《土力學(xué)課件 第四章 土的縮與固結(jié)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《土力學(xué)課件 第四章 土的縮與固結(jié)（103頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第四章學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)在學(xué)習(xí)土的壓縮性指標(biāo)確定方法的基礎(chǔ)上，掌握地在學(xué)習(xí)土的壓縮性指標(biāo)確定方法的基礎(chǔ)上，掌握地基最終沉降量計(jì)算原理和地基固結(jié)問題的分析計(jì)算方法?；罱K沉降量計(jì)算原理和地基固結(jié)問題的分析計(jì)算方法。學(xué)習(xí)基本要求學(xué)習(xí)基本要求1 1掌握土的壓縮性與壓縮性指標(biāo)確定方法掌握土的壓縮性與壓縮性指標(biāo)確定方法2 2掌握地基最終沉降量計(jì)算方法掌握地基最終沉降量計(jì)算方法3 3熟悉不同應(yīng)力歷史條件的沉降計(jì)算方法熟悉不同應(yīng)力歷史條件的沉降計(jì)算方法4 4掌握有效應(yīng)力原理掌握有效應(yīng)力原理5 5掌握大沙基一維固結(jié)理論掌握大沙基一維固結(jié)理論6 6掌握地基沉降隨時間變化規(guī)律掌握地基沉降隨時間變化規(guī)律4.14.1概

2、述概述（）（）在建筑物基底附加壓力作用下，地基土內(nèi)各點(diǎn)除了承受土自重引起的自重應(yīng)力外，還要承受附加應(yīng)力。同其它材料一樣，在附加應(yīng)力的作用下，地基土要產(chǎn)生新的變形，這種變形一般包括體積變形和形狀變形。對土這種材料來說，體積變形通常表現(xiàn)為體積縮小，我們把這種在外力作用下土體積縮小的特性稱為土的壓縮性外力作用下土體積縮小的特性稱為土的壓縮性。4.1概述（）概述（）土的壓縮性主要有兩個特點(diǎn)：土的壓縮主要是由于孔隙體積減少而引起的。對于飽和土，土是由固體顆粒和水組成的，在工程上一般的壓力(100600kPa)作用下，固體顆粒和水本身的體積壓縮量非常微小，可不予考慮，但由于土中水具有流動性，在外力作用下會

3、沿著土中孔隙排出，從而引起土體積減少而發(fā)生壓縮；由于孔隙水的排出而引起的壓縮對于飽和粘性土來說是需要時間的，土的壓縮隨時間增長的過程稱為土的固結(jié)。這是由于粘性土的透水性很差，土中水沿著孔隙排出速度很慢。4.1概述（）概述（）在建筑物荷載作用下，基底地基土主要由于壓縮而引起的豎直方向的位移稱為沉降，本章研究地基土的壓縮性，主要是為了計(jì)算這種變形。由于土的壓縮性的兩個特點(diǎn)，因此研究建筑物地基沉降包含兩方面的內(nèi)容：一一是絕對沉降量的大小，亦即最終沉降。在第三節(jié)將就這個間題介紹幾種工程實(shí)踐中廣泛采用并積累了很多經(jīng)驗(yàn)的實(shí)用計(jì)算方法；二二是沉降與時間的關(guān)系，在第四節(jié)主要介紹了較為簡單的太沙基一維固結(jié)理論。

4、研究受力變形特性必須有壓縮性指標(biāo)，因此，首先在第二節(jié)將介紹三種類型的試驗(yàn)及相應(yīng)的指標(biāo)，這些指標(biāo)將用于地基的沉降計(jì)算中。4.24.2土的壓縮特性土的壓縮特性（土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)）（土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)）一一.室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（）室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（）一、室內(nèi)壓縮試驗(yàn)土的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)亦稱固結(jié)試驗(yàn)，是研究土壓縮性的最基本的方法。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)采用的試驗(yàn)裝置為壓縮儀壓縮儀。一一.室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（）室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（）試驗(yàn)時將切有土樣的環(huán)刀置于剛性護(hù)環(huán)中，由于金屬環(huán)刀及剛性護(hù)環(huán)的限制，使得土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無側(cè)向變形。在土樣上下放置的透水石是土樣受壓后排出孔隙水的兩個界面。壓縮過程中豎向壓

