土质土力学第四章ppt课件

1、土的压缩性与土的压缩性与地基沉降计算地基沉降计算第四章第四章工程实例工程实例4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算问题：问题：沉降沉降2.22.2米，米，且左右两部分且左右两部分存在明显的沉存在明显的沉降差。左侧建降差。左侧建筑物于筑物于19691969年年加固。加固。墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：17091709年；右部：年；右部：16221622年；地基：年；地基：2020多米厚的粘土多米厚的粘土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基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝修建新建筑物：引起原有建筑物开裂修建新

2、建筑物：引起原有建筑物开裂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建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1土具有压缩性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的压缩特性地基厚度一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用概述概述4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率压缩性测试最终沉降量一维压缩一维压缩一维固结一维固结沉降速率三维固结三维固结修正修正复杂条件下的计算公式复杂条件下的计算公式简化条件简化条件主线、重点：主

3、线、重点：一维问题！一维问题！4 4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 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论室内试验室内试验室外试验室外试验侧限压缩、三轴压缩等侧限压缩、三轴压缩等荷载试验、旁压试验等荷载试验、旁压试验等概述概述4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标较复杂应较复杂应力状态？力状态？4 4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 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维

4、压缩性及其指标4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4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 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法一、侧限压缩试验及其应力应变关系复习）一、侧限压缩试验及其应力应变关系复习）水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se试验结果：试验结果：4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩

5、性与地基沉降计算4.1 4.1 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 一、侧限压缩试验及其应力应变关系一、侧限压缩试验及其应力应变关系应力应变关系以某种粘土为例应力应变关系以某种粘土为例zp z )e1(e00 1 1Es1 1Ee非线性非线性弹塑性弹塑性 zszE侧限变形模量：侧限变形模量：4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算二、三轴压缩试验及其应力应变关系复习）二、三轴压缩试验及其应力应变关系复习）4.1 4.1 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法试样试样压力室压力室压力压力水水排水管排水管阀门阀门轴向加压杆轴向加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽

6、量测体变或量测体变或孔隙水压力孔隙水压力测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力体变或孔隙水压力体变或孔隙水压力类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力4 4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 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 二、三轴压缩试验及其应力应变关系二、三轴压缩试验及其应力应变关系 v应力应变关系应力应变关系以某种粘土固结排水试验为例以某种粘土固结排水试验为例与围压

7、有关与围压有关非线性非线性弹塑性弹塑性剪胀性剪胀性4 4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 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法三、普遍应力应变关系及本构模型三、普遍应力应变关系及本构模型1. 1. 土变形的物理机制原因）土变形的物理机制原因）土受力以后为什么会表现出上述变形特性？土受力以后为什么会表现出上述变形特性？ 土的特殊性土的特殊性 弹性变形弹性变形体应变主要是由于孔隙体积变化引起的；体应变主要是由于孔隙体积变化引起的；剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。 接触点处弹性变形 弹性挠曲变形 颗粒滚

8、爬的可逆性 封闭气泡受压 塑性变形塑性变形 大孔隙消失 接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂31 1 2131 1 21非线性弹性非线性弹性31 1 132431 1 1324弹塑性弹塑性线弹性线弹性- -理想塑性理想塑性31 1 f 1E31 1 f 31 1 f 1E2.2.土的本构模型土的本构模型4 4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 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法三、普遍应力应变关系及本构模型三、普遍应力应变关系及本构模型4 4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 土的压缩性测试方法及应力应变关系土的压缩性测试方法及应

9、力应变关系四、荷载试验与旁压试验四、荷载试验与旁压试验自学4 4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 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e -e -曲线曲线二、二、e - lge - lg曲线曲线三、先期固结压力三、先期固结压力四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线四、原位压缩曲线及原位再压缩曲

10、线4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e - e - 曲线曲线a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ePt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3sei00i0ee(1e )S /H4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e - e - 曲线曲线 e a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e eea 压缩系数，压缩系数，KPa-1KPa-1，MPa-1MPa-1e 1e0sz

11、E 侧限压缩模量侧限压缩模量,KPa ,MPa,KPa ,MPa侧限变形模量侧限变形模量固体颗粒固体颗粒孔隙孔隙z0e1e 0s1eEa vs01amE1e 体积压缩系数，体积压缩系数，KPa-1 KPa-1 ，MPa-1MPa-14 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标 一、一、e - e - 曲线曲线ea e a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e e压缩系数，压缩系数，KPa-1KPa-1a1-2a1-2常用作常用作比较土的压比较土的压缩性大小缩性大小土的类别土的类别a1-2 (MPa-

12、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单向压缩试验的各种参数的关系单向压缩试验的各种参数的关系指标指标指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv14 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e - e - 曲线曲线4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标二、二、e - lge - lg曲线曲线a(kP , lg) 10010000.60.

