土的固结课件

11、固结4.1概述第1页/共43页11、固结4.1概述第1页/共43页2一维固结（大面积堆载）二维、三维固结（局部荷载）载荷试验（三维）1、固结4.1概述第2页/共43页2一维固结（大面积堆载）二维、三维固结（局部荷载）载荷试验（32、有效应力有效自重应力地下水位水压力4.1概述第3页/共43页32、有效应力有效自重应力地下水位水压力4.1概述第3页44.2粘性土的固结特性及固结试验一、总应力、有效应力和孔隙水压力土中某单位面积（包括土颗粒与孔隙）上的平均压应力。通过土颗粒传递的压应力。通过孔隙传递的压应力。孔隙压力总应力有效应力饱和土第4页/共43页44.2粘性土的固结特性及固结试验一、总应力、有效应力和5孔隙压力孔隙气压力（不研究）孔隙水压力u静水压力（静止孔隙水压力）超静水压力（超静止孔隙水压力）饱和土饱和土4.2粘性土的固结特性及固结试验一、总应力、有效应力和孔隙水压力第5页/共43页5孔孔隙气压力（不研究）孔隙水压力u静水压力超静水压力饱和6带孔活塞圆筒水弹簧u4.2粘性土的固结特性及固结试验二、固结现象的模拟第6页/共43页6带孔活塞圆筒水弹簧u4.2粘性土的固结特性及固结试验二7z透水面不可压缩层不透水层Hp0u超静水压力静水压力4.2粘性土的固结特性及固结试验二、固结现象的模拟第7页/共43页7z透水面不可压缩层Hp0u超静水压力静水压力4.2粘性8三、固结压力—沉降—时间特性4.2粘性土的固结特性及固结试验第8页/共43页8三、固结压力—沉降—时间特性4.2粘性土的固结特性及固9四、固结试验（侧限压缩试验）（一）侧限压缩试验1试验方法（p.106）

2求孔隙比epH0HsH0Hsp4.2粘性土的固结特性及固结试验第9页/共43页9四、固结试验（侧限压缩试验）（一）侧限压缩试验1试验方法10p=0时，p=p时，推导:2求孔隙比e设Vs=1压缩前后截面不变VV0=e0Vs=1H0HsVV=eVs=1四、固结试验（侧限压缩试验）（一）侧限压缩试验4.2粘性土的固结特性及固结试验第10页/共43页10p=0时，p=p时，推导:2求孔隙比e设Vs=1压缩前111、e—p曲线ep软粘土密实砂土e0e02、e—logp曲线ep(log)软粘土密实砂土e0e0101001000四、固结试验（侧限压缩试验）（二）绘制压缩曲线4.2粘性土的固结特性及固结试验第11页/共43页111、e—p曲线ep软粘土密实砂土e0e02、e—12（三）压缩系数av、压缩指数Cc

、压缩模量Es1、压缩系数avepe0M1e1p1M2e2p2压缩系数：e—p曲线上任意点切线的斜率。2、压缩指数Cc压缩指数：e—logp曲线后段直线段的斜率。eP(log)101001000e1e2p1p21Cc四、固结试验e04.2粘性土的固结特性及固结试验第12页/共43页12（三）压缩系数av、压缩指数Cc、压缩模量Es1、压缩133、压缩模量EsH1H2p1Vs=1Vv0=e1Vs=1Vv=e2p2H0Hs四、固结试验4.2粘性土的固结特性及固结试验（三）压缩系数av、压缩指数Cc

、压缩模量Es第13页/共43页133、压缩模量EsH1H2p1Vs=1Vv0=e1Vs=114（四）土的回弹曲线和再压缩曲线epe0压缩曲线卸荷回弹曲线再加荷曲线残余变形弹性变形piep(log)e0p1压缩曲线回弹曲线再压缩曲线四、固结试验4.2粘性土的固结特性及固结试验第14页/共43页14（四）土的回弹曲线和再压缩曲线epe0压缩曲线卸荷回弹曲15（五）正常固结、超固结、前期固结压力现在地面h正常固结土pc=p1现在地面h超固结土pc>p1现在地面h欠固结土pc<p1h剥蚀前地面hc四、固结试验4.2粘性土的固结特性及固结试验第15页/共43页15（五）正常固结、超固结、前期固结压力现在地面h正常固结土164、确定前期固结压力（做图法）ep(log)pca水平线切线角平分线线be-logp曲线直线段延长线正常固结土超固结土欠固结土（五）正常固结、超固结、前期固结压力四、固结试验4.2粘性土的固结特性及固结试验第16页/共43页164、确定前期固结压力（做图法）ep(log)pca水平线174.3单向固结理论太沙基单向固结理论假定1、土的排水和压缩只限垂直方向（一维）2、土层均匀、完全饱和、压缩过程中K,av，Es

