土力学4土的压缩性与固结.pptx

本章提要本章提要 本章特点本章特点 学习难点学习难点第四章：第四章：土的压缩与固结土的压缩与固结 土的压缩性土的压缩性-测试方法和指标测试方法和指标 地基的最终沉降量地基的最终沉降量-分层总合法分层总合法 地基的沉降过程地基的沉降过程-饱和土渗流固结理论饱和土渗流固结理论 有一些较严格的理论有一些较严格的理论 有较多经验性假设和公式有较多经验性假设和公式 应力历史及先期固结压力应力历史及先期固结压力 不同条件下的总沉降量计算不同条件下的总沉降量计算 渗流固结理论及参数渗流固结理论及参数土的压缩变形问题土的压缩变形问题土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算试验方法试验方法压缩性指标压缩性指标沉降的大小沉降的大小沉降的过程沉降的过程F土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法F一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标F地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算F饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性4.3 4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式4.4 4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-pe-p曲线法曲线法4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法4.6 4.6 地基沉降与时间关系土的单向固结理论地基沉降与时间关系土的单向固结理论4.7 4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降第四章：第四章：土的压缩与固结土的压缩与固结仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：1709年年右部：右部：1622年年地基：地基：20多米厚粘土多米厚粘土工工 程程 实实 例例问题：问题：沉降沉降2.2米，且左右米，且左右两部分存在明显的两部分存在明显的沉降差。左侧建筑沉降差。左侧建筑物于物于1969年加固年加固仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 新新建建筑筑引引起起原原有有建建筑筑物物开开裂裂仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例建建筑筑物物立立面面高高差差过过大大仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水47m3915019419917587沉降曲线沉降曲线(mm)工工 程程 实实 例例建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:14.1 4.1 概述概述 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 F压缩性压缩性测试测试F最终沉最终沉降量降量F沉降沉降速率速率4.2 土的压缩特性土的压缩特性一维压缩：基本方法一维压缩：基本方法 复杂条件：修正复杂条件：修正 一维固结一维固结 三维固结三维固结室内：固结试验室内：固结试验室外：荷载试验室外：荷载试验 旁压试验旁压试验4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-p曲线曲线4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgp曲线曲线4.6 土的单向固结理论土的单向固结理论4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降概概 述述F 主线、重点：一维问题！主线、重点：一维问题！第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性4.3 4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式4.4 4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-pe-p曲线法曲线法4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法4.6 4.6 地基沉降与时间关系土的单向固结理论地基沉降与时间关系土的单向固结理论4.7 4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性土的压缩土的压缩颗粒间孔隙与颗粒间孔隙与所受到的外力所受到的外力大小有关大小有关土体的变形特性土体的变形特性土体的特点：散粒体土体的特点：散粒体F外力增加，土颗粒将重新排列，导致土体发生体外力增加，土颗粒将重新排列，导致土体发生体积缩小。这种在外力作用下，土体体积缩小的现积缩小。这种在外力作用下，土体体积缩小的现象称为压缩象称为压缩仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的固结土的固结必然伴随着土中孔隙水必然伴随着土中孔隙水或孔隙气的排出，对于或孔隙气的排出，对于饱和土体，只可能是孔饱和土体，只可能是孔隙水的排出，这个排出隙水的排出，这个排出有一个过程，这种土的有一个过程，这种土的压缩随时间增长的过程压缩随时间增长的过程称为土的固结称为土的固结土体的压缩性均认土体的压缩性均认为是由于土中孔隙为是由于土中孔隙减小的结果减小的结果土粒本身和孔隙水土粒本身和孔隙水 的压缩量极其微小的压缩量极其微小固结的快慢与土固结的快慢与土体渗透性有关体渗透性有关4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型l 