13、70.80.9e eceC(lg) CcCc1 11 1CeCe压缩指数压缩指数Ce回弹指数再压缩指数）回弹指数再压缩指数）Ce s：超固结土：超固结土 p1OCR1：超固结：超固结OCR1OCRp2 p)p)：12zv1eeSHHH1e 1e2eBCelg 1p2p1e2eBCelg 1p2p p pp2eC111ppHHSClgClg1ep1e A以公式以公式 为例为例He1eeS121 zszH ;121eeSH1e 确定： 测定： e-p曲线或者e-lgp曲线 查定： 算定：1szp 2szzp 2e;1e4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终

14、沉降量计算地基的最终沉降量计算3、计算步骤、计算步骤一、单一土层一维压缩问题一、单一土层一维压缩问题侧限条件侧限条件HszszH2 z=ppH/2H/2,e1,e1 e ee1e1e2e2p p1 1p2p2p p1 1、基本假定和基本原理、基本假定和基本原理理论上不够完备，缺乏统一理论；理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半径验性方法。单向压缩分层总和法是一个半径验性方法。4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法（a a假设基底压力为线性分布假设基底

15、压力为线性分布 （b b附加应力用弹性理论计算附加应力用弹性理论计算（c c只发生单向沉降：侧限应力状态只发生单向沉降：侧限应力状态（d d只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降（e e将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和：各层沉降量之和： iSS2、计算步骤、计算步骤4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法情况情况1 1不考虑地基回弹的情形：不考虑地基回弹的情

16、形：沉降量从原基底算起；沉降量从原基底算起；适用于基础底面积小，埋深浅，施工快。适用于基础底面积小，埋深浅，施工快。考虑地基回弹的情形：考虑地基回弹的情形：沉降量从回弹后的基底算起；沉降量从回弹后的基底算起；基础底面大，埋深大，施工期长。基础底面大，埋深大，施工期长。情况情况2 2d地面地面基底基底知：地基各土层的压缩曲线知：地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线原状土压缩曲线d地面地面基底基底2、计算步骤情况、计算步骤情况14 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法(a

17、)(a)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(b)(b)基底附加压力基底附加压力p0p0pp0 d p0 = p - p0 = p - d d(c)(c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布自重应力自重应力附加应力附加应力(d)(d)确定计算深度确定计算深度znzn 一般土层：z=0.2 sz； 软粘土层：z=0.1 sz； 一般房屋基础：Zn=B(2.5-0.4lnB)； 基岩或不可压缩土层。沉降计算深度沉降计算深度szsz从地面算起；从地面算起；zz从基底算起；从基底算起；zz是由基底附加应力是由基底附加应力 p-d p-d 引起的引起的2、计算步骤情况、计算步

18、骤情况14 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法(a)(a)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(b)(b)基底附加压力基底附加压力p0p0(c)(c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布(d)(d)确定计算深度确定计算深度znznd地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度(e)(e)地基分层地基分层HiHi不同土层界面；地下水位线；每层厚度不宜0.4B或4m；z 变化明显的土层，适当取小。(g)

19、 (g) 各层沉降量叠加各层沉降量叠加SiSi(f)(f)计算每层沉降量计算每层沉降量SiSisziziHid地面地面基底基底2、计算步骤情况、计算步骤情况24 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法(a)(a)计算原地基中自重应力分布计算原地基中自重应力分布(b)(b)计算开挖后地基中自重应力分布计算开挖后地基中自重应力分布(c)(c)确定地基中附加应力确定地基中附加应力 z z分布分布f( d,z) szszszsz z zf (p, z)f (p, z)pszi

20、zi下同情况下同情况1 1自重应力自重应力附加应力附加应力 ee1ie2i sziszip2i zizi4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算3、计算公式、计算公式12zv1eeSHHH1e ii2i1iizii1i1iaaS(pp )HH1e1eziiziiisiiHHSEE （a ae-e- 曲线曲线二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度 sziziHi4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4

