土力學(xué)-土的壓縮性和地基沉降計(jì)算課件

2023年10月16日土力學(xué)課件第四章土的壓縮性和地基沉降計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件主要內(nèi)容4.1概述4.2土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)4.3地基的沉降量計(jì)算4.4應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響4.5地基沉降與時(shí)間的關(guān)系4.6地基沉降計(jì)算的其他情況4.7二維、三維滲流固結(jié)課題4.8地基允許變形值及防止地基有害變形的措施2023年10月16日土力學(xué)課件§4.1概述如果在地基上修建建筑物，地基土內(nèi)各點(diǎn)不僅要承受土體本身的自重應(yīng)力，而且要承擔(dān)由建筑物通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地基的荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用，這都將導(dǎo)致地基土體的變形。在附加應(yīng)力作用下，地基土土體變形，從而將引起建筑物沉降。為什么要研究沉降？基礎(chǔ)的沉降量或者各部位的沉降差過(guò)大，那么將影響上部建筑物的正常使用，甚至?xí)＜敖ㄖ锏陌踩?023年10月16日土力學(xué)課件沉降、不均勻沉降工程實(shí)例

問(wèn)題：沉降2.2米，且左右兩部分存在明顯的沉降差。墨西哥某宮殿地基：20多米厚的粘土概述2023年10月16日土力學(xué)課件由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸沉降、不均勻沉降工程實(shí)例

概述2023年10月16日土力學(xué)課件長(zhǎng)高比過(guò)大的建筑物因不均勻沉降墻體產(chǎn)生裂縫47m3915019419917587沉降曲線(mm)中部沉降大——“八”字形裂縫沉降、不均勻沉降工程實(shí)例

概述2023年10月16日土力學(xué)課件在外力作用下，土顆粒重新排列，土體體積縮小的現(xiàn)象稱為壓縮。通常，土粒本身和孔隙水的壓縮量可以忽略不計(jì)，在研究土的壓縮時(shí)，認(rèn)為土體壓縮主要是孔隙中體積一部分水和空氣被擠出，封閉氣泡被壓縮。土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程稱為土的固結(jié)?！?.2土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

滲透性較大的土砂土，加荷后，孔隙中的水較快排出，壓縮完成得快；滲透性小的土粘土，加荷后，孔隙中的水緩慢排出，且土顆粒間的力作用使壓縮完成得慢。

4.2.1土的壓縮性2023年10月16日土力學(xué)課件1土的壓縮試驗(yàn)為了研究土的壓縮特性，通?？稍谠囼?yàn)室內(nèi)進(jìn)行壓縮（固結(jié)）試驗(yàn)，從而測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)。室內(nèi)壓縮（固結(jié)）試驗(yàn)的主要裝置為側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀）。用這種儀器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，由于剛性護(hù)環(huán)所限，試樣只能在豎向產(chǎn)生壓縮，而不能產(chǎn)生側(cè)向變形，故稱為側(cè)限壓縮試驗(yàn)。4.2.2壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件側(cè)限壓縮試驗(yàn)

固結(jié)容器：環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水石、加壓上蓋和量表架等

加壓設(shè)備：杠桿比例1:10

變形測(cè)量設(shè)備側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀）支架加壓設(shè)備固結(jié)容器變形測(cè)量土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件只在豎直方向上進(jìn)行壓縮變形是由孔隙體積的減小引起的土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件根據(jù)固結(jié)試驗(yàn)各級(jí)荷載pi相應(yīng)的穩(wěn)定壓縮量Si，可求得相應(yīng)孔隙比ei建立壓力p與相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系曲線，稱為土的壓縮曲線。1e0固體顆?？紫禜owtodetermineit?土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件2、壓縮性指標(biāo)（1）壓縮系數(shù)壓縮曲線反映了土受壓后的壓縮特性。土的壓縮系數(shù)是指土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與有效應(yīng)力增量的比值，即e－p曲線某范圍的割線斜率。01002003004000.60.70.80.91.0e(kPa)單位：Mpa-1土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件圖中所示為0.1、0.2MPa兩級(jí)壓力下對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)，稱為a1-2，常用來(lái)衡量土的壓縮性高低。01002003004000.60.70.80.91.0e(kPa)土的類別a1-2(MPa-1)高壓縮性土0.5中壓縮性土[0.1,0.5)低壓縮性土<0.1《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件土的固結(jié)試驗(yàn)的結(jié)果也可以繪在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，即坐標(biāo)橫軸p用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，而縱軸e用普通坐標(biāo)，由此得到的壓縮曲線稱為e~lgp曲線。在較高的壓力范圍內(nèi)，e~lgp曲線近似地為一直線，可用直線的斜率——壓縮指數(shù)Cc來(lái)表示土的壓縮性高低，即式中，e1，e2分別為p1，p2所對(duì)應(yīng)的孔隙比。（2）壓縮指數(shù)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)區(qū)別: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)是常數(shù)。2023年10月16日土力學(xué)課件（3）土的壓縮模量

