《土力學(xué)課件 第四章 土的壓性和地基沉降計(jì)算》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《土力學(xué)課件 第四章 土的壓性和地基沉降計(jì)算（73頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第四章第四章 土的壓縮性和地基沉降計(jì)算土的壓縮性和地基沉降計(jì)算主要內(nèi)容主要內(nèi)容 4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 4.3 4.3 地基的沉降量計(jì)算地基的沉降量計(jì)算 4.4 4.4 應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響 4.5 4.5 地基沉降與時(shí)間的關(guān)系地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 4.6 4.6 地基沉降計(jì)算的其他情況地基沉降計(jì)算的其他情況 4.7 4.7 二維、三維滲流固結(jié)課題二維、三維滲流固結(jié)課題 4.8 4.8 地基允許變形值及防止地基有害變形的措施地基允許變形值及防止地基有害變形的措施 4 4.1 .1 概概 述述如果在地基上

2、修建建筑物，地基土內(nèi)各點(diǎn)不僅要如果在地基上修建建筑物，地基土內(nèi)各點(diǎn)不僅要承受土體本承受土體本身的自重應(yīng)力身的自重應(yīng)力，而且要，而且要承擔(dān)由建筑物通過基礎(chǔ)傳遞給地基的承擔(dān)由建筑物通過基礎(chǔ)傳遞給地基的荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用，這都將導(dǎo)致地基土體的變形。，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。降。為什么要研究沉降？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大，那么將基礎(chǔ)的沉降量或者各部位的沉降差過大，那么將影響上部建影響上部建筑物的正常使用筑物的正常使用，甚至?xí)＜敖ㄖ锏陌踩?/p>

3、。，甚至?xí)＜敖ㄖ锏陌踩?。沉降、不均勻沉降沉降、不均勻沉?工程實(shí)例工程實(shí)例 問題：?jiǎn)栴}：沉降沉降2.22.2米，米，且左右兩部分且左右兩部分存在明顯的沉存在明顯的沉降差。降差。墨西哥某宮殿墨西哥某宮殿地基：地基：2020多米厚的粘土多米厚的粘土概概 述述由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸沉降、不均勻沉降沉降、不均勻沉降 工程實(shí)例工程實(shí)例 概概 述述長(zhǎng)高比過大的建筑物因不均勻沉降墻體產(chǎn)生裂縫長(zhǎng)高比過大的建筑物因不均勻沉降墻體產(chǎn)生裂縫47m3915019419917587沉降曲線沉降曲線(mm)中部沉降大中部沉降大“八八”字形裂縫字形裂縫沉降、

4、不均勻沉降沉降、不均勻沉降 工程實(shí)例工程實(shí)例 概概 述述在外力作用下，土顆粒重新排列，土體體積縮小的現(xiàn)象稱為壓縮。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，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。封閉氣泡被壓縮。土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程稱為土的固結(jié)。土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程稱為土的固結(jié)。4 4.2 .2 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)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

5、中的水較快排出，壓縮完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。土顆粒間的力作用使壓縮完成得慢。4.2.1 土的壓縮性土的壓縮性1 土的壓縮試驗(yàn)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)。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)）室內(nèi)壓縮（固結(jié)）試驗(yàn)試驗(yàn)的主要裝置為側(cè)限壓縮儀（的主要裝置為側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀固結(jié)儀）。用這種儀器進(jìn)行試

6、驗(yàn)時(shí)，由于剛性護(hù)環(huán)所限，試樣只用這種儀器進(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)側(cè)限壓縮試驗(yàn)限壓縮試驗(yàn)。4.2.2壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)壓縮試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)F 固結(jié)容器：固結(jié)容器：環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水石、加壓上蓋和量表架等石、加壓上蓋和量表架等F 加壓設(shè)備：加壓設(shè)備：杠桿比例杠桿比例1:101:10F 變形測(cè)量設(shè)備變形測(cè)量設(shè)備側(cè)限壓縮儀（固結(jié)儀）支架支架加壓設(shè)備加壓設(shè)備固結(jié)容器固結(jié)容器變形測(cè)量變形測(cè)量土的壓縮性及壓縮性

