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文档简介
1、 作业作业4 42 2,4 43 3,4 46 6 4 47 (1), (2), (3), 7 (1), (2), (3), (4), (6)(4), (6)4-2用用Es1-2计算计算不计沉降计算阅历系数不计沉降计算阅历系数s粗砂可以按一层计算粗砂可以按一层计算4-3埋深埋深D=1.5m思索沉降计算阅历修正系数,思索沉降计算阅历修正系数, p0=fk4-6按一层计算按一层计算提示:11月8日习题讨论课第四章土的变形特性与地基沉降计算本章特点本章特点有一些较严厉的实际有一些较严厉的实际有较多阅历性假设和公式有较多阅历性假设和公式强调物理意义及实践运用强调物理意义及实践运用主线:一维紧缩问题主线
2、:一维紧缩问题工程中的假定工程中的假定 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实际及参数渗流固结实际及参数4土的紧缩性与地基沉降计算主要难点主要难点学习要点学习要点工程实例工程实例4土的紧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。降差。墨西哥某宫墨西哥某宫殿殿地基: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,引起阳台裂痕基坑开挖,引起阳台裂痕建筑新建筑物:引起原有建筑物
3、开裂建筑新建筑物: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撤除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破撤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7.6:17.6:147m3915019419917587沉降曲线沉降曲线(mm)土具有变形特性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的紧缩特性地基厚度一致沉降沉降量差别沉降沉降差建筑物上部构造产生附加应力影响构造物的平安和正常运用概述概述4土的紧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变形特性及测试方法最终沉降量一维紧缩一维紧缩一维固结一维固结沉降速率多维固结多维固结修正修正复杂条件下的计算公式复杂条件
4、下的计算公式简化条件简化条件主线、重主线、重点:一维点:一维问题!问题!4土的紧缩性与地基沉降计算4.1 4.1 变形特性测试方法变形特性测试方法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实际饱和土体的渗流固结实际室内实验室内实验室外实验室外实验侧限紧缩、三轴紧缩等侧限紧缩、三轴紧缩等荷载实验、旁压实验等荷载实验、旁压实验等概述概述4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的较复较复杂应杂应力形力形状?状?4土的紧缩性与地基沉降计算4.1 4.1 变形特性测试方法变形特性测试方法4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的4.3
5、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实际饱和土体的渗流固结实际特殊应力形状一维问题一维问题侧限紧缩实验侧限紧缩实验轴对称问题轴对称问题常规三轴实验常规三轴实验4.1 4.1 变形特性测试方法变形特性测试方法4土的紧缩性与地基沉降计算普通应力形状实际拓展、阅历积累实际拓展、阅历积累室内实验室内实验旁压实验旁压实验原状土原状土荷载实验荷载实验室外实验室外实验实验目的:变形、强度特性实验目的:变形、强度特性静力触探实验静力触探实验规范贯入实验规范贯入实验4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法一、常规三轴实验一、常规三轴实验
6、二、侧限紧缩实验二、侧限紧缩实验三、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四、现场原位实验四、现场原位实验4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法试样试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽3 3 13 3 类型类型施加施加3时时施加施加13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量测体变或孔压量测体变或孔压一、常规三轴实验一、常规三轴实验应力应变关系以正常固结粘土为例31 1 1 1E
7、i1 1Et11zzE31 xz 变形模量:变形模量:弹弹性性模模量量泊松比:泊松比:固结排水实验固结排水实验一、常规三轴实验 4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法与围压有关与围压有关非线性非线性剪胀性剪胀性弹塑性弹塑性二、侧限紧缩实验二、侧限紧缩实验4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法F 固结容器:固结容器:F环刀、护环、导环、透水石、环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等加压上盖和量表架等F 加压设备:杠杆比例加压设备:杠杆比例1:101:10F 变形丈量设备变形丈量设备1、侧限紧缩仪固结仪支架支架加压设备加压设备固
8、结容器固结容器变形丈量变形丈量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实验结果:实验结果:4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法二、侧限紧缩实验 2、实验方法P1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e3应力应变关系以正常固结粘土为例zp z )e1(e00 1 1Es1 1Ee非线性非线性弹塑性弹塑性记忆性记忆性 zszE侧限变形模量:侧限变形模量:4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测
9、试方法二、侧限紧缩实验 侧限紧缩实验侧限紧缩实验常规三轴实验常规三轴实验常规三轴实验与侧限紧缩实验应力应变关系曲线的比较常规三轴实验与侧限紧缩实验应力应变关系曲线的比较趋势图趋势图zp z )e1(e00 4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法由虎克定律由虎克定律: yxzzEE xyxyz0;1 侧限条件下侧限条件下:2zz2E11 那那么么: 1211212EEEzzzE Es变形模量变形模量 E E 与侧限变形模量与侧限变形模量 Es Es 之间的关系一样的初始形状之间的关系一样的初始形状2s2EE ,111 4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性