是指土體在側(cè)限條件下的豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的豎向應(yīng)變之比：1e1固體顆?？紫锻恋捏w積壓縮系數(shù)mv定義為土體在單位應(yīng)力作用下體積應(yīng)變,它與土的壓縮模量互為倒數(shù)。土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件1、現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)教材117§4.2.3土的荷載試驗(yàn)及變形模量土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件2、土的側(cè)壓力系數(shù)及變形模量土的側(cè)壓力系數(shù)，K0，是指?jìng)?cè)限條件下土中側(cè)向應(yīng)力與豎向應(yīng)力之比。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。相當(dāng)于理想彈性體的彈性模量，但是由于土體不是理想彈性體,故稱為變形模量。E0的大小反映了土體抵抗彈塑性變形的能力。前面定義側(cè)限條件下的壓縮模量Es，與之有如下關(guān)系：K0與泊松比有如下關(guān)系：土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件變形模量E0與壓縮模量Es之間的關(guān)系推導(dǎo)：所以有根據(jù)定義土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件土的彈性模量（楊氏模量）E，是指土體在無(wú)側(cè)限條件下瞬時(shí)壓縮的應(yīng)力與彈性應(yīng)變的比值。常用于估算建筑物初始瞬時(shí)沉降。壓縮模量Es和變形模量E0的應(yīng)變?yōu)榭倯?yīng)變，包括彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變。彈性模量E的應(yīng)變只包含彈性應(yīng)變。通常變形模量取值土的類型變形模量(kPa)土的類型變形模量(kPa)泥炭100－500松砂10000－20000塑性粘土500－4000密實(shí)砂50000－80000硬塑粘土4000－8000密實(shí)砂礫石100000－200000較硬粘土8000－15000土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)

2023年10月16日土力學(xué)課件§4.3地基沉降量計(jì)算地基沉降量是指地基土壓縮變形達(dá)固結(jié)穩(wěn)定的最大沉降量。地基沉降有兩方面的原因：一是建筑物荷載在土中產(chǎn)生附加應(yīng)力，二是土具有壓縮性。地基沉降計(jì)算方法有分層總和法、彈性理論法、應(yīng)力歷史法、應(yīng)力路徑法等等。分層總和法是目前被廣泛采用的沉降計(jì)算方法。2023年10月16日土力學(xué)課件分層總和法是以無(wú)側(cè)向變形條件下的壓縮量公式為基礎(chǔ)。一、分層總和法無(wú)側(cè)向變形條件下單向壓縮量計(jì)算假設(shè)：(1)地基土的一個(gè)分層為一均勻、連續(xù)、各向同性的半無(wú)限空間彈性體。(2)土的壓縮完全是由于孔隙體積減小導(dǎo)致骨架變形的結(jié)果，土粒本身的壓縮可忽略不計(jì)；(3)土體僅產(chǎn)生豎向壓縮，而無(wú)側(cè)向變形；(4)土層均質(zhì)且在土層厚度范圍內(nèi)，壓力是均勻分布的。4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件無(wú)側(cè)向變形條件下單向壓縮量公式4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件根據(jù)av，mv和Es的定義上式又可表示為4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件4.3地基沉降量計(jì)算分層總和法——在沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)劃分若干土層，計(jì)算各層的壓縮量（Si），然后求其總和，即得地基表面的最終沉降量S，這種方法稱為分層總和法。沉降計(jì)算深度zn是指自基礎(chǔ)底面向下需要計(jì)算壓縮變形所達(dá)到的深度。分層總和法2023年10月16日土力學(xué)課件沉降計(jì)算深度zn的確定：σz-地基某深度的附加應(yīng)力;σs-自重應(yīng)力。①一般土層：σz=0.2σcz；②軟粘土層：σz=0.1σcz；③至基巖或不可壓縮土層。分層總和法4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件分層總和法的基本思路是：將壓縮層范圍內(nèi)地基分層，計(jì)算每一分層的壓縮量，然后累加得總沉降量。分層總和法有兩種基本方法：e~p曲線法和e～lgp曲線法。4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件用e～p曲線法計(jì)算地基的沉降量計(jì)算步驟（1）首先根據(jù)建筑物基礎(chǔ)的形狀，結(jié)合地基土層性狀，選擇沉降計(jì)算點(diǎn)的位置；再按作用在基礎(chǔ)上荷載的性質(zhì)（中心、偏心或傾斜等），求出基底壓力的大小和分布。（2）將地基分層。1~2m,<=0.4b,土層交界面，地下水位；（3）計(jì)算地基中的自重應(yīng)力分布。（4）計(jì)算地基中豎向附加應(yīng)力分布;（5）確定壓縮層厚度；（6）按算術(shù)平均求各分層平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力。(注意：也可以直接計(jì)算各土層中點(diǎn)處的自重應(yīng)力及附加應(yīng)力)4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件（7）求出第i分層的壓縮量。p→e（注意：不同土層要用不同曲線），代公式：（8）最后將每一分層的壓縮量累加，即得地基的總沉降量為：