7、指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 只在豎直方向上進(jìn)行壓縮只在豎直方向上進(jìn)行壓縮變形是由孔隙體積的減小引起的變形是由孔隙體積的減小引起的00010100010000()111111isiissvvvvvA HAHSeeeeSHehhhehheeapapSHmp Heamcoefficientof volumecompressibilitye 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 根據(jù)固結(jié)試驗(yàn)各級(jí)荷載根據(jù)固結(jié)試驗(yàn)各級(jí)荷載pi相應(yīng)的穩(wěn)定相應(yīng)的穩(wěn)定壓縮量壓縮量Si，可求得相應(yīng)孔隙比可求得相應(yīng)孔隙比ei建立壓力建立壓力p與相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)與相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系曲線，稱為系曲線，稱為土的壓縮曲線土

8、的壓縮曲線。e 1e0固體顆粒固體顆?？紫犊紫秈00i0ee(1e)S/HHow to determine it?土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 2、壓縮性指標(biāo)、壓縮性指標(biāo)（1）壓縮系數(shù)）壓縮系數(shù)壓縮曲線反映了土受壓后的壓縮特性。壓縮曲線反映了土受壓后的壓縮特性。土的土的壓縮系數(shù)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，即應(yīng)力增量的比值，即ep曲線某范圍的割線斜率。曲線某范圍的割線斜率。pea/e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ep(kPa)(kPa)單位：?jiǎn)挝唬篗paMpa-1-1土的壓縮

9、性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 圖中所示為圖中所示為0.1、0.2MPa兩級(jí)壓力下對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)，稱兩級(jí)壓力下對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)，稱為為a a1-21-2，常用來(lái)常用來(lái)衡量土的壓縮性高低。衡量土的壓縮性高低。e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ep(kPa)(kPa)土的類別土的類別a1-2(MPa-1)高壓縮性土高壓縮性土0.5中壓縮性土中壓縮性土0.1,0.5)低壓縮性土低壓縮性土0.1土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 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

10、標(biāo)橫軸軸p用對(duì)數(shù)用對(duì)數(shù) 坐標(biāo)，而縱軸坐標(biāo)，而縱軸e用普通坐標(biāo)，由此得到的壓縮用普通坐標(biāo)，由此得到的壓縮曲線稱為曲線稱為elgp曲線曲線。在較高的壓力范圍內(nèi)，在較高的壓力范圍內(nèi)，elgp曲線曲線近似地為一直線，可用直線的斜率近似地為一直線，可用直線的斜率 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)Cc來(lái)表來(lái)表示土的壓縮性高低，即示土的壓縮性高低，即式中，式中，e1，e2分別為分別為p1，p2所對(duì)應(yīng)的孔隙比。所對(duì)應(yīng)的孔隙比。122211lglglgceeeCpppp（2）壓縮指數(shù)）壓縮指數(shù)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)和和壓縮指數(shù)區(qū)別壓縮指數(shù)區(qū)別:前者前者隨所取的初隨所取的初始?jí)毫皦毫υ隽?/p>

11、的大小而異始?jí)毫皦毫υ隽康拇笮《?，而后者，而后者在較在較高的壓力范圍內(nèi)是常數(shù)高的壓力范圍內(nèi)是常數(shù)。（3）土的壓縮模量）土的壓縮模量 是指土體在是指土體在側(cè)限條件下側(cè)限條件下的豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的豎向應(yīng)的豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的豎向應(yīng)變之比：變之比：HSpE/saeeepE11s1)1/(e 1e1固體顆粒固體顆?？紫犊紫锻恋捏w積壓縮系數(shù)土的體積壓縮系數(shù)mv定義定義為土體在單位應(yīng)力作用下為土體在單位應(yīng)力作用下體積應(yīng)變體積應(yīng)變,它與土的壓縮模它與土的壓縮模量互為倒數(shù)。量互為倒數(shù)。1sv11eaEm土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 1、現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)教材教材1174 4.2.