实践背景：大面积均布荷载实践背景：大面积均布荷载侧限状态的简化模型侧限状态的简化模型pz=p不透水不透水岩层岩层饱和饱和压缩层压缩层pK0pK0pF处于侧限状态，渗流和土体的变形只沿竖向发生处于侧限状态，渗流和土体的变形只沿竖向发生p不变形不变形的钢筒的钢筒4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型钢筒钢筒弹簧弹簧 水体水体 带孔活塞带孔活塞 活塞小孔大小活塞小孔大小渗透固结过程渗透固结过程初始状态初始状态边界条件边界条件物理模型物理模型p侧限条件侧限条件 土骨架土骨架 孔隙水孔隙水 排水顶面排水顶面 渗透性大小渗透性大小土体的固结土体的固结p4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型p附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=z=p有效应力有效应力:z=0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u 0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=0有效应力有效应力:z=p4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水u0=pt=0u=p z=0t=u=0 z=pzu0t u0p 不透水岩层不透水岩层z排水面排水面Hu：超静孔压：超静孔压z：有效应力：有效应力p：总附加应力：总附加应力u+z=ppF土层超静孔压是土层超静孔压是z z和和t t的函数，渗流固的函数，渗流固结的过程取决于土层可压缩性（总排结的过程取决于土层可压缩性（总排水量）和渗透性（渗透速度）水量）和渗透性（渗透速度）Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的压缩性指标土的压缩性指标现场试验现场试验荷载试验荷载试验旁压试验旁压试验三轴应力状态三轴应力状态侧限压缩（固侧限压缩（固结）试验结）试验三轴压缩试验三轴压缩试验室内试验室内试验一维问题一维问题4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 固结容器：固结容器：环刀、护环、导环、透水环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等石、加压上盖和量表架等F 加压设备：加压设备：杠杆比例杠杆比例1:101:10F 变形测量设备变形测量设备侧限压缩（固结）仪侧限压缩（固结）仪支架支架加加压压设设备备固结容器固结容器变形测量变形测量4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水施加荷载，静置至施加荷载，静置至变形稳定变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器n 侧限压缩试验P1s1e1e0pte stn 测定：测定：轴向压缩应力轴向压缩应力 轴向压缩变形轴向压缩变形P2s2e2P3s3e34.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1e0e孔隙孔隙固体固体颗粒颗粒H0Se侧限压缩试验侧限压缩试验由三相草图：由三相草图：可得到可得到e-p关系关系4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水0p1p2p3e3e2e1e0e ep(kPa)e-pe-p曲线曲线注意注意：即使对于同一种土，稳：即使对于同一种土，稳定孔隙比也不是一个绝对的值，定孔隙比也不是一个绝对的值，它与每级荷载历时的长短及荷它与每级荷载历时的长短及荷载级的大小有关。载级的大小有关。标准固结试验标准固结试验：以：以24h24h作为固结作为固结稳定标准稳定标准 。荷载级的大小可用。荷载级的大小可用荷载率表示，即新增加的荷载荷载率表示，即新增加的荷载与原有荷载比值，现行规范荷与原有荷载比值，现行规范荷载率为载率为1 1，即，即p p等于等于5050、100100、200200、400400、800kpa800kpa等等4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水荷载试验与旁压试验荷载试验与旁压试验自学4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 压缩系数压缩系数F 压缩指数与回弹再压缩指数压缩指数与回弹再压缩指数F 其它压缩性指标（体积压缩系数、其它压缩性指标（体积压缩系数、压缩模量、变形模量等）压缩模量、变形模量等）土的压缩性指标土的压缩性指标4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水e-pe-p曲线压缩系数曲线压缩系数ep0100200 3000.60.70.80.91.0e ep(kPa)F不同土的压缩系数不同，不同土的压缩系数不同，a越大，土的压缩性越大越大，土的压缩性越大F同种土的压缩系数同种土的压缩系数a不是不是常数，与应力常数，与应力p有关有关F通常用通常用a1-2即应力范围为即应力范围为100-200 kPa的的a值对不值对不同土的压缩性进行比较同土的压缩性进行比较n压缩系数压缩系数KPa-1，MPa-14.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土0.1压缩系数压缩系数a1-2常用作常用作比较土的压缩性大小比较土的压缩性大小压缩系数：压缩系数：0100200 3000.60.70.80.91.0e epep(kPa)e-pe-p曲线压缩系数曲线压缩系数4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce ep(kPa，lg)e-lgp曲线压缩指数曲线压缩指数Ce 指标：指标：回弹指数（再压缩指数）回弹指数（再压缩指数）Ce Cc，一般一般Ce0.1-0.2Ccn 固结试验固结试验e elgplgp曲线：曲线：在在压力较大部分，接近直线段压力较大部分，接近直线段 指标指标：压缩指数：压缩指数n 回弹和再压缩曲线：回弹和再压缩曲线：反映了反映了土的应力历史对压缩性的影响土的应力历史对压缩性的影响4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 -p曲线其它压缩指标曲线其它压缩指标初始加载初始加载Es卸载和重加载卸载和重加载EeP1s1e1e0pte stP2s2e2P3s3e31 1Es1 1Eep(kPa)=s/H0n 体积压缩系数：体积压缩系数：单位压应力变化引单位压应力变化引起的单位体积的体起的单位体积的体积变化积变化n侧限压缩模量侧限压缩模量KPa,MPa土体在单向压缩条土体在单向压缩条件下对压缩变形的件下对压缩变形的抵抗能力抵抗能力4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n变形模量变形模量 E:土体在无侧限条件下应力与应变之比。