4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件【例題4－1】某柱下獨(dú)立基礎(chǔ)為正方形，邊長(zhǎng)l=b=4m，基礎(chǔ)埋深d=1m，作用在基礎(chǔ)頂面的軸心荷載F=1500kPa。地基為粉質(zhì)黏土，土的天然重度γ=16.5kN/m3，地下水位深度3.5m，水下土的飽和重度γsat=18.5kN/m3，如圖所示。地基土的天然孔隙比e1=0.95，地下水位以上土的壓縮系數(shù)為a1=0.30MPa-1，地下水位以下土的壓縮系數(shù)為a2=0.25MPa-1，地基土承載力特征值fak=94kPa。試采用傳統(tǒng)單向壓縮分層總和法和規(guī)范推薦分層總和法分別計(jì)算該基礎(chǔ)沉降量。4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件【解】按分層總和法計(jì)算①按比例繪制柱基礎(chǔ)及地基土的剖面圖，如圖所示。②按式計(jì)算地基土的自重應(yīng)力（提示：自土面開始，地下水位以下用浮重度計(jì)算），結(jié)果如表4-6。應(yīng)力圖如圖。③計(jì)算基底應(yīng)力④計(jì)算基底處附加應(yīng)力

⑤計(jì)算地基中的附加應(yīng)力⑥地基受壓層厚度zn確定⑦地基沉降計(jì)算分層⑧計(jì)算各層土的壓縮量

4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件⑨柱基礎(chǔ)中點(diǎn)最終沉降量

自基底深度z(m)土層厚度Hi(m)自重應(yīng)力(kPa)附加應(yīng)力（kPa）孔隙比e1附加應(yīng)力平均值(kPa)分層土壓縮變形量ΔSi(mm)l/bz/bαcσz016.51.000.250097.251.21.236.31.00.60.222986.600.9591.9316.972.51.357.751.01.250.146157.760.9572.1014.424.11.671.351.02.050.081131.510.9544.649.166.01.987.51.03.000.044717.390.9524.455.96表4-6分層總和法計(jì)算地基沉降量4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件【例題4-2】墻下條形基礎(chǔ)寬度為2.0m，傳至地面的荷載為100kN／m，基礎(chǔ)理置深度為1.2m，地下水位在基底以下0.6m，如下圖所示，地基土的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)e-p數(shù)據(jù)下表所示，用分層總和法求基礎(chǔ)中點(diǎn)的沉降量。4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件地基土的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)e-p數(shù)據(jù)【解】（1）地基分層：考慮分層厚度不超過(guò)0.4b=0.8m以及地下水位，基底以下厚1.2m的粘土層分成兩層，層厚均為0.6m，其下粉質(zhì)粘土層分層厚度均取為0.8m。（2）計(jì)算自重應(yīng)力計(jì)算分層處的自重應(yīng)力，地下水位以下取有效重度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算各分層上下界面處自重應(yīng)力的平均值，作為該分層受壓前所受側(cè)限豎向應(yīng)力p1i，各分層點(diǎn)的自重應(yīng)力值及各分層的平均自重應(yīng)力值見圖及附表。050100200300粘土①0.6510.6250.6080.5870.570粉質(zhì)粘土②0.9780.8890.8550.8090.7734.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件分層點(diǎn)深度zim自重應(yīng)力ss