12、3.2.3 土的荷載試驗(yàn)及變形模量土的荷載試驗(yàn)及變形模量土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 2、土的側(cè)壓力系數(shù)及變形模量、土的側(cè)壓力系數(shù)及變形模量土的側(cè)壓力系數(shù)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)是指?jìng)?cè)限條件下土中側(cè)向應(yīng)力與豎向應(yīng)力之比。力之比。zyzxK0土的變形模量土的變形模量，E0，是土體在無(wú)側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比是土體在無(wú)側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。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性體,故稱為變形模量。故稱為變形模量。E0的大小反

13、映了土體抵抗彈塑性變形的大小反映了土體抵抗彈塑性變形的能力。的能力。前面定義側(cè)限條件下的壓縮模量前面定義側(cè)限條件下的壓縮模量Es，與之有如下關(guān)系：與之有如下關(guān)系：K0與泊松比有如下關(guān)系：與泊松比有如下關(guān)系：10K001KKzxK01212sEE020121KKEEs土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) ssEkkEorEE)121()121(0202zzsE121121)(220szzzyxzEEzyxzyxzzEEE)(000zyxzxyzyx12)(變形模量變形模量E0與壓縮模量與壓縮模量Es之間的關(guān)系推導(dǎo)：之間的關(guān)系推導(dǎo)：所以有所以有根據(jù)定義根據(jù)定義土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮

14、性及壓縮性指標(biāo) 土的土的彈性模量彈性模量（楊氏模量）（楊氏模量）E，是指土體在無(wú)側(cè)限條件下瞬是指土體在無(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)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。時(shí)沉降。壓縮模量壓縮模量Es 和變形模量和變形模量E0的應(yīng)變?yōu)榭倯?yīng)變的應(yīng)變?yōu)榭倯?yīng)變，包括彈性應(yīng)變和包括彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變。彈性模量塑性應(yīng)變。彈性模量E的應(yīng)變只包含彈性應(yīng)變。的應(yīng)變只包含彈性應(yīng)變。通常變形通常變形模量取值模量取值土的類型變形模量(kPa)土的類型變形模量(kPa)泥炭100500松砂1000020000塑性粘土5004000密實(shí)砂5000080000硬塑粘

15、土40008000密實(shí)砂礫石100000200000較硬粘土800015000土的壓縮性及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性及壓縮性指標(biāo) 4 4.3 .3 地基沉降量計(jì)算地基沉降量計(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：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。應(yīng)力，二是土具有壓縮性。地基沉降計(jì)算方法有地基沉降計(jì)算方法有分層總和法分層總和法、彈性理論法、應(yīng)力歷史法、彈性理論法、應(yīng)力歷史法、應(yīng)力路徑法等等。、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)

16、算方法。分層總和法是目前被廣泛采用的沉降計(jì)算方法。分層總和法是以分層總和法是以無(wú)側(cè)向變形條件下的壓縮量公式為基礎(chǔ)。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)：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?？臻g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)；，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；土體僅產(chǎn)生豎向壓縮，而無(wú)側(cè)

17、向變形；(4)土層均質(zhì)且在土層厚度范圍內(nèi)，壓力是均勻分布的土層均質(zhì)且在土層厚度范圍內(nèi)，壓力是均勻分布的。4 4.3 .3 地基沉降量計(jì)算地基沉降量計(jì)算無(wú)側(cè)向變形條件下單向壓縮量公式無(wú)側(cè)向變形條件下單向壓縮量公式121122()111A HA HAHseee12111eeSHe4 4.3 .3 地基沉降量計(jì)算地基沉降量計(jì)算根據(jù)根據(jù)av，mv和和Es的定義的定義pea/s111vamEeaeeepE11s1)1/(上式又可表示為上式又可表示為1111sappSHHeE4 4.3 .3 地基沉降量計(jì)算地基沉降量計(jì)算4 4.3 .3 地基沉降量計(jì)算地基沉降量計(jì)算分層總和法分層總和法在沉降計(jì)算在沉降計(jì)算

18、深度范圍內(nèi)劃分若干土層，深度范圍內(nèi)劃分若干土層，計(jì)算各層的壓縮量（計(jì)算各層的壓縮量（Si），然后求其總和，然后求其總和，即得地基即得地基表面的最終沉降量表面的最終沉降量S，這種這種方法稱為方法稱為分層總和法分層總和法。沉降計(jì)算深度沉降計(jì)算深度zn是指自基礎(chǔ)是指自基礎(chǔ)底面向下需要計(jì)算壓縮變形底面向下需要計(jì)算壓縮變形所達(dá)到的深度。所達(dá)到的深度。分層總和法分層總和法沉降計(jì)算深度沉降計(jì)算深度zn的確定：的確定：z-地基某深度的附加應(yīng)力地基某深度的附加應(yīng)力;s-自重應(yīng)力。自重應(yīng)力。一般土層一般土層：z z=0.2=0.2 czcz；軟粘土層軟粘土層：z z=0.1=0.1 czcz；至基巖或不可壓縮土層