土体在无侧限条件下应力与应变之比。与侧限压缩模量与侧限压缩模量 Es间的间的关系关系:则则:E s：超固结土超固结土 p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR p pc c 当当p p2 2 p pc ce-lgpe-lgp曲线法计算地基最终沉降量曲线法计算地基最终沉降量p p0 0p p2 24.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 计算公式：计算公式：e-lgpe-lgp曲线曲线-欠固结土欠固结土e-lgpe-lgp曲线法计算地基最终沉降量曲线法计算地基最终沉降量p(lg)原位压原位压缩曲线缩曲线p pc cp p0 0Ap p0 0 p p e eCc4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性 4.3 4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式 4.4 4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-pe-p曲线法曲线法 4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法 4.6 4.6 地基沉降与时间关系土的单向固结理论地基沉降与时间关系土的单向固结理论4.7 4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系19861986年：开工年：开工19901990年：人工岛完成年：人工岛完成19941994年：机场运营年：机场运营面积：面积：4370m1250m4370m1250m填筑量：填筑量：18010180106 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m地基：地基：15-21m15-21m厚粘土厚粘土问题：沉降大问题：沉降大 且不均匀且不均匀日本关西国际机场日本关西国际机场世界最大人工岛世界最大人工岛仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水关西国际机场关西国际机场设计预测沉降：设计预测沉降：5.75.77.5 m7.5 m完工实际沉降：完工实际沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月(1990(1990年年)预测主固结完成：预测主固结完成：2020年后年后比设计超填：比设计超填：3.0 m3.0 m日期日期测测 点点123578101112151617平均平均00-1210.69.712.811.710.613.011.610.312.712.59.014.111.701-1210.89.913.011.910.713.211.810.512.912.79.114.311.94.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F饱和土一维渗流固结理论饱和土一维渗流固结理论（TerzaghiTerzaghi渗流固结理论）渗流固结理论）F固结度的计算固结度的计算F有关沉降时间的工程问题有关沉降时间的工程问题饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结问题：问题：固结沉降的速度和程度固结沉降的速度和程度？超静孔隙水压力的大小超静孔隙水压力的大小？饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层p一维渗流固结一维渗流固结4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n渗透固结理论是针对土这种多孔多相松散介质渗透固结理论是针对土这种多孔多相松散介质,建建立起来的反映土体变形过程的基本理论。土力学立起来的反映土体变形过程的基本理论。土力学的创始人的创始人TerzaghiTerzaghi教授于教授于2020世纪世纪2020年代提出饱和年代提出饱和土的一维渗透固结理论土的一维渗透固结理论物理模型物理模型 太沙基一维渗透固结模型太沙基一维渗透固结模型数学模型数学模型 渗透固结微分方程渗透固结微分方程方程求解方程求解 理论解答理论解答固结程度固结程度 固结度的概念固结度的概念一维渗流固结理论一维渗流固结理论4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水p附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=z=p有效应力有效应力:z=0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u 0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=0有效应力有效应力:z=pTerzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.1.土层是均质且完全饱和土层是均质且完全饱和2.2.土颗粒与水不可压缩土颗粒与水不可压缩3.3.水的渗出和土层压缩只沿竖向发生水的渗出和土层压缩只沿竖向发生4.4.渗流符合达西定律且渗透系数保持不变渗流符合达西定律且渗透系数保持不变5.5.压缩系数压缩系数a a是常数是常数6.6.