kPa附加應(yīng)力sZkPa層號(hào)層厚Hi

m自重應(yīng)力平均值(即P1i)

kPa附加應(yīng)力平均值(即Pi)

kPa總應(yīng)力平均值(即P2i)kPa受壓前孔隙比e1i(對(duì)應(yīng)P1i)受壓后孔隙比e2i(對(duì)應(yīng)P2i)分層壓縮量Dsi

mm0021.152.9————————10.631.749.5①0.626.451.277.60.6370.6167.721.236.440.0②0.634.144.878.90.6330.6156.632.042.929.0③0.839.734.574.20.9010.87311.842.849.522.2④0.846.225.671.80.8960.8749.353.656.017.8⑤0.852.820.072.80.8870.8745.564.462.614.8⑥0.859.316.375.60.8830.8724.775.268.812.7⑦0.865.713.879.40.8780.8693.8附表分層總和法計(jì)算地基最終沉降4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件（3）計(jì)算豎向附加應(yīng)力；基底平均附加應(yīng)力為：查條形基礎(chǔ)豎向應(yīng)力系數(shù)表，可得應(yīng)力系數(shù)au及計(jì)算各分層點(diǎn)的豎向附加應(yīng)力，并計(jì)算各分層上下界面處附加應(yīng)力的平均值，見附圖及附表。（4）將各分層自重應(yīng)力平均值和附加應(yīng)力平均值之和作為該分層受壓后的總應(yīng)力p2i。（5）確定壓縮層深度：按sz/sc=0.2來(lái)確定壓縮層深度，在z=4.4m處，sz/sc＝14.8/62.5=0.237＞0.2,在z=5.2m處，sz/sc＝12.7/69.0＝0.184＜0.2，所以壓縮層深度可取為基底以下5.2m。（6）計(jì)算各分層的壓縮量如第③層各分層的壓縮量列于附表中。（7）計(jì)算基礎(chǔ)平均最終沉降量

4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件二、規(guī)范法《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的計(jì)算方法是對(duì)分層總和法單向壓縮公式的修正。同樣采用了側(cè)限條件下e－p曲線的壓縮性指標(biāo)，但運(yùn)用了平均附加應(yīng)力系數(shù)；規(guī)定了地基變形計(jì)算深度的新標(biāo)準(zhǔn)；提出了沉降計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，使結(jié)果接近實(shí)際。4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件為了簡(jiǎn)化計(jì)算，地基基礎(chǔ)規(guī)范引入了平均附加應(yīng)力系數(shù)和沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

，并建議用

S=

s

S'=

s

可查教材p130表4.3.6，

可查教材p130表4.3.5。

P138例題4-34.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件三、按彈性力學(xué)公式計(jì)算沉降量值查表4.3.14常用變形模量E0來(lái)代替彈性模量E優(yōu)點(diǎn)：直接使用彈性理論，概念清晰，計(jì)算簡(jiǎn)便。適用范圍及不足：適用于地基土土質(zhì)均勻，荷載面積不大的情況。不適用于復(fù)雜邊界條件，土層不均勻時(shí)，計(jì)算的準(zhǔn)確與否取決于所選用的彈性模量（或變形模量）是否具有代表性。彈性力學(xué)公式計(jì)算的沉降量往往偏大。4.3地基沉降量計(jì)算2023年10月16日土力學(xué)課件§4.4應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響1沉積土層按先期固結(jié)壓力的分類從取樣現(xiàn)場(chǎng)確定試樣現(xiàn)在的自重應(yīng)力p1=Σγihi(γi?)根據(jù)p1

與pc

的關(guān)系可將天然土體分為以下三種類:如果pc=p1，稱為正常固結(jié)土；如果pc>p1，稱為超固結(jié)土；如果pc<p1，稱為欠固結(jié)土。(1)正常固結(jié)土是容易理解的。(2)超固結(jié)土層是在歷史上固結(jié)穩(wěn)定后又受到過(guò)覆蓋土層的剝蝕、冰川的融化、地下水位的上升等原因，使長(zhǎng)期存在于土層中的豎向有效應(yīng)力減小后形成的。2023年10月16日土力學(xué)課件(3)欠固結(jié)土就是土層在目前的自重應(yīng)力作用下尚未完成固結(jié)。pc與p1之比稱為超固結(jié)比用OCR表示，即OCR=pc:p1，其值越大表示超固結(jié)作用越大。