5、力通過剛性板施加給土樣，土樣產(chǎn)生的壓縮量可通過百分表量測。常規(guī)壓縮試驗(yàn)通過逐級加荷進(jìn)行試驗(yàn)，常用的分級加荷量p為：50、100、200、300、400kPa。一一.室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（3）室內(nèi)壓縮試驗(yàn)演示 一一.室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（4）固固 結(jié)結(jié) 試試 驗(yàn)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康囊?、試?yàn)?zāi)康?本試驗(yàn)用于測定土的壓縮性指標(biāo)，主要包括土的壓縮系數(shù)本試驗(yàn)用于測定土的壓縮性指標(biāo)，主要包括土的壓縮系數(shù)a av v、壓縮指數(shù)、壓縮指數(shù)C Cc c及固結(jié)系數(shù)及固結(jié)系數(shù)C Cv v等，為估算建筑物沉降量及歷經(jīng)不同時間的固結(jié)度提供必備的等，為估算建筑物沉降量及歷經(jīng)不同時間的固結(jié)度提供必備的計(jì)算參數(shù)。計(jì)算參

6、數(shù)。二、儀器設(shè)備二、儀器設(shè)備 使用單向固結(jié)儀，試樣面積使用單向固結(jié)儀，試樣面積30cm30cm或或50cm50cm，高，高2cm2cm，使用杠桿、氣壓（或液，使用杠桿、氣壓（或液壓）、磅稱等加荷裝置。壓）、磅稱等加荷裝置。單向固結(jié)儀土樣與壓力室一一.室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（室內(nèi)壓縮試驗(yàn)（5）根據(jù)壓縮過程中土樣變形與土的三相指標(biāo)的關(guān)系，可以導(dǎo)出試驗(yàn)過程孔隙比e與壓縮量DH 的關(guān)系，即 這樣，根據(jù)式（4-1）即可得到各級荷載p 下對應(yīng)的孔隙比e，從而可繪制出土樣壓縮試驗(yàn)的ep 曲線及 曲線等。000(41)(1)HeeeHD lgep二、壓縮性指標(biāo)二、壓縮性指標(biāo)（）（）圖41 ep 曲線確定壓縮系數(shù)1.ep

7、曲線及有關(guān)指標(biāo)（1）壓縮系數(shù)a通?？蓪⒊Ｒ?guī)壓縮試驗(yàn)所得的ep 數(shù)據(jù)采用普通直角坐標(biāo)繪制成ep 曲線，如圖41所示：二二.壓縮性指標(biāo)（）壓縮性指標(biāo)（）設(shè)壓力由p1增至p2，相應(yīng)的孔隙比由e1減小到e2，當(dāng)壓力變化范圍不大時，可將M1M2一小段曲線用割線來代替，用割線M1M2的斜率來表示土在這一段壓力范圍的壓縮性，即：式中a 壓縮系數(shù)，MPa-1；壓縮系數(shù)愈大，土的壓縮性愈高。1221(42)taneeeapppDD二二.壓縮性指標(biāo)（）壓縮性指標(biāo)（）從圖4-1還可以看出，壓縮系數(shù)a值與土所受的荷載大小有關(guān)。工程中一般采用100200kPa壓力區(qū)間內(nèi)對應(yīng)的壓縮系數(shù)a12來評價土的壓縮性。即 a120