19、至基巖或不可壓縮土層。分層總和法分層總和法4 4.3 .3 地基沉降量計(jì)算地基沉降量計(jì)算分層總和法的分層總和法的基本思路基本思路是：將壓縮層范圍內(nèi)地基分層，計(jì)算每一是：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：分層總和法有兩種基本方法：ep曲線法曲線法和和elgp曲線法曲線法。4 4.3 .3 地基沉降量計(jì)算地基沉降量計(jì)算用用ep曲線法曲線法計(jì)算地基的沉降量計(jì)算步驟計(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）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)

20、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。的大小和分布。（2）將地基分層。）將地基分層。12m,p1，稱為超固結(jié)土；，稱為超固結(jié)土；如果如果pc 1.0的土就是超的土就是超固結(jié)土固結(jié)土;OCR 1.0的土就是欠的土就是欠固結(jié)土。固結(jié)土。4.4 應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響圖圖 正常固結(jié)土的原始?jí)赫９探Y(jié)土的原始?jí)嚎s縮 曲線推求曲線推求2 現(xiàn)場(chǎng)初始?jí)嚎s曲線的推求現(xiàn)場(chǎng)初始?jí)嚎s曲線的推求 1)正常固結(jié)土正常固結(jié)土 如右圖如右圖(教材教材P144圖圖4.4.5)所示。所示

21、。假設(shè)條件：假設(shè)條件：10 取樣過程中無(wú)回彈取樣過程中無(wú)回彈,eo代表現(xiàn)場(chǎng)原位代表現(xiàn)場(chǎng)原位(p1)孔隙比；孔隙比；20 e=0.42eo時(shí)，試時(shí)，試 樣不受擾動(dòng)樣不受擾動(dòng)(試試 驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié))。4.4 應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響 方法：方法：10 根據(jù)根據(jù)試驗(yàn)曲線，用卡薩格蘭德方法試驗(yàn)曲線，用卡薩格蘭德方法找到先期固結(jié)壓力找到先期固結(jié)壓力pc；20 確定原位狀態(tài)點(diǎn)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)在試驗(yàn)曲線上找到縱坐標(biāo)e=0.42eo的點(diǎn)的點(diǎn)c；40 連接連接b、c兩點(diǎn)即得原位壓縮曲線兩點(diǎn)即得原位壓縮曲線bc，其斜，其斜 率就是

22、土的原位壓縮指數(shù)率就是土的原位壓縮指數(shù)Cc。4.4 應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響2)超固結(jié)土超固結(jié)土l如右圖如右圖(教材教材P144圖圖4.4.6)所所示。示。假設(shè)條件：假設(shè)條件：10 取樣過程中無(wú)回彈取樣過程中無(wú)回彈,eo代表現(xiàn)場(chǎng)原位代表現(xiàn)場(chǎng)原位(p1)孔隙比；孔隙比；20 e=0.42eo時(shí)，試樣時(shí)，試樣 不受擾動(dòng)不受擾動(dòng)(試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果 的總結(jié)的總結(jié))；30 再壓縮指數(shù)再壓縮指數(shù)Ce為常為常 數(shù)。數(shù)。圖4-13 超固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線推求 4.4 應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響 方法：方法：10 用卡薩格蘭德法從室內(nèi)試驗(yàn)曲線上找到用卡薩格蘭德法從室

23、內(nèi)試驗(yàn)曲線上找到 先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力pc；20 確定原位狀態(tài)點(diǎn)確定原位狀態(tài)點(diǎn)b1(p1=h，eo)；30 從從b1點(diǎn)作斜率為點(diǎn)作斜率為Ce的直線交垂線的直線交垂線 p=pc于于b 點(diǎn)；點(diǎn)；40 在室內(nèi)試驗(yàn)曲線上找到縱坐標(biāo)在室內(nèi)試驗(yàn)曲線上找到縱坐標(biāo)e=0.42eo的的 點(diǎn)點(diǎn)c；50 連接連接b、c兩點(diǎn)得直線兩點(diǎn)得直線bc。4.4 應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響3)欠固結(jié)土欠固結(jié)土 近似按正常固結(jié)土的方法求原始?jí)嚎s曲線近似按正常固結(jié)土的方法求原始?jí)嚎s曲線。3 elgp曲線法曲線法（應(yīng)力歷史法）（應(yīng)力歷史法）利用室內(nèi)利用室內(nèi)elgp曲線曲線法法可以考慮應(yīng)力歷史的影響，從而可進(jìn)