相應(yīng)的:OCR=1.0的土就是正常固結(jié)土;OCR>1.0的土就是超固結(jié)土;OCR<1.0的土就是欠固結(jié)土?！?.4應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響2023年10月16日土力學(xué)課件圖

正常固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線推求2現(xiàn)場(chǎng)初始?jí)嚎s曲線的推求

1)正常固結(jié)土如右圖(教材P144圖4.4.5)所示。 ①假設(shè)條件：10取樣過(guò)程中無(wú)回彈,

eo代表現(xiàn)場(chǎng)原位(

p1)

孔隙比；

20

e=0.42eo時(shí)，試 樣不受擾動(dòng)(試 驗(yàn)結(jié)果的總結(jié))。§4.4應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響2023年10月16日土力學(xué)課件 ②方法：

10

根據(jù)試驗(yàn)曲線，用卡薩格蘭德方法找到先期固結(jié)壓力pc；

20

確定原位狀態(tài)點(diǎn)b(

p1=pc，eo)

；

30

在試驗(yàn)曲線上找到縱坐標(biāo)e=0.42eo的點(diǎn)c；

40

連接b、c兩點(diǎn)即得原位壓縮曲線bc，其斜 率就是土的原位壓縮指數(shù)Cc?！?.4應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響2023年10月16日土力學(xué)課件2)超固結(jié)土如右圖(教材P144圖4.4.6)所示。 ①假設(shè)條件：

10

取樣過(guò)程中無(wú)回彈,

eo代表現(xiàn)場(chǎng)原位(

p1)

孔隙比；

20

e=0.42eo時(shí)，試樣 不受擾動(dòng)(試驗(yàn)結(jié)果 的總結(jié))；

30

再壓縮指數(shù)Ce為常 數(shù)。圖4-13超固結(jié)土的原始 壓縮曲線推求

§4.4應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響2023年10月16日土力學(xué)課件 ②方法：

10

用卡薩格蘭德法從室內(nèi)試驗(yàn)曲線上找到 先期固結(jié)壓力pc；

20

確定原位狀態(tài)點(diǎn)b1(

p1=Σγ?h

，eo)；

30

從b1點(diǎn)作斜率為Ce的直線交垂線p=pc于b

點(diǎn)；

40

在室內(nèi)試驗(yàn)曲線上找到縱坐標(biāo)e=0.42eo的 點(diǎn)c；

50

連接b、c兩點(diǎn)得直線bc。§4.4應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響3)欠固結(jié)土近似按正常固結(jié)土的方法求原始?jí)嚎s曲線。2023年10月16日土力學(xué)課件3e～lgp曲線法（應(yīng)力歷史法）利用室內(nèi)e～lgp曲線法可以考慮應(yīng)力歷史的影響，從而可進(jìn)行更為準(zhǔn)確的沉降計(jì)算。與單向壓縮分層總和法的區(qū)別：a.采用e～lgp曲線確定壓縮指數(shù)Ccb.由現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線求得c.初始孔隙比用d.考慮土的應(yīng)力歷史，對(duì)正常固結(jié)土和超固結(jié)土采用不同的計(jì)算公式§4.4應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響2023年10月16日土力學(xué)課件e–pe–log

p1前蘇聯(lián)、中國(guó)西

方2無(wú)法確定現(xiàn)場(chǎng)初始?jí)嚎s曲線可確定現(xiàn)場(chǎng)初始?jí)嚎s曲線3無(wú)法區(qū)分正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)可區(qū)分正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)土，可考慮回彈4結(jié)

果

偏

小結(jié)

果

偏

大5二者與實(shí)測(cè)結(jié)果均有較大誤差，都要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)修正e-p曲線與e-lgp曲線計(jì)算沉降的比較2023年10月16日土力學(xué)課件