8、.1 MPa-1 屬低壓縮性土；屬低壓縮性土；0.1 MPa-1a121,OCR愈大，土受到的超固結(jié)作用愈強(qiáng)，在其他條件相同的情況下，其壓縮性愈低。pc p1欠固結(jié)土：欠固結(jié)土：OCR1,土在自重作用下還沒有完全固結(jié)，土的固結(jié)應(yīng)力末全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，即尚有一部分由孔隙水所承擔(dān)。pc1,OCR愈大，土受到的超固結(jié)作用愈強(qiáng)，在其他條件相同的情況下，其壓縮性愈低。pc p1欠固結(jié)土：欠固結(jié)土：OCR1,土在自重作用下還沒有完全固結(jié)，土的固結(jié)應(yīng)力末全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，即尚有一部分由孔隙水所承擔(dān)。pc p1四四.土的應(yīng)力歷史（土的應(yīng)力歷史（6）4.3 地基的沉降計(jì)算地基的沉降計(jì)算 一、彈性理論法（）彈

9、性理論法計(jì)算地基沉降是基于布辛奈斯克課題的位移解，其基本假定為地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體；此外還假定基礎(chǔ)整個底面和地基一直保持接觸。需要指出的是布辛奈斯克課題是研究荷載作用于地表的情形，因此可以近似用來研究荷載作用面埋置深度較淺的情況。當(dāng)荷載作用位置埋置深度較大時（如深基礎(chǔ)），則應(yīng)采用明德林明德林課題（Mindlin）的位移解進(jìn)行彈性理論法沉降計(jì)算。一.彈性理論法（）點(diǎn)荷載作用下地表沉降點(diǎn)荷載作用下地表沉降布辛奈斯克課題給出了半空間表面作用有一豎向集中力Q時，半空間內(nèi)任一點(diǎn)M（x，y，z）的豎向位移w（x，y，z），運(yùn)用到半無限地基中，當(dāng)z取0時，w（x，y，0）即為地表沉降s

10、：式中s豎向集中力Q作用下地表任意點(diǎn)沉降；r集中力Q作用點(diǎn)與地表沉降計(jì)算點(diǎn)的距離；E彈性模量；泊松比。22(46)(1)ErQymm22Q(1-)s=E x二、地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法二、地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（）（）1.分層總和法（1）計(jì)算原理 分層總和法一般取基底中心點(diǎn)下地基附加應(yīng)力來計(jì)算各分層土的豎向壓縮量，認(rèn)為基礎(chǔ)的平均沉降量s為各分層上豎向壓縮量Dsi之和。在計(jì)算出Dsi時，假設(shè)地基土只在豎向發(fā)生壓縮變形，沒有側(cè)向變形，故可利用室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)成果進(jìn)行計(jì)算。二二.地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（3）（2）計(jì)算步驟）計(jì)算步驟a.地基土分層。成層土的層面（不同土層的壓縮性及

11、重度不同）及地下水面（水面上下土的有效重度不同）是當(dāng)然的分層界面，分層厚度一般不宜大于0.4b（b為基底寬度）。b.計(jì)算各分層界面處土自重應(yīng)力。土自重應(yīng)力應(yīng)從天然地面起算。c.計(jì)算基底附加壓力p0 基底中心下各分層界面處豎向附加應(yīng)力z。d.確定地基沉降計(jì)算深度（或壓縮層厚度）Zn。一般取地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的20 （即sz/sc=0.2）深度處作為沉降計(jì)算深度的限值；若在該深度以下為高壓縮性土，則應(yīng)取10（即sz/sc=0.1）深度處作為沉降計(jì)算深度的限值。e.計(jì)算各分層土的壓縮量Dsi二二.地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（4）二二.地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（地基沉降的實(shí)用計(jì)

12、算方法（5）Hi 第i分層土的厚度；e1i 對應(yīng)于第i分層土上下層面自重應(yīng)力值的平均值p1i從土的壓縮曲線上得到的孔隙比；e2i 對應(yīng)于第i分層土自重應(yīng)力平均值p1i與上下層面附加應(yīng)力值的平均值Dpi之和p2i從土的壓縮曲線上得到的孔隙比 6）疊加計(jì)算基礎(chǔ)的平均沉降量。式中，n為沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)的分層數(shù)。1211(47)s11iiiiiiiieeeHHeeDD1(48)niissD 二二.地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（6）圖46 分層總和法計(jì)算地基最終沉降量 1211s11iiiiiiiieeeHHeeDD11iiiiiiisiapSp HHeEDDD二二.地基沉降的實(shí)用計(jì)