24、行可以考慮應(yīng)力歷史的影響，從而可進(jìn)行更為準(zhǔn)確的沉降計(jì)算。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：與單向壓縮分層總和法的區(qū)別：a.采用采用elgp曲線曲線確定壓縮指數(shù)確定壓縮指數(shù)Ccb.由現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線求得由現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線求得c.初始孔隙比用初始孔隙比用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)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)算公式算公式e0e 4.4 應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響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

25、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-lg p曲線計(jì)算沉降的比較 沉降計(jì)算方法的討論沉降計(jì)算方法的討論單向壓縮分層總和法單向壓縮分層總和法（使用使用e-p曲線）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、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)面積大大超過壓縮層厚度，可以得到較好結(jié)果。大大超過壓縮層厚度，可以得到較好結(jié)果。缺點(diǎn)：室內(nèi)測(cè)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。曲線，取樣擾動(dòng)，使計(jì)

26、算結(jié)果偏大。可判定原狀土壓縮曲線可判定原狀土壓縮曲線 區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài)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)不區(qū)分不同固結(jié)狀態(tài) e-lgp曲線方法與曲線方法與e-p曲線方法曲線方法相比，不足之處：相比，不足之處：規(guī)范法規(guī)范法,修正，提高了精度。修正，提高了精度。e-p e-lgp其它方法的優(yōu)缺點(diǎn)前面已講過其它方法的優(yōu)缺點(diǎn)前面已講過 4 4.5.5 地基沉降與時(shí)間的關(guān)系地基沉降與時(shí)間的關(guān)系固結(jié)固結(jié)：飽和土體在某壓力作用下，壓縮：飽和土體在某壓力作用下，壓縮量量隨著孔隙水的排出而逐漸隨著孔隙水的排出而逐漸增長(zhǎng)的過程；增長(zhǎng)的過程；固結(jié)描述了固結(jié)描述了沉降與

27、時(shí)間之間的關(guān)系沉降與時(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19861986年：年：開工開工19901990年：年：人工島完成人工島完成19941994年：年：機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)面積：面積：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量：18018010106 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m地基：地基：15-21m15-21m厚粘土厚粘土工程實(shí)例工程實(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

28、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。皮亞諾 工程實(shí)例工程實(shí)例 設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)沉降：設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)沉降：5.77.5 m完成時(shí)實(shí)際沉降：完成時(shí)實(shí)際沉降：8.1 m，5cm/月月(1990年年)預(yù)測(cè)主固結(jié)完成：預(yù)測(cè)主固結(jié)完成：20年后年后比設(shè)計(jì)超填：比設(shè)計(jì)超填：3.0 m問題：沉降大且有不均勻沉降日期日期

29、測(cè)測(cè) 點(diǎn)點(diǎn) 及及 實(shí)際沉實(shí)際沉 降降 值（值（m）123578101112151617平均平均00-1210.6 9.7 12.8 11.7 10.6 13.0 11.6 10.3 12.7 12.5 9.0 14.1 11.701-1210.8 9.9 13.0 11.9 10.7 13.2 11.8 10.5 12.9 12.7 9.1 14.3 11.9一、飽和土的滲透固結(jié)一、飽和土的滲透固結(jié)物理模型物理模型彈簧活塞模型彈簧活塞模型 4 4.5.5 地基沉降與時(shí)間的關(guān)系地基沉降與時(shí)間的關(guān)系0t t0 twph pphh 0h p附加應(yīng)力附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓超靜孔壓:u=z=p有效應(yīng)力