21、.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算3、计算公式、计算公式ii2i1iizii1i1iaaS(pp )HH1e1e（a ae-e- 曲线曲线iii1iaSA1e 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法i0iii 1i 1Ap (zz) 0zi0z(i-1)Ai附加应力附加应力p0规范法规范法zi-1zii 平均附加应力系数平均附加应力系数正常固结土正常固结土1iszip sziziiCi2i1iCiszieClg ppClg （b b用用e-lge-lg 曲线计算曲线计算4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的

22、最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法3、计算公式、计算公式d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度 sziziHi1ie2ieBCelg 1ip2ip2iszizip Cisziziiiii1i1isziCeSHH lg1e1e 2ipeii2iiii1i1i1ip:CepSHH lg1e1ep 2ippeiCi2iiii1i1i1ipp:CCpSH lgH lg1ep1e 4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法

23、二、地基最终沉降量分层总和法3、计算公式、计算公式d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度 sziziHiBCelg pipiA1ie2ie1ip2ip超固结土超固结土1iszip （b b用用e-lge-lg 曲线计算曲线计算2iszizip 考虑地基回弹的沉降量计算考虑地基回弹的沉降量计算条件：条件：正常固结土，正常固结土，e-lge-lg 曲线曲线基面面积大，埋深大，施工期长基面面积大，埋深大，施工期长i i层地基的沉降量层地基的沉降量Si = Si = 再压缩沉降量再压缩沉降量 S1i + S1i + 压缩沉降量压缩沉降量S2iS2i4 4

24、土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法3、计算公式、计算公式 类似于超固结土的计算； 式中采用开挖前地基的天然孔隙比e1i，无论是回弹、再压缩或压缩，均是相对于开挖前的拟定基底高程而言。三者的基准点均是e1i 状态时的Hi。d地面地面基底基底pszi zi自重应力自重应力附加应力附加应力4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法3、计算公式、计算公

25、式szi szi szizi BCelg A1ie2ied地面地面基底基底pszi zi自重应力自重应力附加应力附加应力eiszi1i1iii1i1isziCeSHH lg1e1e ciszizi2i2iii1i1isziCeSHH lg1e1eszisziziii1i2ieici1iszisziHSSSCC lg1e各种假定导致各种假定导致 S S 的误差，如：的误差，如：取中点下附加应力值，使取中点下附加应力值，使 S S 偏大偏大; ;侧限压缩使计算值偏小；侧限压缩使计算值偏小； 地基不均匀性导致的误差等。地基不均匀性导致的误差等。软粘土应力集中软粘土应力集中S偏小偏小, s1 硬粘土应

26、力扩散硬粘土应力扩散S偏大偏大, s1SSs 修沉降经验修正系数沉降经验修正系数4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法4、结果修正、结果修正n基底压力线性分布假设基底压力线性分布假设n弹性附加应力计算弹性附加应力计算n单向压缩的假设单向压缩的假设n只计主固结沉降只计主固结沉降n原状土现场取样的扰动原状土现场取样的扰动n参数线性的假设参数线性的假设n按中点下附加应力计算按中点下附加应力计算sSS 基底附加应力基底附加应力2.54.07.015.020.0 p0 fk1

27、.41.31.00.40.2 p0 0.75 fk1.11.00.70.40.2表表4-6 4-6 沉降计算经验系数沉降计算经验系数s ssE4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法4、结果修正、结果修正0zi0z(i-1)AiisisiAEAE i0iii 1i 1Ap (zz) 附加应力附加应力p0 s=1.4-0.2, s=1.4-0.2, (1)(1)与土质软硬有关与土质软硬有关, ,(2)(2)与基底附加应力与基底附加应力p0/fkp0/fk的大小有关的大小

28、有关fkfk：地基承载力标准值：地基承载力标准值 准备资料准备资料 应力分布应力分布 沉降计算沉降计算建筑基础形状、大小、重量、埋深）建筑基础形状、大小、重量、埋深）地基各土层的压缩曲线地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线原状土压缩曲线计算断面和计算点计算断面和计算点确定计算深度确定计算深度确定分层界面确定分层界面计算各土层的计算各土层的 sziszi， zizi计算各层沉降量计算各层沉降量地基总沉降量地基总沉降量自重应力自重应力基底压力基底压力基底附加应力基底附加应力附加应力附加应力 结果修正结果修正SSs 修4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉

29、降量计算地基的最终沉降量计算 二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法三三. . 地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算3 3、单向分层总和法的评价、单向分层总和法的评价2 2、砂性土地基的沉降计算、砂性土地基的沉降计算1 1、粘土地基的沉降量计算、粘土地基的沉降量计算1 1、粘土地基的沉降量计算、粘土地基的沉降量计算研究表明：粘性土地基在研究表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量基底压力作用下的沉降量S S由三种不同的原因引起：由三种不同的原因引起：次固结沉降