13、算方法（地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（7）簡單討論簡單討論 （1）分層總和法假設(shè)地基土在側(cè)向不能變形，而只在豎向發(fā)生壓縮，這種假設(shè)在當(dāng)壓縮土層厚度同基底荷載分布面積相比很薄時才比較接近。如當(dāng)不可壓縮巖層上壓縮土層厚度H不大于基底寬度之半（即b/2）時，由于基底摩阻力及巖層層面阻力對可壓縮土層的限制作用，土層壓縮只出現(xiàn)很少的側(cè)向變形。（2）假定地基土側(cè)向不能變形引起的計(jì)算結(jié)果偏小，取基底中心點(diǎn)下的地基中的附加應(yīng)力來計(jì)算基礎(chǔ)的平均沉降導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大，因此在一定程度上得到了相互彌補(bǔ)。二二.地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（地基沉降的實(shí)用計(jì)算方法（8）（3）當(dāng)需考慮相鄰荷載對基礎(chǔ)沉降影響時，通過將相鄰荷載在基底中心

14、下各分層深度處引起的附加應(yīng)力疊加到基礎(chǔ)本身引起的附加應(yīng)力中去來進(jìn)行計(jì)算。（4）當(dāng)基坑開挖面積較大、較深以及暴露時間較長時，由于地基土有足夠的回彈量，因此基礎(chǔ)荷載施加之后，不僅附加壓力要產(chǎn)生沉降，基底地基土的總應(yīng)力達(dá)到原自重應(yīng)力狀態(tài)的初始階段也會發(fā)生再壓縮量（相應(yīng)于圖4-6a中cb，段的變形）沉降。簡化處理時，一般用p-來計(jì)算地基中附加應(yīng)力，為考慮基坑回彈和再壓縮影響的系數(shù)，010，0.6/1.0)52.9kPa=4 0.234 52.9=49.5kPa 計(jì)算各分層上下界面處附加應(yīng)力的平均值：各分層點(diǎn)的附加應(yīng)力值及各分層的平均附加應(yīng)力值見圖4-16及表4-1.例題解析（例題解析（4）（4）各分層

15、自重應(yīng)力平均值和附加應(yīng)力平均值之和作為該各分層自重應(yīng)力平均值和附加應(yīng)力平均值之和作為該分層受壓后所受總應(yīng)力分層受壓后所受總應(yīng)力p2i。（5）確定壓縮層深度確定壓縮層深度：一般按a=0.2c來確定壓縮層深度，z4.4m處z=14.80.2c=12.5kPa，z=5.2m處z=12.71,OCR愈大，土受到的超固結(jié)作用愈強(qiáng)，在其他條件相同的情況下，其壓縮性愈低。欠固結(jié)土：欠固結(jié)土：OCR1,土在自重作用下還沒有完全固結(jié)，土的固結(jié)應(yīng)力末全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，即尚有一部分由孔隙水所承擔(dān)。地基沉降計(jì)算的地基沉降計(jì)算的e-lgp法（法（3）欠固結(jié)土在自重作用下引起地面沉降（2）應(yīng)力歷史對地基沉降的影響）應(yīng)力

16、歷史對地基沉降的影響（1）應(yīng)力歷史對地基沉降的影響（應(yīng)力歷史對地基沉降的影響（2）在a、b、c三個土層現(xiàn)有地面以下同一深度z處，土的現(xiàn)有應(yīng)力雖然相同，但是由于它們經(jīng)歷的應(yīng)力歷史不同，因而在壓縮曲線上處于不同的位置。對于正常固結(jié)土，它在沉積過程中巳從e0開始在自重應(yīng)力作用下沿現(xiàn)場壓縮曲線至a點(diǎn)固結(jié)穩(wěn)定。對于超固結(jié)土，它曾在自重應(yīng)力力作用下沿現(xiàn)場壓縮曲線至b點(diǎn)，后因上部土層沖蝕，現(xiàn)巳回彈穩(wěn)定在b點(diǎn)。對于欠固結(jié)土，由于在自重應(yīng)力作用下還未完全固結(jié)日前它處于現(xiàn)場壓縮曲線上的c點(diǎn)。應(yīng)力歷史對地基沉降的影響（應(yīng)力歷史對地基沉降的影響（3）若對三種土再施加相同的固結(jié)應(yīng)力Dp，那么，正常固結(jié)和欠固結(jié)土將分別由

