高等土力学土的压缩与固结.ppt

第5章 土的压缩与固结1-5.1 概述概述土的压缩性 土颗粒压缩；孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解；孔隙水和孔隙气体的排出，土体积减小。土的压缩变形压缩变形量的绝对大小（沉降量）；压缩变形随时间的变化（土体固结）。2-5.2 土的土的压缩压缩与地基的沉降与地基的沉降5.2.1 土的土的压缩压缩1、土体、土体变变形机理分析形机理分析所以：3-土体中水重的变化率由下列原因引起：1）饱和度变化；2）孔隙比变化；3）水容重变化；4）土粒容重变化。土的孔隙比变化和饱和度变化组合：1）孔隙比与饱和度均为常数；2）饱和度为常数，孔隙比变化；3）孔隙比为常数，饱和度变化变化；4）孔隙比与饱和度均变化。4-2、土体、土体压缩压缩的一般的一般规规律律室内压缩试验5-6-1）压缩曲线和压缩过程曲线7-8-2）压缩性指标：压缩系数：体积压缩系数：压缩模量：压缩指数：固结系数：先期固结压力Pc：次压缩系数：9-1）压缩指数Cc和压缩系数av之间关系：2）变形模量和压缩模量的关系：由虎克定律：压缩试验时：则可得：10-又由虎克定律：可得：对于压缩试验：所以：由此可得：11-5.2.3 沉降沉降产产生原因和生原因和类类型型1.引起地基沉降的可能原因引起地基沉降的可能原因12-2.沉降的沉降的类类型型 瞬时沉降Si 固结沉降Sc 次压缩（固结）沉降Ss13-5.2.4 瞬瞬时时沉降和次沉降和次压缩压缩沉降沉降1、瞬、瞬时时沉降沉降1）基本解答1）均布荷载柔性基础下的瞬时沉降14-3）考虑基础有限厚度和基础埋深的瞬时沉降15-4）弹性模量的确定5）瞬时沉降的修正或16-2、次、次压缩压缩（固（固结结）沉降）沉降17-5.3 地基沉降地基沉降计计算算5.3.1 计计算方法算方法综综述述18-5.3.2 单单向向压缩压缩沉降沉降计计算法算法1、基本方法2、分层总和法19-5.3.3 考考虑虑三向三向变变形效形效应应的的单单向向压缩压缩沉降沉降计计算法算法对于饱和土体，B=1.0，式（5-18）可以写为下式：比较上式和（5-18），可得：20-总沉降量：21-5.3.4 三向三向变变形沉降形沉降计计算法算法令22-代入（5-26）式，得：对于平面应变问题：令：23-地基沉降：24-5.3.8 曲曲线拟线拟合法合法25-5.4 单单向固向固结结理理论论 当t=0时：当t0时：当tt1时：单单向固向固结结模型：模型：26-1、太沙基一维渗流固结理论1）基本假定）基本假定 土体均质、各向同性、完全饱和；土颗粒和水均不可压缩；土层压缩和土中水的渗流只沿竖向发生，是一维的；土中水的渗流服从达西定律，且渗透系数k保持不变；土的压缩系数a在固结过程中保持不变；外荷载是一次瞬时施加的。27-2）固）固结结方程方程(1)连续性条件：dt时间内微元体的排水量的变化等于微元体在dt时间内的 竖向压缩量。根据达西定律：压力水头h是由外荷载产生的孔隙水压力产生：dt时间内微元体排水量的变化：28-所以：可得：dt时间内微元体的体积变化为：又由：则可得：29-由渗流连续方程dQ=dV，可得：根据有效应力原理：所以有：30-太沙基一维固结微分方程固结系数3）固）固结结方程的解方程的解起始条件与边界条件：31-固结方程的解：如起始超静孔隙水压力不随深度变化，即u0为常数：其中：4）固）固结结度度32-33-平均固结度：固结沉降：34-5）起始超静孔隙水）起始超静孔隙水压压力非均匀分布的情况力非均匀分布的情况35-5.5 单单向固向固结结的复的复杂杂情况情况5.5.1 加荷随加荷随时间变时间变化化1、理、理论论解解36-37-38-1、简简化化图图解法解法（1）施工期，tt0（2）刚竣工和竣工后，39-5.5.3 地基地基为为成成层层土土1、当量层法某时刻t，对第二层土：化为当量厚度：以上两式相等，故有：40-2、平均指标法平均指标：代入式（5-96），可得：41-5.6 二二维维和三和三维维固固结结42-5.6.1 太沙基太沙基伦伦杜立克理杜立克理论论渗流连续方程：将达西定律代入：当各向同性时：43-土体体积变化：根据有效应力原理：根据广义虎克定律：44-或者：对于二维固结：对于一维固结：且有如下关系：45-5.6.2 比奥（比奥（Biot）固）固结结理理论论平衡方程：根据有效应力原理：46-或者：47-几何方程：物理方程：48-或者：把几何方程代入物理方程，再把物理方程代入平衡方程，得：49-式中：再根据渗流连续条件，得：或：根据虎克定律，有：（5-123）代入（5-123），则：50-对于二维问题：5.6.3 比奥固比奥固结结理理论论和准多和准多维维固固结结理理论论的比的比较较1、两种理论的推导依据2、曼德尔克雷尔效应51-52-53-3、超静水压力消散的比较54-4、固结度的比较55-5.6.4 三向固三向固结结的的轴对轴对称称问题问题砂井地基的排水固砂井地基的排水固结结砂井固结：沿垂直方向（z轴）的渗流；垂直于z轴的平面内的轴对称渗流。56-1、理想砂井排水固、理想砂井排水固结结卡雷洛（Carrilo）证明：理想砂井的巴隆（Barron）解：1）自由竖向应变假定；2）等竖向应变假定。57-边界条件和初始条件：固结方程的解：式中：58-巴隆解的固结度表达式：59-2、考、考虑虑井阻与涂抹效井阻与涂抹效应应的砂井地基排水固的砂井地基排水固结结边界条件和初始条件：60-固结方程的解：固结度的表达式：塑料排水带：61-62-63-64-65-66-67-68-69-70-71-72-73-74-75-76-77-78-79-80-81-