荷载均布荷载均布,瞬时施加，瞬时施加，总应力不随时间变化总应力不随时间变化u 基本假基本假定定u 基本变基本变量量总应力总应力已知已知有效应力原理有效应力原理超静孔隙水压超静孔隙水压力的时空分布力的时空分布数数 学学 模模 型型4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水u0=pt=0u=p z=0t=u=0 z=pzu0t u0p 不透水岩层不透水岩层z排水面排水面Hu：超静孔压：超静孔压z：有效应力：有效应力p：总附加应力：总附加应力u+z=ppF土层超静孔压是土层超静孔压是z z和和t t的函数，渗流固的函数，渗流固结的过程取决于土层可压缩性（总排结的过程取决于土层可压缩性（总排水量）和渗透性（渗透速度）水量）和渗透性（渗透速度）数数 学学 模模 型型4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水p 不透水岩层不透水岩层z排水面排水面Hu0=pu：超静孔压：超静孔压z：有效应力：有效应力p：总附加应力：总附加应力u+z=pu0：初始超静孔压：初始超静孔压zdz微单元微单元t时刻时刻dz11微小单元（微小单元（11dz）微小时段（微小时段（dt）土的压缩特性土的压缩特性 有效应力原理有效应力原理 达西定律达西定律渗流固结渗流固结基本方程基本方程土骨架的体积变化土骨架的体积变化孔隙体积的变化孔隙体积的变化流入流出水量差流入流出水量差连续性连续性条件条件zu数数 学学 模模 型型4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水固体体积：固体体积：孔隙体积：孔隙体积：dtdt时段内：时段内：孔隙体积的变化流入流出的水量差孔隙体积的变化流入流出的水量差dz11z数数 学学 模模 型型4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水dtdt时段内：时段内：孔隙体积的变化流入流出的水量差孔隙体积的变化流入流出的水量差达西定律达西定律:土的压缩性：土的压缩性：有效应力原理：有效应力原理：孔隙体积的变化土骨架的体积变化孔隙体积的变化土骨架的体积变化u-超静孔压超静孔压数数 学学 模模 型型4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水uCv 反映土的固结特性：孔压消散的快慢固结速度，反映土的固结特性：孔压消散的快慢固结速度，CvCv 越大，固结越快越大，固结越快uCv 与渗透系数与渗透系数k成正比，与压缩系数成正比，与压缩系数a成反比；成反比；u单位：单位：cm2/s；m2/year，粘性土一般在，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级量级F 固结系数固结系数:数数 学学 模模 型型4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水方程求解方程求解 -解题思路解题思路反映了超静孔压的消散速度与孔压沿竖向的分布有关反映了超静孔压的消散速度与孔压沿竖向的分布有关是一线性齐次抛物型微分方程式，可用分离变量方法求解是一线性齐次抛物型微分方程式，可用分离变量方法求解其一般解的形式为：其一般解的形式为：只要给出定解条件，求解渗透固结方程，可得出只要给出定解条件，求解渗透固结方程，可得出u(z,t)u(z,t)F 渗透固结微分方程：渗透固结微分方程：4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水p 不透水不透水z排水面排水面Hzuu：超静孔压：超静孔压z：有效应力：有效应力p：总附加应力：总附加应力u0：初始超静孔压：初始超静孔压ou+z=p u0=pzuz=p0 z H:u=pz=0:u=0z=H:u z 0 z H:u=0初始条件初始条件 边界条件边界条件方程求解方程求解 边界条件边界条件4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水p 不透水不透水z排水面排水面Hzuo 微分方程：微分方程：初始条件和边界条件初始条件和边界条件为无量纲数，称为为无量纲数，称为时间因数时间因数，反映超反映超静孔压消散的程度也即固结的程度静孔压消散的程度也即固结的程度 方程的解：方程的解：方程求解方程求解 方程的解方程的解4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流渗流z z=p=p不透水不透水排水面排水面HTv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=F从超静孔压分布从超静孔压分布u-z曲线的曲线的移动情况可以看出渗流固结移动情况可以看出渗流固结的进展情况（曲线左有效应的进展情况（曲线左有效应力，右超静孔压）力，右超静孔压）思考：思考：两面排水时如何计算？两面排水时如何计算？方程求解方程求解 固结过程固结过程 方程的解：方程的解：4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系z仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流渗流排水面排水面H渗流渗流z z排水面排水面HTv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u u0 0=p=p 双面排水的情况双面排水的情况u上半部和单面排水的上半部和单面排水的解完全相同解完全相同u下半部和上半部对称下半部和上半部对称方程求解方程求解 固结过程固结过程4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水固结度的概念固结度的概念F一点一点M的固结度：的固结度：其有效应力其有效应力zt对总应力对总应力 z的比值的比值Uz,t=01：表征一点表征一点超静孔超静孔压的消散程度压的消散程度zHzuoM z zUt=01：表征一层土表征一层土超静孔压的消散程度超静孔压的消散程度F一层土的平一层土的平均固结度均固结度4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 平均固结度平均固结度U Ut t与沉降量与沉降量S St t之间的关系之间的关系t时刻：时刻：确定沉降过程也即确定沉降过程也即St的关键是确定的关键是确定Ut 