10、测试方法变形特性测试方法三、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.土变形的物理机制缘由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;剪应变主要是由于土颗粒的大小和陈列形状变化引起的。 接触点处弹性变形 弹性挠曲变形 颗粒滚爬的可逆性 封锁气泡受压 塑性变形塑性变形 大孔隙消逝 接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法 剪胀性剪胀性 与围压有关与围压有关 碎散性 记忆性记忆性 构造性31 1 213
11、1 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.土的本构模型4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法三、普遍应力应变关系及本构模型四、现场原位实验四、现场原位实验自学4土的紧缩性与地基沉降计算4.14.1变形特性测试方法变形特性测试方法讲义:讲义:P7-10P7-104土的紧缩性与地基沉降计算4.1 4.1 变形特性测试方法变形特性测试方法4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算
12、4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的一、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、原位紧缩曲线及原位再紧缩曲线四、原位紧缩曲线及原位再紧缩曲线低灵敏度粘性土低灵敏度粘性土应力历史与应力应变关系应力历史与应力应变关系zp z 粘土地基一次堆积侧限条件4土的紧缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的上覆土上覆土取样或取样或剥蚀剥蚀加载或加载或再覆土再覆土应力历史非常重要应力历史非常重要4土的紧缩性与地基沉降计算
13、4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的一、一、e - e - 曲线曲线a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ei00i0ee(1e )S /HP1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e34土的紧缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的一、一、e - e - 曲线曲线 e a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e eea 紧缩系数,紧缩系数,KPa-1KPa-1,MPa-1MPa-1e 1e0szE 侧限紧缩模量侧限紧缩模量,KPa ,MPa,KPa ,MPa侧限变形模量侧
14、限变形模量固体颗粒固体颗粒孔隙孔隙z0e1e 0s1eEa vs01amE1e 体积紧缩系数,体积紧缩系数,KPa-1 KPa-1 ,MPa-1MPa-14土的紧缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的一、一、e - e - 曲线曲线ea e a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e e紧缩系数紧缩系数a1-2a1-2常用作常用作比较土的紧比较土的紧缩性大小缩性大小土的类别土的类别a1-2 (MPa-1)高紧缩性土高紧缩性土0.5中紧缩性土中紧缩性土0.1-0.5低紧缩性土低紧缩性土0.1单向紧缩实验的各种参数的关系单向紧缩实验的
15、各种参数的关系目的目的目的目的amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv14土的紧缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的一、一、e - e - 曲线曲线a(kP ) e e4土的紧缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的一、一、e - e - 曲线曲线e-e-曲线缺陷:曲线缺陷:不能反映土的应力历史不能反映土的应力历史4土的紧缩性与地基沉降计算4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的二、二、e - lge - lg曲线曲线a(kP , lg) 1001000
16、0.60.70.80.9e eceC(lg) CcCc1 11 1CeCe紧缩指数紧缩指数Ce回弹指数再紧缩指数回弹指数再紧缩指数Ce s:超固结土:超固结土 p1OCR1:超固结:超固结OCR1OCRp2 p)p):12zv1eeSHHH1e 1e2eACelg 1p2p1e2eBCelg 1p2p p pp2eC111ppHHSClgClg1ep1e A 4土的紧缩性与地基沉降计算4.1 4.1 变形特性测试方法变形特性测试方法4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的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实际饱和土体的渗流固结
17、实际一、单一土层一维紧缩问题一、单一土层一维紧缩问题二、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、地基沉降计算的假设干问题三、地基沉降计算的假设干问题1 1、根本假定和根本原理、根本假定和根本原理实际上不够完备,缺乏一致实际;单向紧缩分层总和法是一个半阅历性方法。4土的紧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基底压力为线性分布基底压力为线性分布 b b附加应力用弹性实际计算附加应力用弹性实际计算c c只发生单向沉降:侧限应力形状只发生单向沉降:侧限应力形状d d只计算固结沉降,不计瞬
18、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将地基分成假设干层,以为整个地基的最终沉降量将地基分成假设干层,以为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和:为各层沉降量之和: iSS2、计算步骤、计算步骤4土的紧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不思索地基回弹的情形:不思索地基回弹的情形:沉降量从原基底算起;沉降量从原基底算起;适用于根底底面积小,埋深浅,施工快。适用于根底底面积小,埋深浅,施工快。思索地基回弹的情形:思索地基回弹的情形:沉降量从回弹后的基底算起;沉降量从