30、有效應(yīng)力:z=0滲流固結(jié)過程變形逐漸增加滲流固結(jié)過程變形逐漸增加附加應(yīng)力附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓超靜孔壓:u 0附加應(yīng)力附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓超靜孔壓:u=0有效應(yīng)力有效應(yīng)力:z=pp從固結(jié)模型模擬的土體的從固結(jié)模型模擬的土體的固結(jié)過程固結(jié)過程可以看出：可以看出：在某一壓力作用下，飽和土的固結(jié)過程就是在某一壓力作用下，飽和土的固結(jié)過程就是土體中各點(diǎn)的土體中各點(diǎn)的超孔隙水應(yīng)力不斷消散、附加有效應(yīng)力相應(yīng)增加的過程超孔隙水應(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)力的過程，而在這種轉(zhuǎn)化的過程中，任一時(shí)刻任一深

31、度上的應(yīng)力始終而在這種轉(zhuǎn)化的過程中，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，即遵循著有效應(yīng)力原理，即p=u+。因此，關(guān)于因此，關(guān)于求解地基沉降與時(shí)間關(guān)系求解地基沉降與時(shí)間關(guān)系的問題，實(shí)際上就的問題，實(shí)際上就變變成求解在附加應(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)間變化的問題時(shí)間變化的問題。因?yàn)橐坏┠硶r(shí)刻的超孔隙水應(yīng)力確定，。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。節(jié)介紹的理論，求得該時(shí)刻的土層壓縮量。二、太

32、沙基（二、太沙基（Terzaghi）單向固結(jié)理論單向固結(jié)理論實(shí)踐背景：實(shí)踐背景：大面積均布荷載大面積均布荷載p不透水巖層不透水巖層飽和壓縮層飽和壓縮層z=pp側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)土層均勻且完全飽和；土層均勻且完全飽和；土顆粒與水不可壓縮；土顆粒與水不可壓縮；變形是單向壓縮（水的滲出和土層壓縮是單向的）；變形是單向壓縮（水的滲出和土層壓縮是單向的）；荷載均布且一次施加；荷載均布且一次施加；假定假定 z z=const=const滲流符合達(dá)西定律且滲透系數(shù)保持不變；滲流符合達(dá)西定律且滲透系數(shù)保持不變；壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a a是常數(shù)。是常數(shù)。1 1、基本假定、基本假定2 2、建立方程、建立方程微小

33、單元（微小單元（11dz）微小時(shí)段（微小時(shí)段（dt）q q(qdz)z zdz11孔隙體積的變化流出的水量孔隙體積的變化流出的水量土的壓縮特性土的壓縮特性有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理達(dá)西定律達(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超靜孔隙水壓力孔隙比孔隙比超靜孔隙水壓力超靜孔隙水壓力孔隙比孔隙比土骨架的體積變化土骨架的體積變化不透水巖層不透水巖層飽和壓縮層飽和壓縮層z zq q(qdz)z dzz11固體體積：固體體積：111Vdzconst1e 2111VeVe(dz)1e 孔隙體積：孔隙體積：dt時(shí)段內(nèi)：時(shí)段內(nèi)：孔隙體積的變化流出的水量

34、孔隙體積的變化流出的水量2Vqqdtqqdzdtdzdttzz 11eq1etz uwhkuqAkikikzz 221wauku1etz 212wk 1euutaz q q(qdz)z dzz11dt時(shí)段內(nèi)：時(shí)段內(nèi)：孔隙體積的變化流出的水量孔隙體積的變化流出的水量土的壓縮性：土的壓縮性：zea 有效應(yīng)力原理：有效應(yīng)力原理：zzu zz(u)euaaatttt 達(dá)西定律達(dá)西定律:11eq1etz 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由由公公式可以求解得任一深度式可以求解得任一深度z在任一時(shí)刻在任一時(shí)刻t的孔隙水應(yīng)力的表達(dá)式。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

35、隙水應(yīng)力隨時(shí)間的變化正比于水力梯度固結(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。隨深度的變化。)/(2scmmKCvwv式中，212wk 1euutaz 2v2uuCtz 1vwk(1e)Ca 固結(jié)系數(shù)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；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)與滲透系數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；成反比；（cm2/s；m2/year，粘性土一般在，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量級(jí)）量級(jí)）3 3、固結(jié)微分方程求解：、固結(jié)微分方程求解：vTmmeHzmmpu41222sin142Ht