30、次固结沉降 Ss Ss主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起的变形。这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，起的变形。这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，既包括剪应变，又包括体应变。既包括剪应变，又包括体应变。初始沉降初始沉降( (瞬时沉降瞬时沉降) Sd) Sd 有限范围的外荷载作用下地基由于发生侧向位移有限范围的外荷载作用下地基由于发生侧向位移( (即剪切变形即剪切变形) )引起的。引起的。主固结沉降主固结沉降( (渗流固结沉降渗流固结沉降) Sc) Sc 由于超

31、孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的由于超孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的。 是地基变形的主要部分。是地基变形的主要部分。4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算三三. . 地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题tSSi Si ：初始瞬时沉降：初始瞬时沉降Ss: 次固结沉降次固结沉降ScSc：主固结沉降：主固结沉降niiSS1scdSSSS 1 1、粘土地基的沉降量计算、粘土地基的沉降量计算三三. . 地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题4 4土的压缩性与地基沉降计算

32、土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算自学（详见（详见P136-140P136-140）2 2、砂性土地基的沉降计算、砂性土地基的沉降计算原位试验原位试验砂性土地基的沉降速率比较快，大部分沉降在施工砂性土地基的沉降速率比较快，大部分沉降在施工期间便完成，运用期沉降量一般不会很大。期间便完成，运用期沉降量一般不会很大。难以取到有代表性的土样难以取到有代表性的土样标准贯入试验标准贯入试验 静力触探试验静力触探试验 载荷板试验载荷板试验 Schmertman薛迈脱曼建议的简易算法P142） 基于经验公式的估算方法P126，公式4-16） HozzdzSEpE

33、 三三. . 地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算方法：方法：特点：特点：问题：问题： 原位冻结取样 单向分层总和法 S S S3 3、单向分层总和法的评价、单向分层总和法的评价可计算成层地基；可计算成层地基；可计算不同形状基础条、矩、圆不同分布的基底压力；可计算不同形状基础条、矩、圆不同分布的基底压力；参数的试验测定方法简单；参数的试验测定方法简单；已经积累了几十年应用的经验，适当修正。已经积累了几十年应用的经验，适当修正。（1 1基本假定：基本假定：（2 2优优 点：点：三

34、三. . 地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算（a a假设基底压力为线性分布假设基底压力为线性分布 （b b附加应力用弹性理论计算附加应力用弹性理论计算（c c只发生单向沉降：侧限应力状态只发生单向沉降：侧限应力状态（d d只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降（e e整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和西方西方 可判定原状土压缩曲线可判定原状土压缩曲线 区分不同固结状态区分不同固结状态 计算结果偏大

35、计算结果偏大相差比较大相差比较大 修正靠经验修正靠经验（3 3精度：精度：（4 4e-pe-p曲线与曲线与e-lgpe-lgp曲线的对比：曲线的对比： 原苏联原苏联 无法确定现场土压缩曲线无法确定现场土压缩曲线 不区分不同固结状态不区分不同固结状态 计算结果偏小计算结果偏小e-e-lg均需修正均需修正3 3、单向分层总和法的评价、单向分层总和法的评价三三. . 地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算作业：习题4-2、4-3n4.24.2n 用用Es1-2Es1-2计算计算n 不计

36、沉降计算经验系数不计沉降计算经验系数s sn 粗砂可以按一层计算粗砂可以按一层计算n4.34.3n D=1.5m D=1.5mn 考虑沉降计算经验修正系数考虑沉降计算经验修正系数作业作业46 47 (1), (2), (3), (4), (6)4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算一、单一土层一维压缩问题一、单一土层一维压缩问题二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法三、地基沉降计算的若干问题三、地基沉降计算的若干问题4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4 4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 土的压缩性测试方法土

37、的压缩性测试方法4.2 4.2 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论重点：重点： 一维渗流固结一维渗流固结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固结沉降的速度固结沉降的速度 ？固结沉降的程度固结沉降的程度 ？问题：问题：4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论St S不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层p4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.4

38、4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论TerzaghiTerzaghi渗流固结理论）渗流固结理论）二、固结度的计算二、固结度的计算四、固结系数的测定四、固结系数的测定五、多维渗流固结理论简介五、多维渗流固结理论简介三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题 实践背景：大面积均布荷载实践背景：大面积均布荷载p不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z=pp侧限应力状态侧限应力状态一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论TerzaghiTerzaghi渗流固结理论）渗流固结理论）4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结