19、回弹后的基底算起;根底底面大,埋深大,施工期长。根底底面大,埋深大,施工期长。情况情况2 2d地面地面基底基底知:地基各土层的紧缩曲线知:地基各土层的紧缩曲线 原状土紧缩曲线原状土紧缩曲线d地面地面基底基底2、计算步骤情况、计算步骤情况14土的紧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
20、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 普通土层:z=0.2 sz; 软粘土层:z=0.1 sz; 普通房屋根底:Zn=B(2.5-0.4lnB); 基岩或不可紧缩土层。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、计算步骤情况14土的紧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
21、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)(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土的紧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
22、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)pszizi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土的紧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 )HH
23、1e1eziiziiisiiHHSEE a a用用e-e-曲线计算曲线计算二、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土的紧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iii2i1iizii1i1iaaS(pp )HH1e1ea a用用e-e-曲线计算曲线计算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) Ai规范规范法法0zi0z(i-1)附加应力附加应力p0z
24、i-1zii 平均附加应力系数平均附加应力系数( (教材表教材表4 44 4,讲义附表,讲义附表4 41)1)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土的紧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 sziziiiiiCi1i1iszieHS
25、HClg1e1e 2ipiii2iiiei1i1i1ip:eHpSHClg1e1ep 2ippiii2iieiCi1i1i1ipip:HHpSClgClg1ep1e 4土的紧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 思索地基回弹的沉降量计算思索地基回弹
26、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 = 再紧缩沉降量再紧缩沉降量 S1i + S1i + 紧缩沉降量紧缩沉降量S2iS2i4土的紧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:类似于超固结土的计算:d地面地面基底基底pszizi自重应力自重应力附加应力附加应力4土的紧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
27、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szi szi szizi BCelg A1ie2ied地面地面基底基底pszizi自重应力自重应力附加应力附加应力szi1ii1iiei1i1iszieHSHClg1e1e szizi2ii2iici1i1iszieHSHClg1e1e szisziziii1i2ieici1iszisziHSSSC lgC 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; ;侧限紧缩假定使计算值偏小;侧限紧缩假定使计算值偏小; 地基不均
28、匀性导致的误差等。地基不均匀性导致的误差等。软粘土软粘土 S偏小偏小, s1 硬粘土硬粘土 S偏大偏大, s1sSS沉降阅历修正系数沉降阅历修正系数4土的紧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基底压力线性分布基底压力线性分布n弹性附加应力计算弹性附加应力计算n单向紧缩单向紧缩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参数为常数参数为常数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 p
29、0fk1.41.31.00.40.2 p0 0.75 fk1.11.00.70.40.2表表4-6 4-6 沉降计算阅历系数沉降计算阅历系数s ssE4土的紧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isisiAEAE i0iii 1i 1Ap (zz) 0zi0z(i-1)Ai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的大小有关的大小有关fkfk:地基承
30、载力规范值:地基承载力规范值要点小结: 预备资预备资料料 应力分应力分布布 沉降计沉降计算算建筑根底外形、大小、分量、埋深建筑根底外形、大小、分量、埋深地基各土层的紧缩曲线地基各土层的紧缩曲线 原状土紧缩曲线原状土紧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 结果修结果修正正sSS4土的紧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
31、分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法三三. . 地基沉降计算的假设干问题地基沉降计算的假设干问题4土的紧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三三. . 地基沉降计算的假设干问地基沉降计算的假设干问题题4土的紧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讲义详见讲义P27-31P27-312 2、砂性土地基的沉降计算、砂性
32、土地基的沉降计算砂性土地基的沉降速率比较快,大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,运用部分沉降在施工期间便完成,运用期沉降量普通不会很大。期沉降量普通不会很大。3 3、单向分层总和法的评价、单向分层总和法的评价可计算多层地基;可计算多层地基;可计算不同外形根底、不同分布的基底压力;可计算不同外形根底、不同分布的基底压力;参数的实验测定方法简单;参数的实验测定方法简单;曾经积累了几十年运用的阅历,适当修正。曾经积累了几十年运用的阅历,适当修正。1 1根本假定:根本假定:2 2优优 点:点:三三. . 地基沉降计算的假设干问地基沉降计算的假设干问题题4土的紧缩性与地基沉降计算4