为不变的常数3、附加应力一次骤然加上且沿深度z均匀分布透水面不可压缩层不透水层Hp0uh断面积Azzdz第17页/共43页174.3单向固结理论太沙基单向固结理论假定1、土的排水18断面积Azzdz一、固结的基本方程1、连续方程时间内从单元中流出水的体积时间内单元的体积压缩量忽略不计土颗粒和水的压缩量得到连续方程4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第18页/共43页18断面积Azzdz一、固结的基本方程1、连续方程时间内从单192、孔隙水和土颗粒骨架特性的关系式（1）孔隙水的流动符合达西定律（2）根据假定第二条，应力应变成比例（Es=常数）由前面可知所以（设K=常数）因为所以所以（设Es为常数）一、固结的基本方程4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第19页/共43页192、孔隙水和土颗粒骨架特性的关系式（1）孔隙水的流动符合203、力的平衡方程把公式（2）、（3）代入公式（1）得式中Cv称为固结系数一、固结的基本方程4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第20页/共43页203、力的平衡方程把公式（2）、（3）代入公式（1）得式中21初始条件和边界条件(图中的上半部）初始条件：ut=0=p0边界条件:uz=H=0二、固结微分方程的解4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第21页/共43页21初始条件和边界条件(图中的上半部）初始条件：ut22解得

式中

称为时间因素二、固结微分方程的解4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第22页/共43页22解得式中称为时间因素二、固结微分方程的解4.3231、时间t时的固结沉降量St因为所以三、固结度4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第23页/共43页231、时间t时的固结沉降量St因为所以三、固结度4.3242、最终沉降量S上式中所以三、固结度4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第24页/共43页242、最终沉降量S上式中所以三、固结度4.3单向固结理253、固结度当Tv较大时，取第一项作为近似值得三、固结度4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第25页/共43页253、固结度当Tv较大时，取第一项作为近似值得三、固结度4264、求任意时刻t的沉降量St应用（1）已知时间t和总沉降量S，求时间t的沉降量St（2）求达到某固结度所需时间t三、固结度4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第26页/共43页264、求任意时刻t的应用（1）已知时间t和总沉降量S，27天然地面一、分层总和法p0Z

i-1Z

i沉降计算深度z0b计算假定(1)地基土压缩时不产生侧向变形（计算s值偏小）(2)取基础中心点下的附加应力计算沉降（计算s值偏大）计算过程1、绘制基础剖面图，求2、求第i层的压缩量4.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测第27页/共43页27天然地面一、分层总和法p0Zi-1Zi沉降计算深度282、求第i层的压缩量HVs=1Vv1=e1Vv2=e2由压缩试验可知所以epe0M1e1p1M2e2p2一、分层总和法第28页/共43页282、求第i层的压缩量HVs=1Vv1=e1Vv2=e29天然地面p0B2、求第i层的压缩量Hipi1e1i第i层土在平均自重压力作用下压缩稳定后的孔隙比e2i

第i层土在平均自重压力p1i和平均附加应力共同作用下压缩稳定后的孔隙比一、分层总和法第29页/共43页29天然地面p0B2、求第i层的压缩量Hipi1e1i第303、Hi的取值(1)因非线性,一般取Hi不大于0.4B(宽度),或1~2m.(2)薄压缩层,当H<0.5B时,不分层计算.不可压缩层BFGdH<0.5bp0p14、确定压缩层厚度(沉降计算深度)zn取至(高压缩性土)一、分层总和法第30页/共43页303、Hi的取值(1)因非线性,一般取Hi不大于0.4B(31p0Hipi15、求总沉降量

总沉降量例4.2（p113)说明1、的计算方法是按应力扩散方法求得p0zB条形基础矩形基础2、没有分层,按粘土层中心点的应力近似计算一、分层总和法第31页/共43页31p0Hipi15、求总沉降量总沉降量例4.2（p1132二、固结沉降量随时间变化的计算某饱和粘土层如图.求H=10mP0=120kPa(1)加荷一年的沉降量。(2)沉降量达156mm所需的时间。e0=1Es=6.0MPa不透水层解：单面排水1、最终沉降量S(Es=6000kPa)2、S一年K=1.8cm/年av=0.3MPa-1