36、CTvv(4-36)2v2uuCtz 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 1）求解思路）求解思路不透水巖層不透水巖層飽和壓縮層飽和壓縮層z=pHp0t t0 tz t,zuz t,z t,zut,z z 0 z H:u=pz=0:u=0z=H:u z 0 z H:u=0（2 2）邊界、初始條件）邊界、初始條件z zvv2CTtH 時(shí)間因數(shù)時(shí)間因數(shù)反映孔隙水壓力的消散程度反映孔隙水壓力的消散程度固結(jié)程度固結(jié)程度v22T4m1mt,zeH2zmsinm1p4u 式中，式中，m正奇數(shù)（正奇數(shù)（1，3，5.）；）；Tv時(shí)間因數(shù)

37、，無(wú)因次時(shí)間因數(shù)，無(wú)因次其中，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。件下為土層厚度的一半。H單面排水時(shí)孔隙水壓力分布單面排水時(shí)孔隙水壓力分布雙面排水時(shí)孔隙水壓力分布雙面排水時(shí)孔隙水壓力分布z zz z排水面排水面不透水層不透水層排水面排水面排水面排水面HH滲流滲流滲流滲流滲流滲流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u u0 0=p=pu u0 0=p=pvv2CTtH 時(shí)間因數(shù)時(shí)間因數(shù)m1，3，5，7v22T4m1mt,ze

38、H2zmsinm1p4u 4 4、固結(jié)微分方程的解、固結(jié)微分方程的解三、固結(jié)度及其應(yīng)用三、固結(jié)度及其應(yīng)用所謂所謂固結(jié)度固結(jié)度，就是指在某一附加應(yīng)力下，經(jīng)某一時(shí)間，就是指在某一附加應(yīng)力下，經(jīng)某一時(shí)間t后，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處土處土層經(jīng)時(shí)間層經(jīng)時(shí)間t后，該點(diǎn)的固結(jié)度可用下式表示后，該點(diǎn)的固結(jié)度可用下式表示式中：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)力初始孔隙水應(yīng)力，其大小即等于該點(diǎn)的附加應(yīng)力p；ut時(shí)刻該點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力。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)際問題來(lái)說(shuō)并不重要，為此，常常某一點(diǎn)的

39、固結(jié)度對(duì)于解決工程實(shí)際問題來(lái)說(shuō)并不重要，為此，常常引入引入土層平均固結(jié)度土層平均固結(jié)度的概念。的概念?；蛘呋蛘呤街校菏街校簊t經(jīng)過時(shí)間經(jīng)過時(shí)間t后的基礎(chǔ)沉降量；后的基礎(chǔ)沉降量；s基礎(chǔ)的最終沉降量。基礎(chǔ)的最終沉降量。dzdzu1dzdzUzt,zH0zH0t,zt總總應(yīng)應(yīng)力力分分布布面面積積有有效效應(yīng)應(yīng)力力分分布布面面積積pzuHM （m=1,3,5,7）土層的平均固結(jié)度土層的平均固結(jié)度是時(shí)間因數(shù)是時(shí)間因數(shù)Tv的單值函數(shù)，它的單值函數(shù)，它與所加的附加應(yīng)力與所加的附加應(yīng)力的大小無(wú)關(guān)，但與附加應(yīng)力的分布形式有關(guān)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)反映附加應(yīng)力分布形態(tài)的參

40、數(shù)：對(duì)對(duì)0型型，附加應(yīng)力為（沿豎向）均勻分布附加應(yīng)力為（沿豎向）均勻分布 pHdzuH00VvvvvTmTmTTTeemUeeeU421422425494222222281181.2519181zz 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。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?！?”型型 “2”型型 “0-1”型型 “0-2”型型“0”型型為了使用的方便，已將各種附加應(yīng)力呈直線分布（即不同為了使用的方便，已將各種附加應(yīng)力呈直線分布（即不同值）情況下土層的值）情況下土層的平均固結(jié)度與時(shí)間因數(shù)之間的關(guān)系平均固結(jié)度與時(shí)間因數(shù)之間的關(guān)系繪制成繪制成曲線，如圖。曲線，如圖。利用此圖