39、理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 1、物理模型、物理模型4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算0t t0 twph pphh 0h 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渗流固结过程渗流固结过程附加应力附加应力: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=p一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论2、数学模型、数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 饱和土体的渗流

40、固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土层均匀且完全饱和；土层均匀且完全饱和；土颗粒与水不可压缩；土颗粒与水不可压缩；变形是单向压缩水的渗出和土层压缩是单向的）；变形是单向压缩水的渗出和土层压缩是单向的）；荷载均布且一次施加；荷载均布且一次施加；假定假定 z = constz = const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；压缩系数压缩系数a a是常数。是常数。基本假定：基本假定：求解思路：求解思路：总应力已知总应力已知有效应力原理有效应力原理超静孔隙水压力的时空分布超静孔隙水压力的时空分布建立方程：建立方程：

41、微小单元微小单元11dz）微小时段微小时段dt）q q(qdz)z zdz112、数学模型、数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量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超静孔隙水压力的时空分布超静孔隙水压力的时空分布超静孔隙水压力超静孔隙水压力超静孔隙水压力超静孔隙水压力土骨架的体积变化土骨架的体积变化不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z z建立方程：建立方程：q q(qdz)z dzz112

42、、数学模型、数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算固体体积：固体体积：111Vdzconst1e 2111VeVe(dz)1e 孔隙体积：孔隙体积：dt时段内：时段内： 孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量2Vqqdtqqdzdtdzdttzz 11eq1etz 建立方程：建立方程：uwhkuqAkikikzz 221wauku1etz 212wk 1euutaz q q(qdz)z dzz112、数学模型、数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.

43、4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算dt时段内：时段内：孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量土的压缩性：土的压缩性：zea 有效应力原理：有效应力原理：zzu zz(u)euaaatttt 达西定律达西定律: :11eq1etz 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Cv Cv 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度；反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度；Cv Cv 与渗透系数与渗透系数k k成正比，与压缩系数成正比，与压缩系数a a成反比；成反比；（cm2/scm2/s；m2

44、/yearm2/year）1vwk(1e )Ca 212wk 1euutaz 固结系数固结系数建立方程：建立方程：2、数学模型、数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算2v2uuCtz 线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。 给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出uz,t。方程求解：方程求解：2、数学模型、数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4

45、 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算（1 1求解思路：求解思路：2v2uuCtz 不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z=pHp0t t0 tz t , zuz t , z t , zut , z z 0 z H:u=pz=0: u=0z=H: uz 0 z H: u=0（2 2边境、初始条件：边境、初始条件：方程求解：方程求解：2、数学模型、数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算z z(3) (

46、3) 微分方程的解微分方程的解vv2CTtH 时间因数时间因数m1，3，5，7方程求解：方程求解：2、数学模型、数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算0 z H:u=pz=0: u=0z=H: uz 0 z H: u=02v2uuCtz 0t t0 t基本微分方程：基本微分方程：初始边界条件：初始边界条件：微分方程的解：微分方程的解：反映孔隙水压力的消散程度固结程度反映孔隙水压力的消散程度固结程度v22T4m1mt , zeH2zmsinm1p4u H单面排水时孔隙水压力

47、分布单面排水时孔隙水压力分布双面排水时孔隙水压力分布双面排水时孔隙水压力分布z zz z排水面排水面不透水层不透水层排水面排水面排水面排水面HH渗流渗流渗流渗流渗流渗流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u0=pu0=pu0=pu0=p(3) (3) 微分方程的解微分方程的解方程求解：方程求解：2、数学模型、数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算vv2CTtH 时间因数时间因数m1，3，5，7v22T4m

48、1mt , zeH2zmsinm1p4u 二、固结度的计算二、固结度的计算 一点一点M M： 地地 层：层：一层土的平均固结度一层土的平均固结度Uz,t=01：表征总应力中有效应力所占比例：表征总应力中有效应力所占比例zt ,zt ,zU dzdzu1dzdzUzt , zH0zH0t , zt总总应应力力分分布布面面积积有有效效应应力力分分布布面面积积4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算zt , zzt , zzzzt , zu1uU z t , z t , zuH1 1、基本概念、基本概念M2 2、平均固结度、平