确定确定Ut的核心问题是确定的核心问题是确定uz.t固结度固结度等于等于t t时刻的沉降量时刻的沉降量与最终沉降量之比与最终沉降量之比固结度的概念固结度的概念4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 均布荷载单向排水均布荷载单向排水 图表解：图表解：P147P147，图图4-24-26 6 一般解：一般解：近似解近似解(Tv较大时，只取级数的第一项）：较大时，只取级数的第一项）：地基的平均固结度计算地基的平均固结度计算Ut是是Tv的单值函数，的单值函数，Tv可可反映固结的程度反映固结的程度4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水地基的平均固结度计算地基的平均固结度计算（1）单面排水，压缩应力分布不同时单面排水，压缩应力分布不同时工程背景工程背景H H小，小，p p面积大面积大自重应力自重应力附加应力附加应力底面接近零底面接近零自重应力自重应力附加应力附加应力和和3 3类似类似底面不接近零底面不接近零应力分布应力分布基本情况基本情况 1 2 3 4 5不透水不透水透水透水papb =1 =0 =1F 常见计算条件常见计算条件4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水（2 2）双面排水时）双面排水时F无论哪种情况，均按情况无论哪种情况，均按情况1 1计算，计算，即取：即取：F压缩土层深度压缩土层深度H H取取1/21/2值值应力分布应力分布基本情况基本情况 1 2 3 4 5透水透水透水透水2H地基的平均固结度计算地基的平均固结度计算F 常见计算条件常见计算条件4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水有关沉降时间的工程问题有关沉降时间的工程问题F求某一时刻求某一时刻t t的固结度与沉降量的固结度与沉降量F求达到某一固结度所需要的时间求达到某一固结度所需要的时间4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n求某一时刻求某一时刻t t的固的固结度与沉降量结度与沉降量Tv=Cvt/H2St=Ut S 有关沉降时间的工程问题有关沉降时间的工程问题t4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n求达到某一沉降量求达到某一沉降量(固结度固结度)所需要的时间所需要的时间Ut=St/S 从从 Ut 查表（计算）确定查表（计算）确定 Tv 有关沉降时间的工程问题有关沉降时间的工程问题4.6 4.6 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性 4.3 4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式 4.4 4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-pe-p曲线法曲线法 4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法 4.6 4.6 地基沉降与时间关系土的单向固结理论地基沉降与时间关系土的单向固结理论 4.7 4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降tSn饱和土体受荷载后的沉降量饱和土体受荷载后的沉降量S由由机理不同的三部分沉降组成：机理不同的三部分沉降组成：F初始瞬时沉降初始瞬时沉降 Sd：在不排在不排水条件下，由剪应变引起水条件下，由剪应变引起侧向变形导致侧向变形导致F主固结沉降主固结沉降 Sc：由超静孔由超静孔压消散导致的沉降，通常压消散导致的沉降，通常是地基变形的主要部分是地基变形的主要部分F次固结沉降次固结沉降 Ss：由于土骨由于土骨架的蠕变特性引起的变形架的蠕变特性引起的变形S Sd d：初始瞬时沉降：初始瞬时沉降Ss:次固结沉降次固结沉降S Sc c：主固结沉降：主固结沉降总变形：总变形：仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水tSF初始瞬时沉降初始瞬时沉降 S Sd d，取决于，取决于剪切变形剪切变形F主固结沉降主固结沉降 Sc，取决于渗，取决于渗透固结过程，通常是地基透固结过程，通常是地基变形的主要部分变形的主要部分F次固结沉降次固结沉降 Ss，取决于土，取决于土骨架的蠕变变形骨架的蠕变变形粘性地基的沉降量计算粘性地基的沉降量计算总变形：总变形：S Sd d：初始瞬时沉降：初始瞬时沉降Ss:次固结沉降次固结沉降S Sc c：主固结沉降：主固结沉降4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩特性土的压缩特性 4.3 4.3 单向压缩量公式单向压缩量公式 4.4 4.4 地基沉降计算的地基沉降计算的e-pe-p曲线法曲线法 4.5 4.5 地基沉降计算的地基沉降计算的e-lgpe-lgp曲线法曲线法 4.6 4.6 地基沉降与时间关系土的单向固结理论地基沉降与时间关系土的单向固结理论 4.7 4.7 一般条件下的地基沉降一般条件下的地基沉降 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水小小 结结F土的压缩特性测土的压缩特性测试方法试方法F一维压缩性及其一维压缩性及其指标指标F地基的最终沉降地基的最终沉降量计算量计算F饱和土体的渗流饱和土体的渗流固结理论固结理论侧限压缩试验侧限压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验土的应力应变关系土的应力应变关系-p、e-p、e-lgp曲线曲线先期固结压力先期固结压力原位压缩曲线及再压缩曲线原位压缩曲线及再压缩曲线单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法 ep法；法；elgp法法一维渗流固结理论一维渗流固结理论固结度的计算固结度的计算本章作业：本章作业：4-2 4-3 4-64-2 4-3 4-64-7(1)(2)(3)(4)(6)4-7(1)(2)(3)(4)(6)