17、a和c點(diǎn)沿現(xiàn)場壓縮曲線至d點(diǎn)固結(jié)穩(wěn)定，而超固結(jié)土：則由b點(diǎn)沿觀場再壓縮曲線至d點(diǎn)固結(jié)穩(wěn)定。顯然，三者的壓縮量是不同的，其中欠固結(jié)土最大，超固結(jié)土最小，而正常固結(jié)土則介于兩者之間。前期固結(jié)壓力的確定前期固結(jié)壓力的確定（1）（Casagrandemethod,1936)前期固結(jié)壓力的確定（前期固結(jié)壓力的確定（2）確定先期固結(jié)壓力步驟如下：（1）從elgp曲線上找出曲率半徑最小的一點(diǎn)A，過A點(diǎn)作水平線A1和切線A42;（2）作lA2的平分線A3,與 elgp 曲線中直線段的延長線相交于B點(diǎn);（3）B點(diǎn)所對應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力pc。初始初始(原始原始)壓縮曲線確定壓縮曲線確定（1）試樣的前期固

18、結(jié)應(yīng)力一旦確定，就可通過它與試樣現(xiàn)有固結(jié)應(yīng)力pc的比較，來判定它是正常固結(jié)的、超固結(jié)的、還是欠固結(jié)的。然后，再依據(jù)室內(nèi)壓縮曲線的特征，來推求原始壓縮曲線。原始壓縮曲線是指室內(nèi)壓縮試驗(yàn)elgp曲線經(jīng)修正后得出的符合原始原始土體孔隙比與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線。初始初始(原始原始)壓縮曲線確定（壓縮曲線確定（2）初始初始(原始原始)壓縮曲線確定（壓縮曲線確定（3）若pc=p1，則試樣是正常固結(jié)的正常固結(jié)的，它的原始壓縮曲線推求:一般可假定取樣過程中試樣不發(fā)生體積變化，即試樣的初始孔隙比e0就是它的原位孔隙比，由e0和 pc值，在elgp坐標(biāo)上定出b點(diǎn)，此即試樣在原始壓縮的起點(diǎn)，然后從縱軸坐標(biāo)0.42 e

19、0 處作一水平線交室內(nèi)壓縮曲線于c點(diǎn),連接bc即為所求的原始壓縮曲線。考慮應(yīng)力歷史的地基沉降計(jì)算考慮應(yīng)力歷史的地基沉降計(jì)算DiiiciniiipppCeHS1110log14.5 地基變形與時間的關(guān)系（飽和粘性土地基變形與時間的關(guān)系（飽和粘性土）1.工程背景（1）飽和粘性土地基在建筑物荷載作用下要經(jīng)過相當(dāng)長時間才能達(dá)到最終沉降，不是瞬時完成的。為了建筑物的安全與正常使用，對于一些重要或特殊的建筑物應(yīng)在工程實(shí)踐和分析研究中掌握沉降與時間關(guān)系的規(guī)律性，這是因?yàn)檩^快的沉降速率對于建筑物有較大的危害。工程背景（工程背景（2）例如，在第四紀(jì)一般粘性土地區(qū)，一般的四、五層以上的民用建筑物的允許沉降僅10c