49、均固结度UtUt与沉降量与沉降量StSt之间的关系之间的关系t时刻：时刻： SUStt 确定确定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.t4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 SSHe1adze1adzdzUt1z1t , zzt , zt总总应应力力分分布布面面积积有有效效应应力力分分布布面面积积 SSUtt在时间在时间t t的沉降与最终沉降量之比的沉降与最终沉降量之比二、固结度的计算二、固结度的计算3. 3. 地基沉降过程计算地基沉降过程计算1) 基本计算方法基本计算方

50、法均布荷载，单向排水情况均布荷载，单向排水情况确定地基的平均固结度确定地基的平均固结度Ut.)5 , 3 , 1m( ,eH2zmsinm1p4uv22T4m1mt , z ,dzdzu1UH0zH0t , zt v22T2m1m22tem181U v2T42te81U 4UT2t2v 6 . 0Ut 085. 0U1lg933. 0Ttv 6 . 0Ut 3Tv 1Ut 知知解得解得近似近似简化简化图表图表 P147 P147，图，图4-294-29，曲线，曲线 tvUfT 4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算二、

51、固结度的计算二、固结度的计算Tv反映固结程度反映固结程度4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算二、固结度的计算二、固结度的计算0.00.20.40.60.81.00.0010.010.11时时间间因因数数固固结结度度曲曲线线1 1曲曲线线2 2曲曲线线3 3不透水边界不透水边界透水边界透水边界渗渗流流123（1 1） 压缩应力分布不同时压缩应力分布不同时2) 2) 常见计算条件常见计算条件1 apbp0 110 实践背景：实践背景：H H小，小，p p大大自重应力自重应力附加应力附加应力自重应力自重应力附加应力附加应力

52、压缩土层底面的附加压缩土层底面的附加应力还不接近零应力还不接近零情况情况2 2、3 3：解析公式：解析公式4-594-59和和4-604-60）图表：图图表：图4-294-29情况情况4 4、5 5：叠加原理，公式：叠加原理，公式4-614-61）（）（4-634-63）计算公式：计算公式：应力分布：应力分布：12534基本情况：基本情况：abpp应应力力透透水水界界面面上上作作用用的的压压缩缩缩缩应应力力不不透透水水界界面面上上作作用用的的压压 4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算3. 3. 地基沉降过程计算地基沉

53、降过程计算二、固结度的计算二、固结度的计算不透水边界不透水边界透水边界透水边界2. 2. 地基沉降过程计算地基沉降过程计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算二、固结度的计算二、固结度的计算0.00.20.40.60.81.00.0010.010.11时时间间因因数数固固结结度度曲曲线线1 1曲曲线线2 2曲曲线线3 3不透水边界不透水边界透水边界透水边界渗渗流流1232) 2) 常见计算条件常见计算条件（2 2双面排水时双面排水时无论哪种情况，均按情况无论哪种情况，均按情况1 1计算；计算；压缩土层深度压缩土层深度

54、HH取取1/21/2值值4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算二、固结度的计算二、固结度的计算3. 3. 地基沉降过程计算地基沉降过程计算透水边界apbp应力分布：应力分布：12534基本情况：基本情况：透水边界Hvv2CTtH 三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题1 1、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2 2、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3 3、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉降时间关系沉

55、降时间关系4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算1 1、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tTv=Cvt/H2v2vT42)T( , te81USt=Ut S4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题2 2、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 v2vCHTt 4.4

56、 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题3 3、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉降、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉降时间关系时间关系对于各种初始应力分布，固结度均可写成：对于各种初始应力分布，固结度均可写成：tte1U 知：知：t1t1S1S1t2t2S2S2公式计算公式计算，计算计算t3t3S3S34.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降

57、时间的工程问题四、固结系数确定方法四、固结系数确定方法固结系数固结系数 Cv反映固结速度的指标反映固结速度的指标, Cv 越大，固结越快。越大，固结越快。确定方法有四种：确定方法有四种：方法一：直接计算法方法一：直接计算法压缩试验压缩试验 a a渗透试验渗透试验 k kk与与a均是变化的均是变化的但但Cv变化不很大变化不很大精度较低精度较低4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算2v2uuCtz 1vwk(1e )Ca 方法二：直接测量法方法二：直接测量法l 压缩试验压缩试验 S-t S-t曲线曲线9090tt%90SSU查查 l 由理论公式，由理论公式，v2T42te81U 848. 0T%90Uvt 902vtH848. 0C H H取试样厚度的一半；取试样厚度的一半； 缺点：由于次固结，缺点：由于次固结，SS不易