國海洋大學《土力學與地基》課件-第4章

中國海洋大擎土木工程系必修課程環(huán)境科學與工程學院山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點實驗室第四章：土的壓縮性與地基沉降計算由側(cè)限壓縮試驗整理得到的三條常用曲線先期固結壓力一維壓縮性及其指標指標名稱定義曲線E?側(cè)限壓縮模量e-p曲線體積壓縮系數(shù)a壓縮系數(shù)e-p曲線壓縮指數(shù)e-lg(p)曲線回彈指數(shù)側(cè)限壓縮試驗指標匯總?cè)缤翆赢斍俺惺艿淖灾亍龀探Y比：OCR=1:正常固結OCR>1:超固結先期固結壓力正常固結土的原位壓縮曲線：直線正常固結土初始壓縮曲線AB:沉積過程，到B點應BC:取樣過程，應力減小，先期固結壓力為σpCD:壓縮試驗曲線，開后段趨近原位壓縮曲線近發(fā)生轉(zhuǎn)折，據(jù)此可先期固結壓力1.在e-1gp曲線上，找出曲率半徑最小點m2.作水平線m13.作m點切線m24.作m1,m2的角分線m35.m3與試驗曲線的直線段交于點B6.B點對應于先期固結壓原狀土的原位壓縮曲線：客觀存在的，無法直接得到原狀土的原位再壓縮曲線：p(lg)客觀存在的，無法直接得到p(lg)原位壓縮及原位再壓縮曲線●取樣后不回彈，即土樣取出后孔隙比保持不●壓縮指數(shù)Cc和回彈指數(shù)Ce為常數(shù)●試驗曲線上的0.42e?點不受到擾動影響，未受擾動的原位初始壓縮曲線也應相交于該點原位初始壓縮曲線的推求①不同擾動程度試樣的室內(nèi)壓縮曲線對正常固結土先期固結壓力(e?,σ)位于原位壓縮曲線上通過B、C兩點的直線即為所求正常固結土原位壓縮曲線的推求壓縮曲線上以0.42e?在壓縮曲線上確定C壓縮曲線超固結土原位再壓縮曲線的推求e-p曲線先期固結壓力原位壓縮曲線及原位再壓縮曲線第四章：土的壓縮性與地基沉降計算初始瞬時沉降S?:在不排水條件下，由剪應變引起側(cè)向變形導致壓消散導致的沉降，通常是地基變形的主要部分次固結沉降S,:由于土骨架的蠕變特性引起的變形黏性地基的沉降類型可壓縮層不可壓縮層!為基礎的分層總和法地基的最終沉降量計算單一土層一維壓縮問題地基最終沉降量分層總和法地基沉降計算的若干問題地基的最終沉降量計算§4.4§4.4地基的最終沉降量計算-單一土層See,H=e,HeKY?xxRRRxKXT*K*1單一土層一維壓縮問題■計算公式：e-Igp曲線可使用推定的原位壓和再壓縮曲線可考慮土層的應力歷史，區(qū)分正常固結土和超固結土分別進行計算單一土層一維壓縮問題§4.4§4.4地基的最終沉降量計算-單一土層可使用推定的原位壓縮曲線的C.值進行計算：單一土層一維壓縮問題§4.4地基的最終沉降量計算-單一土層§4.4地基的最終沉降量計算-單一土層可使用推定的原位壓縮和再壓單一土層一維壓縮問題§4.4地基的最終沉降量計算-分層總和法■施工步驟基底基底加載，基礎底面再壓縮基坑回填：基礎土層重加載，基礎地面再壓縮建筑物施工：基礎土層壓縮沉降地基最終沉降量分層總和法§4.4§4.4地基的最終沉降量計算-分層總和法情況1:不考慮地基回彈情況2:考慮地基回彈 已知：地基各土層的壓縮曲線→原狀土壓縮曲線地基最終沉降量分層總和法§4.4§4.4地基的最終沉降量計算-不考慮回彈1.原地基自重應力分布oSZ·0從地面算起；引起地基最終沉降量分層總和法28§4.4地基的最終沉降量計算-不考慮回彈■計算步驟-情況1地面p4.確定計算深度znpYydi!P?ydi!P?0G0S(△Z算深度地基最終沉降量分層總和法29§4.4§4.4地基的最終沉降量計算-不考慮回彈■計算步驟-情況1降量計算方法計算地基最終沉降量分層總和法30§4.4地基的最終沉降量計算-分層總和法■結果修正○參數(shù)為常數(shù)S導致S的計算誤差，如：②側(cè)限壓縮使計算值偏?、鄣鼗痪鶆蛐詫е碌恼`差等軟黏土(應力集中)硬黏土(應力擴散)地基最終沉降量分層總和法§4.4§4.4地基的最終沉降量計算-分層總和法基底附加應力EEE、EA,●),Z●Z)fi:地基承載力標準值經(jīng)驗修正系數(shù)!