20、m左右，沉降超過此值就容易產(chǎn)生裂縫；而沿海軟土地區(qū)，沉降的固結(jié)過程很慢，建筑物能夠適應(yīng)于地基的變形。因此，類似建筑物的允許沉降量可達(dá)20cm甚至更大。工程背景（工程背景（3）碎石土和砂土的壓縮性小而滲透性大，在受荷后固結(jié)穩(wěn)定所需的時間很短，可以認(rèn)為在外荷載施加完畢時，其固結(jié)變形就已經(jīng)基本完成。飽和粘性土與粉土地基在建筑物荷載作用下需要經(jīng)過相當(dāng)長時間才能達(dá)到最終沉降，例如厚的飽和軟粘土層，其固結(jié)變形需要幾年甚至幾十年才能完成。因此，工程中一般只考慮粘性土和粉土的變形與時間的關(guān)系2.飽和土的有效應(yīng)力原理飽和土的有效應(yīng)力原理（1）作用于飽和土體內(nèi)某截面上總的正應(yīng)力s由兩部分組成：一部分為孔隙水壓力u

21、，它沿著各個方向均勻作用于土顆粒上，其中由孔隙水自重引起的稱為靜水壓力，由附加應(yīng)力引起的稱為超靜孔隙水壓力（通常簡稱為孔隙水壓力）；另一部分為有效應(yīng)力s，它作用于土的骨架（土顆粒）上，其中由土粒自重引起的即為土的自重應(yīng)力，由附加應(yīng)力引起的稱為附加有效應(yīng)力。飽和土的有效應(yīng)力原理（飽和土的有效應(yīng)力原理（2）飽和土中總應(yīng)力與孔隙水壓力、有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系：(413)uss 上式稱為飽和土的有效應(yīng)力公式，加上有效應(yīng)力在土中的作用，可以進(jìn)一步表述成如下的有效應(yīng)力原理：（1）飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力加孔隙水壓力之和；（2）土的強(qiáng)度的變化和變形只取決于土中有效應(yīng)力的變化3 飽和土的

22、滲流固結(jié)（1）透水面 h p h 基巖 不透水面 固結(jié)固結(jié)：應(yīng)力轉(zhuǎn)換，排水變形：應(yīng)力轉(zhuǎn)換，排水變形 飽和土的滲流固結(jié)，可借助如圖4-23的彈簧活塞模型來說明。在一個盛滿水的圓筒中裝著一個帶有彈簧的活塞，彈簧上下端連接著活塞和筒底，活塞上有許多細(xì)小的孔。飽和土的滲流固結(jié)（飽和土的滲流固結(jié)（2）飽和土的滲流固結(jié)（飽和土的滲流固結(jié)（3）當(dāng)在活塞上瞬時施加壓力p的一瞬間，由于活塞上孔細(xì)小，水還未來得及排出，水的側(cè)限壓縮模量遠(yuǎn)大于彈簧的彈簧系數(shù)，所以彈簧也就來不及變形，這樣彈簧基本沒有受力，而增加的壓力就必須由活塞下面的水來承擔(dān)，提高了水的壓力。由于活塞小孔的存在，受到超靜水壓力的水開始逐漸經(jīng)活塞小孔排

23、出，結(jié)果活塞下降，彈簧受壓所提供的反力平衡了一部分，這樣水分擔(dān)的壓力相應(yīng)減少。飽和土的滲流固結(jié)（飽和土的滲流固結(jié)（4）水在超靜孔隙水壓力的作用下繼續(xù)滲流，彈簧繼續(xù)下降，彈簧提供的反力逐漸增加，直至最后p完全由彈簧來平衡，水不受超靜孔隙水壓力而停止流出為止。這個模型的上述過程可以用來模擬實(shí)際的飽和粘土的滲流固結(jié)。彈簧與土的固體顆粒構(gòu)成的骨架相當(dāng)，圓筒內(nèi)的水與土骨架周圍孔隙中的水相當(dāng)，水從活塞內(nèi)的細(xì)小孔排出相當(dāng)于水在土中的滲透飽和土的滲流固結(jié)（飽和土的滲流固結(jié)（5）當(dāng)在如圖4-24所示的飽和粘性土地基表面瞬時大面積均勻堆載p后，將在地基中各點(diǎn)產(chǎn)生豎向附加應(yīng)力sz=p。加載后的一瞬間，作用于飽和土中