查图4.15得U=0.39所以S一年=0.39×0.2=0.78m4.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测例题第32页/共43页32二、固结沉降量随时间变化的计算某饱和粘土层如图.求H=334.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测3、沉降量达156mm所需的时间t查图表得Tv=0.53所以二、固结沉降量随时间变化的计算思考题：若是双面排水求沉降量达156mm所需的时间t第33页/共43页334.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测3、沉降34三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E1、变形模量E0由式(3.24)p(kPa)S(mm)100200300400102030040s1p1—比例界限荷载s1—与比例界限荷载对应的沉降—刚性板沉降影响值,见p85B—载荷板宽度4.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测p1第34页/共43页34三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E1、变形模量352、压缩模量(侧限压缩模量)EsH1H2p1Vs=1VV0=e1Vs=1VV=e2p2压缩试验Es的值与压应力有关，深度不同，

Es不同。三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E4.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测第35页/共43页352、压缩模量(侧限压缩模量)EsH1H2p1Vs=363、变形模量E0

与压缩模量Es

的关系由弹性力学由侧限条件得由压缩模量定义(3)代入(2)得比较(1),(4)得三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E4.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测第36页/共43页363、变形模量E0与压缩模量Es的关系由弹性力学由侧限374、弹性模量E(计算瞬时沉降）室内三轴试验轴向应变1Ei1循环荷载三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E4.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测Er第37页/共43页374、弹性模量E(计算瞬时沉降）室内三轴试验轴向应变1E384.5次固结地基下沉粘性土砂土弹性瞬时沉降sd固结沉降sc次固结沉降ss弹性瞬时沉降sdscss下沉量s时间ts=sd+sc+ss固结沉降logtst次固结部分主固结部分第38页/共43页384.5次固结地基下沉粘性土砂土弹性瞬时沉降sd固结沉394.6与固结相关的施工方法一、慢速加载法加拿大谷仓建筑物加层加层第39页/共43页394.6与固结相关的施工方法一、慢速加载法加拿大谷仓建404.6与固结相关的施工方法二、砂井排水法达到某固结度所需时间t(单向固结)时间t与厚度的平方成正比若厚度H=16m,砂井间距2.5m16m2.5m

假设单向固结,达到某固结度所需时间是不设砂井的2.44%第40页/共43页404.6与固结相关的施工方法二、砂井排水法达到某固结度41三、预加载法ep(log)abc设计荷载4.6与固结相关的施工方法第41页/共43页41三、预加载法ep(log)abc设计荷载4.6与固结42概述粘性土固结特性和固结实验最终固结沉降量及随时间变化预测单向固结理论相关施工方法次固结小结固结度固结基本方程太沙基单向固结理论固结有效应力变形模量、压缩模量和弹性模量总应力、有效应力、孔隙水压力固结现象模拟固结压力－沉降－时间特性建筑物加层预加载法固结试验（侧限压缩试验）砂井固结法第四章土的固结小结第42页/共43页42概述粘性土固结特性和固结实验最终固结沉降量及随时间变化预43感谢您的欣赏！第43页/共43页43感谢您的欣赏！第43页/共43页441、固结4.1概述第1页/共43页11、固结4.1概述第1页/共43页45一维固结（大面积堆载）二维、三维固结（局部荷载）载荷试验（三维）1、固结4.1概述第2页/共43页2一维固结（大面积堆载）二维、三维固结（局部荷载）载荷试验（462、有效应力有效自重应力地下水位水压力4.1概述第3页/共43页32、有效应力有效自重应力地下水位水压力4.1概述第3页474.2粘性土的固结特性及固结试验一、总应力、有效应力和孔隙水压力土中某单位面积（包括土颗粒与孔隙）上的平均压应力。通过土颗粒传递的压应力。通过孔隙传递的压应力。孔隙压力总应力有效应力饱和土第4页/共43页44.2粘性土的固结特性及固结试验一、总应力、有效应力和48孔隙压力孔隙气压力（不研究）孔隙水压力u静水压力（静止孔隙水压力）超静水压力（超静止孔隙水压力）饱和土饱和土4.2粘性土的固结特性及固结试验一、总应力、有效应力和孔隙水压力第5页/共43页5孔孔隙气压力（不研究）孔隙水压力u静水压力超静水压力饱和49带孔活塞圆筒水弹簧u4.2粘性土的固结特性及固结试验二、固结现象的模拟第6页/共43页6带孔活塞圆筒水弹簧u4.2粘性土的固结特性及固结试验二50z透水面不可压缩层不透水层Hp0u超静水压力静水压力4.2粘性土的固结特性及固结试验二、固结现象的模拟第7页/共43页7z透水面不可压缩层Hp0u超静水压力静水压力4.2粘性51三、固结压力—沉降—时间特性4.2粘性土的固结特性及固结试验第8页/共43页8三、固结压力—沉降—时间特性4.2粘性土的固结特性及固52四、固结试验（侧限压缩试验）（一）侧限压缩试验1试验方法（p.106）