33、.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算较多较多相差比较大相差比较大3 3精度:精度:欧美欧美 可断定原状土紧缩曲线可断定原状土紧缩曲线 区分不同固结形状区分不同固结形状 计算结果偏大计算结果偏大4 4e- e- 曲线与曲线与e-lg e-lg 曲线的对比曲线的对比: 原苏联原苏联 无法确定现场土紧缩曲线无法确定现场土紧缩曲线 不区分不同固结形状不区分不同固结形状 计算结果偏小计算结果偏小e-e-lg4土的紧缩性与地基沉降计算4.1 4.1 变形特性测试方法变形特性测试方法4.2 4.2 一维紧缩性及其目的一维紧缩性及其目的4.3 4.3 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算
34、4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际关西国际机场世界最大人工岛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:4370m4370m1250m1250m填筑量:填筑量:180180106m3106m3平均厚度:平均厚度:33m33m地基:地基:15-21m15-21m厚粘土厚粘土4土的紧缩性与地基沉降计算关西国际机场设计时预测沉降:设计时预测沉降:5.77.5 m完成时实践沉降:完成时实践沉降:8.1 m,5cm/月月(1990年年)预测主固结完成:预测主固结完成:20年后年后比设计超填:比设
35、计超填: 3.0 m问题:沉降大且有不均匀沉降日期日期测测 点点 及及 沉沉 降降 值值m123578101112151617平均平均00-12 10.69.712.8 11.7 10.6 13.0 11.6 10.3 12.7 12.59.014.1 11.701-12 10.89.913.0 11.9 10.7 13.2 11.8 10.5 12.9 12.79.114.3 11.94土的紧缩性与地基沉降计算重点: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
36、题:问题:4土的紧缩性与地基沉降计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际St S不可紧缩层可紧缩层p4土的紧缩性与地基沉降计算4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际一、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际TerzaghiTerzaghi渗流固结实际渗流固结实际二、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、多维渗流固结实际简介五、多维渗流固结实际简介三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题 实际背景:大面积均布荷载实际背景:大面积均布荷载p不透水岩层不透水岩层饱和紧缩层饱和紧缩层z=pp侧限应力形状侧限应力形状一
37、、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际TerzaghiTerzaghi渗流固结实际渗流固结实际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算 1 1、物理模型、物理模型2 2、数学模型、数学模型 1 1根本假定根本假定2 2根本变量根本变量3 3建立方程建立方程3 3、问题求解、问题求解固结系数固结系数时间因数时间因数1 1求解思绪求解思绪2 2初始、边境条件初始、边境条件3 3微分方程的解微分方程的解 1、物理模型、物理模型4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算0t t0 twph pphh 0h p附加
38、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渗流固结过程变形逐渐添加渗流固结过程变形逐渐添加附加应力附加应力: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、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际2、数学模型、数学模型一、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧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;土颗粒与水不可紧缩;土颗粒与水不可紧缩;变形是单向紧缩水的渗出和土层紧缩是单向的;变形是单向紧缩水的渗出和土层紧缩是单向
39、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浸透系数坚持不变;渗流符合达西定律且浸透系数坚持不变;紧缩系数紧缩系数a a是常数。是常数。1 1根本假定根本假定2 2根本变量根本变量总应力知总应力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3 3建立方程建立方程微小单元微小单元11dz微小时段微小时段dtq q(qdz)z zdz112、数学模型、数学模型一、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算孔隙体积的变化流出的水量
40、孔隙体积的变化流出的水量土的紧缩特性土的紧缩特性有效应力原理有效应力原理达西定律达西定律表示超静孔隙水压力的时空分布的微分方表示超静孔隙水压力的时空分布的微分方程程超静孔隙水压力超静孔隙水压力孔隙比孔隙比超静孔隙水压力超静孔隙水压力孔隙比孔隙比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紧缩层饱和紧缩层z z3 3建立方程建立方程q q(qdz)z dzz112、数学模型、数学模型一、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算固体体积:固体体积:111Vdzconst1e 2111VeVe(dz)1e
41、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 3 3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、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧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紧缩性:土的紧缩性:zea 有效应力原理:有效应力原理:zzu zz(u)euaaatttt 达