24、各點(diǎn)的附加應(yīng)力sc開始完全由土中水來承擔(dān)，土骨架不承擔(dān)附加應(yīng)力，即超靜孔隙水壓力 u 為 p，土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力s為零，這一點(diǎn)也可以通過設(shè)置于地基中不同深度的測壓管內(nèi)的水頭看出，加載前測壓管水頭與地下水位齊平，即各點(diǎn)只有靜水壓力，而此時測壓管內(nèi)水頭升至地下水位以上最高 。/whp飽和土的滲流固結(jié)（飽和土的滲流固結(jié)（6）隨后類似上述模型的圓筒內(nèi)的水開始從活塞內(nèi)小孔排出，土孔隙中一些自由水也被擠出，這樣土體積減少，土骨架就被壓縮，附加應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)嫁給土骨架，土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力s增加，相應(yīng)的孔隙水受到的超靜孔隙水壓力 u 逐漸減少，可以觀察出測壓管內(nèi)的水頭開始下降。直至最后全部附加應(yīng)力。由土骨架承

25、擔(dān)，即s=p，超靜孔隙水壓力u消散為零。飽和土的滲流固結(jié)（飽和土的滲流固結(jié)（7）圖 4-8 天然土層的滲透固結(jié)飽和土的滲流固結(jié)（飽和土的滲流固結(jié)（8）上面對滲流固結(jié)過程進(jìn)行了定性的說明。為了具體求飽和粘性土地基受外荷載后在滲流固結(jié)過程中任意時刻的土骨架及孔隙水分擔(dān)量，下面就一維側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)（如大面積均布荷載下薄壓縮層地基）下的滲流固結(jié)引入太沙基(K.Terzaghi，1925)一維固結(jié)理論4太沙基的一維滲流固結(jié)理論太沙基的一維滲流固結(jié)理論 太沙基（KTerzaghi，1925）一維固結(jié)理論可用于求解一維有側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)下，飽和粘性土地基受外荷載作用發(fā)生滲流固結(jié)過程中任意時刻的土骨架及孔隙水的應(yīng)力

26、分擔(dān)量，如大面積均布荷載下薄壓縮層地基的滲流固結(jié)等。（1）基本假設(shè)）基本假設(shè)（1）1）土是均質(zhì)的、完全飽和的；2）土粒和水是不可壓縮的；3）土層的壓縮和土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，是單向（一維）的；4）土中水的滲流服從達(dá)西定律，且土的滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a在滲流過程中保持不變；5）外荷載是一次瞬時施加的。基本假設(shè)（基本假設(shè)（2）基本假設(shè)（基本假設(shè)（3）基本假設(shè)（基本假設(shè)（4）（2）一維固結(jié)微分方程）一維固結(jié)微分方程（1）太沙基一維固結(jié)微分方程可表示為如下形式：式中 Cv稱為土的豎向固結(jié)系數(shù)，cm2/s，其值為：22(414)vuuCtz1(1)svwwkEkeCa一維固結(jié)微分方程（一維固結(jié)微分方

27、程（2）上述固結(jié)微分方程可以根據(jù)土層滲流固結(jié)的初始條件初始條件與邊界條件與邊界條件求出其特解,當(dāng)附加應(yīng)力sz沿土層均勻分布時孔隙水壓力u(z,t)的解答如下：22141(,)exp()sin42zvmmm zu z tTmHs一維固結(jié)微分方程（一維固結(jié)微分方程（3）式中 m 奇正整數(shù)（1，3，5，）；Tv 時間因數(shù),即 ；H 孔隙水的最大滲徑，單面排水條件下為土層厚度，雙面排水條件下為土層厚度之半。22141(,)exp()sin42zvmmm zu z tTmHs（4-15）2vvC tTH5固結(jié)度固結(jié)度固結(jié)度基本概念（1）土層在固結(jié)過程中，t 時刻土層各點(diǎn)土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力圖面積與起始超