41、和固結(jié)度公式，可以解決下列兩類沉降計(jì)算問題：利用此圖和固結(jié)度公式，可以解決下列兩類沉降計(jì)算問題：（1）已知土層的最終沉降量已知土層的最終沉降量S，求某一固結(jié)歷時(shí)求某一固結(jié)歷時(shí)t已完成的沉降已完成的沉降St（2）已知土層的最終沉降量已知土層的最終沉降量S，求土層產(chǎn)生某一沉降量求土層產(chǎn)生某一沉降量St所需的所需的時(shí)間時(shí)間t tTv=Cvt/H22vvT4t,(T)28U1e St=Ut S（1）已知土層的最終沉降量已知土層的最終沉降量S，求某一固結(jié)歷時(shí)求某一固結(jié)歷時(shí)t已完成的沉降已完成的沉降St 1、由、由k，av，e1，H和給定的和給定的t，算出算出Cv和和時(shí)間因數(shù)時(shí)間因數(shù)Tv；2、利用圖、利用

42、圖426中的曲線查出固結(jié)度中的曲線查出固結(jié)度U；3、再由式（、再由式（442）求得）求得StSU。（2）已知土層的最終沉降量已知土層的最終沉降量S，求土層產(chǎn)生某一沉降量求土層產(chǎn)生某一沉降量St所需的所需的時(shí)間時(shí)間tUt=St/S 從從 Ut 查表（計(jì)算）確定查表（計(jì)算）確定 Tv v2vCHTt 1、平均固結(jié)度、平均固結(jié)度U=St/S；2、圖中查得時(shí)間因數(shù)、圖中查得時(shí)間因數(shù)Tv；3、再按式、再按式t=H2 Tv/Cv求出所需求出所需的時(shí)間。的時(shí)間。【例題【例題43】設(shè)飽和粘土層的厚度為】設(shè)飽和粘土層的厚度為10m，位于不透水堅(jiān)硬巖層上，由于位于不透水堅(jiān)硬巖層上，由于基底上作用著豎直均布荷載，在

43、土層中引起的附加應(yīng)力的大小和分布如圖基底上作用著豎直均布荷載，在土層中引起的附加應(yīng)力的大小和分布如圖427所示。若土層的初始孔隙比所示。若土層的初始孔隙比e1為為0.8，壓縮系數(shù)，壓縮系數(shù)av為為2.510-4kPa，滲滲透系數(shù)透系數(shù)k為為2.0cm/a。試問試問:(1)加荷一年后，基礎(chǔ)中心點(diǎn)的沉降量為多少？加荷一年后，基礎(chǔ)中心點(diǎn)的沉降量為多少？(2)當(dāng)基礎(chǔ)的沉降量達(dá)到當(dāng)基礎(chǔ)的沉降量達(dá)到20cm時(shí)需要多少時(shí)間？時(shí)需要多少時(shí)間？【解】（【解】（1）該圓該土層的平均附加應(yīng)力為）該圓該土層的平均附加應(yīng)力為 z=(240+160)/2=200kPa則基礎(chǔ)的最終沉降量為則基礎(chǔ)的最終沉降量為 S=av/(

44、1+e1)zH=2.5 10-4 200 1000/(1+0.8)=27.8cm該土層的固結(jié)系數(shù)為該土層的固結(jié)系數(shù)為 Cv=k(1+e1)/avw=2.0(1+0.8)/0.000250.098 =1.47105cm2/a時(shí)間因數(shù)為時(shí)間因數(shù)為 Tv=Cvt/H2=1.471051/10002=0.147土層的附加應(yīng)力為梯形分布，其參數(shù)土層的附加應(yīng)力為梯形分布，其參數(shù) z/z40/160=1.5由由Tv及及值從圖值從圖426查得土層的平均固結(jié)度為查得土層的平均固結(jié)度為0.45，則，則加荷一年后的沉降量為加荷一年后的沉降量為 St=US=0.4527.812.5cm（2）已知基礎(chǔ)的沉降為已知基礎(chǔ)的沉降為St=20cm，最終沉降量最終沉降量S=27.8cm則土層的平均固結(jié)度為則土層的平均固結(jié)度為 U=St/S=20/27.8=0.72由由U及及值從圖值從圖426查得時(shí)間因數(shù)為查得時(shí)間因數(shù)為0.47，則沉降達(dá)到，則沉降達(dá)到20cm所需的時(shí)間為所需的時(shí)間為 t=TvH2/Cv=0.4710002/1.471053.2年年End of Chapter 4結(jié)束