42、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 反映了土的固结性质:孔压散失的快慢固结速度;反映了土的固结性质:孔压散失的快慢固结速度;Cv 与浸透系数与浸透系数k成正比,与紧缩系数成正比,与紧缩系数a成反比;成反比;cm2/s;m2/year,粘性土普通在,粘性土普通在 10-4 cm2/s 量级量级1vwk(1e )Ca 212wk 1euutaz 固结系数固结系数3 3建立方程建立方程2、数学模型、数学模型一、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算2
43、v2uuCtz 线性齐次抛物线型微分方程式,普通可用分别变量方法求解。 给出定解条件,求解渗流固结方程,就可以解出uz,t。3、方程求解、方程求解一、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算1 1求解思绪求解思绪2v2uuCtz 不透水岩层不透水岩层饱和紧缩层饱和紧缩层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=02 2边境、初始条件边境、初始条件3、方程求解、方程求解一、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实
44、际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算z z(3) (3) 微分方程的解微分方程的解vv2CTtH 时间因数时间因数m1,3,5,73、方程求解、方程求解一、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧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根本微分方程:根本微分方程:初始边境条件:初始边境条件:微分方程的解:微分方程的解:反映孔隙水压力的散失程度反映孔隙水压力的散失程度固结程度固结程度v22T4m1mt
45、,zeH2zmsinm1p4u H单面排水时孔隙水压力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3、方程求解、方程求解一、一维渗流固结实际一、一维渗流固结实际4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算vv2CTtH 时间因数时间因数m1,3,5,7v22
46、T4m1mt , 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总应力分布面积总应力分布面积有效应力分布面积有效应力分布面积4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算zt , zzt , zzzzt , zu1uU z t , z t , zuH1 1、根本概念、根本概念M2 2、平均固结度、平均固结度UtUt与沉降
47、量与沉降量StSt之间的关系之间的关系t时辰:时辰: SUStt 确定确定St的关键是确定的关键是确定Ut 确定确定Ut的中心问题是确定的中心问题是确定uz.t4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧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) 根本计算方法根本计算方法均布荷载,单向排水情况均布荷载,单向排水情况确定
48、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 22vmT4t22m181U1em v2T42te81U 4UT2t2v tU0.6 085. 0U1lg933. 0Ttv 6 . 0Ut 3Tv 1Ut 知知解得解得近似近似简化简化图表图表 讲义讲义P35P35,图,图4-294-29,曲线,曲线 tvUfT 4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算二、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
49、的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧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时间因数时间因数固结度固结度曲线1曲线1曲线2曲线2曲线3曲线3不透水边境不透水边境透水边境透水边境渗渗流流1231 1 紧缩应力分布不同时紧缩应力分布不同时2) 2) 常见计算条件常见计算条件1 apbp0 110 实际背景:实际背景: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紧缩土层底面的附加紧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-
50、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4-614-614-634-63计算公式:计算公式:应力分布:应力分布:12534根本情况:根本情况: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实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧缩性与地基沉降计算3. 3. 地基沉降过程计算地基沉降过程计算二、固结度的计算二、固结度的计算不透水边境不透水边境透水边境透水边境3. 3. 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实
51、际饱和土体的渗流固结实际4土的紧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时间因数时间因数固结度固结度曲线1曲线1曲线2曲线2曲线3曲线3不透水边境不透水边境透水边境透水边境渗渗流流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1计算;紧缩土层深度H取1/2值4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧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境apbp应力分布:应力分布:12534根本情况:根本情况:透水边境Hvv2CTtH 1 1、求某一时辰、求某一时辰t t的固结度与沉降量的固结度与沉降量2 2、求到达某一固结度所需求的时间、求到达某一固结度所需求的时间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降时间关系4.4 4.4 饱和土体的渗流固结实际饱和土体的渗流固结实际4土的紧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1 1、求某一时辰、求某一时辰t t的固结度与沉降量的固结度与沉降量tTv=
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