28、孔隙水壓力（或附加應(yīng)力）圖面積之比，稱為 t 時刻土層的固結(jié)度，用 Ut 表示，即ttU1（4-16）有效應(yīng)力圖面積時刻超孔隙水壓力圖面積起始超孔隙水壓力圖面積起始超孔隙水壓力圖面積固結(jié)度基本概念（固結(jié)度基本概念（2）由于土層的變形取決與土中有效應(yīng)力，故土層的固結(jié)度又可表述為土層在固結(jié)過程中任一時刻的壓縮量st與最終壓縮量sc之比，即ttcsUs（4-17）（2）固結(jié)度的計(jì)算（1）當(dāng)?shù)鼗苓B續(xù)均布荷載作用時，起始超孔隙水壓力u沿深度為矩形分布，此時固結(jié)度Ut可由下式計(jì)算：適用于：單面排水情況0，雙面排水（）v2T4-2e81U1固結(jié)度的計(jì)算（固結(jié)度的計(jì)算（2）當(dāng)起始超孔隙水壓力u沿深度為一般的

29、線性分布時，在單面排水條件下，固結(jié)度Ut可由下式近似計(jì)算：式中為排水面附加應(yīng)力p1與不排水面附加應(yīng)力p2的比值，即p1/p22332121exp14tvUT（3）固結(jié)度計(jì)算的工程應(yīng)用）固結(jié)度計(jì)算的工程應(yīng)用 在地基固結(jié)分析中，通常有二類問題：一是已知土層固結(jié)條件時可求出某一時間對應(yīng)的固結(jié)度，從而計(jì)算出相應(yīng)的地基沉降st；二是推算達(dá)到某一固結(jié)度（或某一沉降st）所需的時間t。具體的分析計(jì)算方法可參見例題43。已知t，求St 已知St,所需時間t t Tv U（S）St6 沉降與時間的關(guān)系沉降與時間的關(guān)系總沉降量=瞬時沉降+主固結(jié)沉降+次固結(jié)沉降 S =Sd +Sc +Ss 形變 體變 蠕變SdSc

30、SsStl 在厚10m的飽和粘土層表面瞬時大面積均勻堆載p0=150kPa，如圖412所示。若干年后，用測壓管分別測得土層中A、B、C、D、E五點(diǎn)的孔隙水壓力為51.6kPa，94.2kPa，133.8kPa，170.4kPa，198.0kPa，已知土層的壓縮模量Es為5.5MPa，滲透系數(shù)k為5.1410-8cm/s。例題4-3（1）(1)試估算此時粘土層的固結(jié)度，并計(jì)算此粘土層已固結(jié)了幾年；(2)再經(jīng)過5 年，則該粘土層的固結(jié)度將達(dá)到多少，粘土層 5 年間產(chǎn)生了多大的壓縮量？【解】（1）用測壓管測得的孔隙水壓力值包括靜止孔隙水壓力和超孔隙水壓力，扣除靜止孔隙水壓力后，A、B、C、D、E五點(diǎn)

31、的超孔降水壓力分別為32.0kPa，55.0kPa，75.0kPa，92.0kPa，100.0kPa，計(jì)算此超孔隙水壓力圖的應(yīng)力面積近似為608kPam。起始超孔隙水壓力（或最終有效附加應(yīng)力）圖的面積為15010kPam1500kPam。此時的固結(jié)度為例題4-3（2）因a=1.0，查表查表4-5得TV0.29 粘土層的豎向固結(jié)系數(shù) 由于是單面排水，則豎向固結(jié)時間因數(shù) 得t3.22年，即此粘土層已固結(jié)了3.22年。例題4-3（3）（2）再經(jīng)過 5年，則豎向固結(jié)時間因數(shù)為 查表查表4-5得Ut=0.861，即該粘土層的固結(jié)度達(dá)到86.1%。在整個固結(jié)過程中，粘土層的最終壓縮量為 因此這5 年間粘土層產(chǎn)生的壓縮量為（86.159.5）27.37.26cm。例題4-3（4）