2求孔隙比epH0HsH0Hsp4.2粘性土的固结特性及固结试验第9页/共43页9四、固结试验（侧限压缩试验）（一）侧限压缩试验1试验方法53p=0时，p=p时，推导:2求孔隙比e设Vs=1压缩前后截面不变VV0=e0Vs=1H0HsVV=eVs=1四、固结试验（侧限压缩试验）（一）侧限压缩试验4.2粘性土的固结特性及固结试验第10页/共43页10p=0时，p=p时，推导:2求孔隙比e设Vs=1压缩前541、e—p曲线ep软粘土密实砂土e0e02、e—logp曲线ep(log)软粘土密实砂土e0e0101001000四、固结试验（侧限压缩试验）（二）绘制压缩曲线4.2粘性土的固结特性及固结试验第11页/共43页111、e—p曲线ep软粘土密实砂土e0e02、e—55（三）压缩系数av、压缩指数Cc

、压缩模量Es1、压缩系数avepe0M1e1p1M2e2p2压缩系数：e—p曲线上任意点切线的斜率。2、压缩指数Cc压缩指数：e—logp曲线后段直线段的斜率。eP(log)101001000e1e2p1p21Cc四、固结试验e04.2粘性土的固结特性及固结试验第12页/共43页12（三）压缩系数av、压缩指数Cc、压缩模量Es1、压缩563、压缩模量EsH1H2p1Vs=1Vv0=e1Vs=1Vv=e2p2H0Hs四、固结试验4.2粘性土的固结特性及固结试验（三）压缩系数av、压缩指数Cc

、压缩模量Es第13页/共43页133、压缩模量EsH1H2p1Vs=1Vv0=e1Vs=157（四）土的回弹曲线和再压缩曲线epe0压缩曲线卸荷回弹曲线再加荷曲线残余变形弹性变形piep(log)e0p1压缩曲线回弹曲线再压缩曲线四、固结试验4.2粘性土的固结特性及固结试验第14页/共43页14（四）土的回弹曲线和再压缩曲线epe0压缩曲线卸荷回弹曲58（五）正常固结、超固结、前期固结压力现在地面h正常固结土pc=p1现在地面h超固结土pc>p1现在地面h欠固结土pc<p1h剥蚀前地面hc四、固结试验4.2粘性土的固结特性及固结试验第15页/共43页15（五）正常固结、超固结、前期固结压力现在地面h正常固结土594、确定前期固结压力（做图法）ep(log)pca水平线切线角平分线线be-logp曲线直线段延长线正常固结土超固结土欠固结土（五）正常固结、超固结、前期固结压力四、固结试验4.2粘性土的固结特性及固结试验第16页/共43页164、确定前期固结压力（做图法）ep(log)pca水平线604.3单向固结理论太沙基单向固结理论假定1、土的排水和压缩只限垂直方向（一维）2、土层均匀、完全饱和、压缩过程中K,av，Es