土質(zhì)軟硬有關與基底附加應力地基最終沉降量分層總和法§4.4地基的最終沉降量計算-分層總和法②應力分布③沉降計算④結果修正·建筑基礎(形狀、大小、重量、埋深)·地基各土層的壓縮曲線→原狀土壓縮曲線確定分層界面分層總和法要點小結§4.4地基的最終沉降量計算-黏性地的沉降計算§4.4地基的最終沉降量計算-黏性地的沉降計算初始瞬時沉降S,取決于剪切變形主固結沉降S,取決于滲透固結過程，通常是地基變形的主要部分次固結沉降Ss,取決于土骨架的蠕變變形黏性地基的沉降量計算§4.4地基的最終沉降量計算-分層總和法評價可計算成層地基可計算不同形狀基礎-條性、矩形和園形等可計算不同基底壓力分布-均勻、三角和梯形分布參數(shù)的試驗測定方法簡單已經(jīng)積累了幾十年應用的經(jīng)驗，適當修正分層總和法的評價①原蘇聯(lián)①歐美②無法確定現(xiàn)場土壓縮曲線②可判定原狀土壓縮曲線③區(qū)分不同固結狀態(tài)③區(qū)分不同固結狀態(tài)④計算結果偏小分層總和法的評價第四章：土的壓縮性與地基沉降計算土的壓縮性測試方法√一維壓縮性及其指標√地基的最終沉降量計算√日本關西國際機場20年后日期平均關西國際機場p可壓縮層不可壓縮層問題：固結沉降的速度和程度?超靜孔隙水壓力的大小?S一維滲流固結飽和土體的滲流固結理論飽和土一維滲流固結理論(Terzaghi滲流固結理論)固結度的計算有關沉降-時間的工程問題固結系數(shù)的測定飽和土體的滲流固結理論立起來的反映土體變形過程的基本理論。土力學的創(chuàng)始人Terzaghi教授于20世紀20年代提出飽和土的一維滲透固結理論物理模型-太沙基一維滲透固結模型·數(shù)學模型-滲透固結微分方程方程求解-理論解答·固結程度一固結度的概念一維滲流固結理論§4.5§4.5飽和土體的滲流固結理論-一維固結理論飽和壓縮層不透水巖層側(cè)限狀態(tài)的簡化模型p處于側(cè)限狀態(tài)，滲流和土體的變處于側(cè)限狀態(tài)，滲流和土體的變形只沿豎向發(fā)生Terzaghi一維滲流固結模型土體的固結物理模型pp彈簧孔隙水水體排水頂面Terzaghi一維滲流固結模型Terzaghi一維滲流固結模型基本假定◆基本變量1.土層是均質(zhì)且完全飽和2.土顆粒與水不可壓縮3.水的滲出和土層壓縮只沿豎向發(fā)生4.滲流符合達西定律且滲透系數(shù)保持不變6.荷載均布，瞬時施加，總應力不隨時間變化已知已知超靜孔隙水壓 土層超靜孔壓是z和t的函數(shù)，滲流固結的過程取決于土層可壓縮性(總排水量)和滲透性(滲透速度)OOU§4.5§4.5飽和土體的滲流固結理論-一維固結理論微小單元(1×1×dz)土骨架的體積變化=流入流出水量差滲流固結基本方程孔隙體積的變化=流出的水量孔隙體積的變化=流出的水量孔隙體積的變化=流出的水量孔隙體積的變化=流出的水量達西定律：孔隙體積的變化=土骨架的體積變化孔隙體積的變化=土骨架的體積變化a土的壓縮性：a有效應力原理：§4.5飽和土體的滲流固結理論-一維固結理論§4.5飽和土體的滲流固結理論-一維固結理論U◆C,反映土的固結特性：孔壓消散的快慢一固結速度◆C,數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；◆單位：cm2/s;m2/year,黏性土一般在10?cm2/s量級§4.5§4.5飽和土體的滲流固結理論-一維固結理論·反映了超靜孔壓的消散速度與孔壓沿豎向的分布有關·是一線性齊次拋物型偏微分方程式，與熱傳導擴散方程形式方程求解-解題思路§4.5§4.5飽和土體的滲流固結理論-一維固結理論初始條件人人m七m2H為無量綱數(shù)，稱為時間因數(shù)，反映超靜孔壓消散的程度也即固結的程度方程求解-方程的解●方程的解：排水面思考：兩面排水時如何計算?方程求解-固結過程解完全相同◆下半部和上半部對稱排水面方程求解-固結過程§4.5§4.5飽和土體的滲流固結理論-固結度計算其有效應力σ#*KKrxRT層土的平均固結度§4.5飽和土體的滲流固結理論-固結度計算§4.5飽和土體的滲流固結理論-固結度計算固結度等于t時刻的沉隆量與最終沉降量之比固結度的概念§4.5§4.5飽和土體的滲流固結理論-固結度計算均布荷載單向排水§4.5飽和土體的滲流固結理論-固結度計算§4.5飽和土體的滲流固結理論-固結度計算■U;土層固結的快慢→T,的單值函數(shù)k土層厚度(最大滲徑),平方地基的平均固結度計算§4.5§4.5飽和土體的滲流固結理論-工程問題求某一時刻t的固結度與沉降量求達到某一固結度所需要的時間根據(jù)前一階段測定的沉降-時間曲線，推算以后的沉降一時間關系有關沉降一時間的工程問題§4.5§4.5飽和土體的滲流固結理論-工程問題固結度與沉降量tte有關沉降一時間的工程問題§4.5飽和土體的滲流固結理論-工程問題■求達到某一沉降量(固結度)所需要的時間從U,查表(計算)確定T,tt有關沉降一時間的工程問題公式計算a,β§4.5飽和土體的滲流固結理論-工程問題■根據(jù)前一階段測定的沉降-時間曲線，推算以后的沉降一時間關系有關沉降一時間的工程問題大，固結越快，確定方法有四種：直接測量法·時間平方根法—經(jīng)驗方法·時間對數(shù)法—經(jīng)驗方法固結系數(shù)確定方法C,在較大的應力范圍內(nèi)接近常數(shù)精度較低