沉降計(jì)算方法的討論單向壓縮分層總和法（使用e-p曲線）優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算方法簡(jiǎn)單，計(jì)算指標(biāo)容易測(cè)定，能考慮地基分層、地下水位、基礎(chǔ)形狀，適用廣泛，經(jīng)驗(yàn)積累較多。當(dāng)基礎(chǔ)面積大大超過(guò)壓縮層厚度，可以得到較好結(jié)果。缺點(diǎn)：室內(nèi)測(cè)e-p曲線，取樣擾動(dòng)，使計(jì)算結(jié)果偏大。可判定原狀土壓縮曲線區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài)無(wú)法確定現(xiàn)場(chǎng)土壓縮曲線不區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài)e-lgp曲線方法與e-p曲線方法相比，不足之處：規(guī)范法,修正，提高了精度。e-p

e-lgp其它方法的優(yōu)缺點(diǎn)前面已講過(guò)2023年10月16日土力學(xué)課件§4.5地基沉降與時(shí)間的關(guān)系固結(jié)：飽和土體在某壓力作用下，壓縮量隨著孔隙水的排出而逐漸增長(zhǎng)的過(guò)程；固結(jié)描述了沉降與時(shí)間之間的關(guān)系。關(guān)西國(guó)際機(jī)場(chǎng)世界最大人工島1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)面積：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m地基：15-21m厚粘土工程實(shí)例——關(guān)西國(guó)際機(jī)場(chǎng)是日本建造海上機(jī)場(chǎng)的偉大壯舉，是日本人圍海造地工程的杰作。

關(guān)西國(guó)際機(jī)場(chǎng)建在大阪東南、離海岸大約3英里的大沙灘上。這個(gè)大沙灘，長(zhǎng)2.5英里，寬0.75英里。1989年日本政府決定在大阪建成年客流量高大3000萬(wàn)人的世界級(jí)機(jī)場(chǎng)，并配有現(xiàn)代化的商場(chǎng)、旅館以及其他配套設(shè)施。機(jī)場(chǎng)的全部預(yù)算高達(dá)100億美元，如果將配套的高速運(yùn)輸線和填海費(fèi)用全部計(jì)算在內(nèi)，工程造價(jià)將超過(guò)英吉利海峽隧道工程。

關(guān)西機(jī)場(chǎng)1994年夏季已投入使用，整個(gè)機(jī)場(chǎng)酷似一個(gè)綠色的峽谷，一側(cè)為陸地，一側(cè)為海洋。

國(guó)家：日本

城市：大阪

年份：1994年

關(guān)西機(jī)場(chǎng)象是一具精準(zhǔn)的儀器，是數(shù)學(xué)與科技的結(jié)晶?！喼Z2023年10月16日土力學(xué)課件工程實(shí)例——設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)沉降：

5.7－7.5m完成時(shí)實(shí)際沉降：

8.1m，5cm/月

(1990年)預(yù)測(cè)主固結(jié)完成：

20年后比設(shè)計(jì)超填：

3.0m問(wèn)題：沉降大且有不均勻沉降日期測(cè)點(diǎn)及實(shí)際沉降值（m）123578101112151617平均00-1210.69.712.811.710.613.011.610.312.712.59.014.111.701-1210.89.913.011.910.713.211.810.512.912.79.114.311.92023年10月16日土力學(xué)課件一、飽和土的滲透固結(jié)物理模型——彈簧活塞模型§4.5地基沉降與時(shí)間的關(guān)系ppp附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:

u=σz=p有效應(yīng)力:σ’z=0滲流固結(jié)過(guò)程－變形逐漸增加附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:

u<p有效應(yīng)力:σ’z>0附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:

u=0有效應(yīng)力:σ’z=pp2023年10月16日土力學(xué)課件從固結(jié)模型模擬的土體的固結(jié)過(guò)程可以看出：在某一壓力作用下，飽和土的固結(jié)過(guò)程就是土體中各點(diǎn)的超孔隙水應(yīng)力不斷消散、附加有效應(yīng)力相應(yīng)增加的過(guò)程，或者說(shuō)是超孔隙水應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)化為附加有效應(yīng)力的過(guò)程，而在這種轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，任一時(shí)刻任一深度上的應(yīng)力始終遵循著有效應(yīng)力原理，即p=u+σ′。因此，關(guān)于求解地基沉降與時(shí)間關(guān)系的問(wèn)題，實(shí)際上就變成求解在附加應(yīng)力作用下，地基中各點(diǎn)的超孔隙水應(yīng)力隨時(shí)間變化的問(wèn)題。因?yàn)橐坏┠硶r(shí)刻的超孔隙水應(yīng)力確定，附加有效應(yīng)力就可根據(jù)有效應(yīng)力原理求得，從而，根據(jù)上節(jié)介紹的理論，求得該時(shí)刻的土層壓縮量。2023年10月16日土力學(xué)課件二、太沙基（Terzaghi）單向固結(jié)理論實(shí)踐背景：大面積均布荷載p不透水巖層飽和壓縮層σz=pp側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)①土層均勻且完全飽和；②土顆粒與水不可壓縮；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)保持不變；⑥壓縮系數(shù)a是常數(shù)。1、基本假定2023年10月16日土力學(xué)課件2、建立方程微小單元（1×1×dz）微小時(shí)段（dt）孔隙體積的變化＝流出的水量土的壓縮特性有效應(yīng)力原理達(dá)西定律表示超靜孔隙水壓力的時(shí)空分布的微分方程超靜孔隙水壓力孔隙比超靜孔隙水壓力孔隙比土骨架的體積變化＝不透水巖層飽和壓縮層z2023年10月16日土力學(xué)課件固體體積：孔隙體積：dt時(shí)段內(nèi)：孔隙體積的變化＝流出的水量2023年10月16日土力學(xué)課件dt時(shí)段內(nèi)：孔隙體積的變化＝流出的水量土的壓縮性：有效應(yīng)力原理：達(dá)西定律:孔隙體積的變化＝土骨架的體積變化2023年10月16日土力學(xué)課件由公式可以求解得任一深度z在任一時(shí)刻t的孔隙水應(yīng)力的表達(dá)式。固結(jié)微分方程的物理意義：孔隙水應(yīng)力隨時(shí)間的變化正比于水力梯度隨深度的變化。固結(jié)系數(shù)Cv

反映了土的固結(jié)性質(zhì)：孔壓消散的快慢－固結(jié)速度；Cv

與滲透系數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；（cm2/s；m2/year，粘性土一般在10-4cm2/s量級(jí)）2023年10月16日土力學(xué)課件3、固結(jié)微分方程求解：(4-36)

線性齊次拋物線型微分方程式，一般可用分離變量方法求解。給出定解條件，求解滲流固結(jié)方程，就可以解出uz,t。（1）求解思路2023年10月16日土力學(xué)課件不透水巖層飽和壓縮層σz=pp0

z

H:u=pz=0:u=0z=H:uz

0

z

H:u=0（2）邊界、初始條件z2023年10月16日土力學(xué)課件時(shí)間因數(shù)反映孔隙水壓力的消散程度－固結(jié)程度式中，m——正奇數(shù)（1，3，5......）；Tv——時(shí)間因數(shù)，無(wú)因次其中，H為最大排水距離，在單面排水條件下為土層厚度，在雙面排水條件下為土層厚度的一半。2023年10月16日土力學(xué)課件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)m＝1，3，5，7······4、固結(jié)微分方程的解2023年10月16日土力學(xué)課件三、固結(jié)度及其應(yīng)用所謂固結(jié)度，就是指在某一附加應(yīng)力下，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)某一深度z處土層經(jīng)時(shí)間t后，該點(diǎn)的固結(jié)度可用下式表示式中：uo——初始孔隙水應(yīng)力，其大小即等于該點(diǎn)的附加應(yīng)力p；u——t時(shí)刻該點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力。某一點(diǎn)的固結(jié)度對(duì)于解決工程實(shí)際問(wèn)題來(lái)說(shuō)并不重要，為此，常常引入土層平均固結(jié)度的概念。2023年10月16日土力學(xué)課件或者式中：st——經(jīng)過(guò)時(shí)間t后的基礎(chǔ)沉降量；

s——基礎(chǔ)的最終沉降量。M2023年10月16日土力學(xué)課件（m=1,3,5,7…）土層的平均固結(jié)度是時(shí)間因數(shù)Tv的單值函數(shù)，它與所加的附加應(yīng)力的大小無(wú)關(guān)，但與附加應(yīng)力的分布形式有關(guān)。反映附加應(yīng)力分布形態(tài)的參數(shù)：對(duì)0型，附加應(yīng)力為（沿豎向）均勻分布

定義為透水面上的附加應(yīng)力與不透水面上附加應(yīng)力之比。

2023年10月16日土力學(xué)課件“1”型“2”型“0-1”型“0-2”型“0”型2023年10月16日土力學(xué)課件為了使用的方便，已將各種附加應(yīng)力呈直線分布（即不同α值）情況下土層的平均固結(jié)度與時(shí)間因數(shù)之間的關(guān)系繪制