为不变的常数3、附加应力一次骤然加上且沿深度z均匀分布透水面不可压缩层不透水层Hp0uh断面积Azzdz第17页/共43页174.3单向固结理论太沙基单向固结理论假定1、土的排水61断面积Azzdz一、固结的基本方程1、连续方程时间内从单元中流出水的体积时间内单元的体积压缩量忽略不计土颗粒和水的压缩量得到连续方程4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第18页/共43页18断面积Azzdz一、固结的基本方程1、连续方程时间内从单622、孔隙水和土颗粒骨架特性的关系式（1）孔隙水的流动符合达西定律（2）根据假定第二条，应力应变成比例（Es=常数）由前面可知所以（设K=常数）因为所以所以（设Es为常数）一、固结的基本方程4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第19页/共43页192、孔隙水和土颗粒骨架特性的关系式（1）孔隙水的流动符合633、力的平衡方程把公式（2）、（3）代入公式（1）得式中Cv称为固结系数一、固结的基本方程4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第20页/共43页203、力的平衡方程把公式（2）、（3）代入公式（1）得式中64初始条件和边界条件(图中的上半部）初始条件：ut=0=p0边界条件:uz=H=0二、固结微分方程的解4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第21页/共43页21初始条件和边界条件(图中的上半部）初始条件：ut65解得

式中

称为时间因素二、固结微分方程的解4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第22页/共43页22解得式中称为时间因素二、固结微分方程的解4.3661、时间t时的固结沉降量St因为所以三、固结度4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第23页/共43页231、时间t时的固结沉降量St因为所以三、固结度4.3672、最终沉降量S上式中所以三、固结度4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第24页/共43页242、最终沉降量S上式中所以三、固结度4.3单向固结理683、固结度当Tv较大时，取第一项作为近似值得三、固结度4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第25页/共43页253、固结度当Tv较大时，取第一项作为近似值得三、固结度4694、求任意时刻t的沉降量St应用（1）已知时间t和总沉降量S，求时间t的沉降量St（2）求达到某固结度所需时间t三、固结度4.3单向固结理论太沙基单向固结理论第26页/共43页264、求任意时刻t的应用（1）已知时间t和总沉降量S，70天然地面一、分层总和法p0Z

i-1Z

i沉降计算深度z0b计算假定(1)地基土压缩时不产生侧向变形（计算s值偏小）(2)取基础中心点下的附加应力计算沉降（计算s值偏大）计算过程1、绘制基础剖面图，求2、求第i层的压缩量4.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测第27页/共43页27天然地面一、分层总和法p0Zi-1Zi沉降计算深度712、求第i层的压缩量HVs=1Vv1=e1Vv2=e2由压缩试验可知所以epe0M1e1p1M2e2p2一、分层总和法第28页/共43页282、求第i层的压缩量HVs=1Vv1=e1Vv2=e72天然地面p0B2、求第i层的压缩量Hipi1e1i第i层土在平均自重压力作用下压缩稳定后的孔隙比e2i

第i层土在平均自重压力p1i和平均附加应力共同作用下压缩稳定后的孔隙比一、分层总和法第29页/共43页29天然地面p0B2、求第i层的压缩量Hipi1e1i第733、Hi的取值(1)因非线性,一般取Hi不大于0.4B(宽度),或1~2m.(2)薄压缩层,当H<0.5B时,不分层计算.不可压缩层BFGdH<0.5bp0p14、确定压缩层厚度(沉降计算深度)zn取至(高压缩性土)一、分层总和法第30页/共43页303、Hi的取值(1)因非线性,一般取Hi不大于0.4B(74p0Hipi15、求总沉降量

总沉降量例4.2（p113)说明1、的计算方法是按应力扩散方法求得p0zB条形基础矩形基础2、没有分层,按粘土层中心点的应力近似计算一、分层总和法第31页/共43页31p0Hipi15、求总沉降量总沉降量例4.2（p1175二、固结沉降量随时间变化的计算某饱和粘土层如图.求H=10mP0=120kPa(1)加荷一年的沉降量。(2)沉降量达156mm所需的时间。e0=1Es=6.0MPa不透水层解：单面排水1、最终沉降量S(Es=6000kPa)2、S一年K=1.8cm/年av=0.3MPa-1

查图4.15得U=0.39所以S一年=0.39×0.2=0.78m4.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测例题第32页/共43页32二、固结沉降量随时间变化的计算某饱和粘土层如图.求H=764.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测3、沉降量达156mm所需的时间t查图表得Tv=0.53所以二、固结沉降量随时间变化的计算思考题：若是双面排水求沉降量达156mm所需的时间t第33页/共43页334.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测3、沉降77三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E1、变形模量E0由式(3.24)p(kPa)S(mm)100200300400102030040s1p1—比例界限荷载s1—与比例界限荷载对应的沉降—刚性板沉降影响值,见p85B—载荷板宽度4.4最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测p1第34页/共43页34三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E1、变形模量782、压缩模量(侧限压缩模量)