié)系數(shù),

應(yīng)用傅立葉級(jí)數(shù)，可求得滿足初始條件和邊界條件的解答如下：

根據(jù)滲流的連續(xù)條件,一維固結(jié)微分方程如下:

初始條件和邊界條件如下:t=0和0≤z≤H時(shí),u=u0=p0<t<∞和z=0時(shí),u=00<t<∞和z=H時(shí),t=∞和0≤z≤H時(shí),u=0

3.5.2.1一維固結(jié)微分方程第六十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五

式中Cv

——固結(jié)系數(shù),

應(yīng)用傅立葉級(jí)數(shù)，可求得滿足初始條件和邊界條件的解答如下：

根據(jù)滲流的連續(xù)條件,一維固結(jié)微分方程如下:

初始條件和邊界條件如下:t=0和0≤z≤H時(shí),u=u0=p0<t<∞和z=0時(shí),u=00<t<∞和z=H時(shí),t=∞和0≤z≤H時(shí),u=0

3.5.2.1一維固結(jié)微分方程第六十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期五時(shí)間因數(shù)：

H土層最遠(yuǎn)的排水距離，當(dāng)土層為單面(上面或下面)排水時(shí)，H取土層厚度；雙面排水時(shí)，水由土層中心分別向上下兩方向排出，此時(shí)H應(yīng)取土層厚度之半。固結(jié)度在某一固結(jié)應(yīng)力作用下，經(jīng)某一時(shí)間t后，土體發(fā)生固結(jié)或孔隙水應(yīng)力消散的程度。對(duì)于土層任一深度z處經(jīng)時(shí)間t后的固結(jié)度：平均固結(jié)度3.5.2.2固結(jié)度