结构性软土沉降计算-浙江大学

高等基础工程学陈仁朋浙江大学岩土工程研究所

一、绪论

二、土的基本特性

三、沉降

四、承载力

五、基坑工程

六、桩基工程

七、地基处理目录一、绪论

二、土的基本特性

三、沉降

四、承载力

五、基坑工程

六、桩基工程

七、地基处理目录三、沉降

3.1概述3.2地基中的应力3.3沉降组成3.4沉降随时间变化3.5土体压缩性指标确定3.1概述沉降原因：（1）地基中产生附加应力；（2）土体具有压缩性3.1概述种类：总沉降，不均匀沉降，倾斜，局部倾斜危害：（1）影响使用功能；（2）引起结构开裂不同建（构）筑物对沉降要求不同

D<[D]地下水位降低引起建筑物附加沉降地下水位降低引起地基有效应力增加，产生沉降例如：水位下降2m，引起地基有效应力增加20kPa，相当于地面堆载1m邻近建筑物荷载引起既有建筑不均匀沉降膨胀性土的影响土体中粘粒含量多土体性质受含水量影响大塑性指数和液限指数大膨润土的微结构及双电层p3.2地基中的应力自重应力：土体自重引起的应力，通过骨架传递附加应力：外荷载作用所引起的应力，如基础荷载施工应力：施工扰动引起的应力，如打桩挤土等Az基岩h预制桩pBoussinesq解和Mindlin解（单相介质）竖向集中力下的地基附加应力

作用于地基表面（Boussinesq解）

作用于地基内部（Mindlin解）

地基表面作用集中力示意图OzrQ(r,z)

P地基表面作用集中力示意图rzQ(r,z)PO竖向应力分布等值线（a）条形荷载（b）方形荷载竖向应力分布规律饱和土介质（两相介质）点荷载作用下初始有效应力，初始孔压及位移解饱和土中条形荷载下初始解条形荷载作用下的初值解式中：

饱和土中条形荷载下初始应力和孔压分布超静孔隙水压力竖向有效应力初始孔压和有效应力沿深度分布X=0X=1/2B实例分析—高速公路拓宽工程填土4m，拓宽路堤4.5m，原路堤13m超静孔隙水压力竖向有效应力既有道路拓宽道路初始附加有效应力决定瞬时沉降初始孔压决定固结沉降根据初始附加有效应力和孔压分布确定地基处理的范围3.3地基沉降组成瞬时沉降

(Ss)

不排水条件下，地基土体侧向变形形成的沉降主固结沉降(Sc) 孔压消散，有效应力增加，地基固结产生的沉降次固结沉降(Ss)

土骨架上有效应力不变情况下，土体蠕变引起的沉降饱和地基瞬时沉降(Ss)弹性地基瞬时沉降瞬时沉降是由于加荷瞬时地基中的附加有效应力产生的。要计算瞬时沉降，只需对有效应力引起的竖向应变积分即可。传统矩形面积或圆形面积荷载算法：条形面积荷载算法：式中：条形荷载作用下的瞬时沉降软土的压缩性土的结构性是指土颗粒在长期沉积过程中形成的物理和化学胶结作用。成因：风化、淋洗、卸荷、次固结及离子反应等因素。由于成因的不同，结构性的强弱程度及其稳定性也有所差异。绝大多数的天然沉积土都具有一定程度的结构性。软粘土的室内和现场试验固结压缩试验 三轴固结排水试验 现场十字板试验钻孔取样进行室内试验的过程钻孔 取样储藏 推土 制样 试验正常固结粘土取样后的应力路径固结压缩试验初始孔隙比：薄壁土样1.9，普通土样1.7薄壁土样存在明显的屈服点固结试验固结系数：原状土是扰动土的5～15倍。室内三轴固结排水试验软土结构性：主应力差达峰值结构破坏残余应力十字板试验塑料排水板施工导致土体强度平均降低45%根据柱孔扩张理论计算得到施打排水板引起地基处理区的扰动程度约为30%左右日本学者奥村指出土体的结构受到扰动破坏短期内很难恢复的Akagi(1981)试验分析了砂井施工扰动对土体十字板强度的影响，指出砂井施工扰动程度为20%~40%，国内学者的工程实测数据也证实了这一点扰动及其对沉降的影响，——分别为扰动前后的十字板剪切峰值强度——重塑土的十字板剪切峰值强度

土体结构扰动程度的评价方法——扰动度

扰动程度越大，压缩曲线越向下移不同扰动程度的土体，其压缩曲线最终交于

0.42e0点软土压缩曲线的校正方法—Schmertmann（1955）方法软土压缩曲线的校正方法—Schmertmann（1955）方法软土压缩曲线的校正方法——Nagaraj(1990)方法没有表现土的结构性变化过程试验要求的固结压力过大，很难实现，且校正曲线不便于工程应用重塑土样薄壁土样CDE校正曲线AB压缩曲线由四段组成1.水平段（AB）；2.弹性压缩段(BC)；3.结构破坏突降段（CD）；4.重塑压缩段(DE)，最终交于0.42e0点。结构屈服应力比结构性软土压缩曲线校正结构性强的软土采用四折线法压缩曲线由三段组成

1：水平段（AB）2：弹性压缩段(BC)3：重塑压缩段(CE)，最终交于0.42e0点。结构性弱的软土采用三折线法ABC(D)E结构性软土压缩曲线校正结构性软土地基沉降计算方法扰动土的压缩曲线扰动土的结构屈服应力与表观自重应力扰动产生附加沉降示意图

扰动土地基的沉降及附加沉降计算温州电厂2#堆煤场中心点沉降计算和实测结果上覆压力(kPa)3676106136156①考虑结构性沉降算法(原状土,扰动度=0%)0.2930.7951.211.621.87②考虑结构性沉降算法(扰动土,扰动度30%)0.5881.301.722.092.316③附加沉降理论预测值

=②-①0.2950.5050.510.470.446④按Es法计算（不修正）

1.76⑤实测沉降

=沉降值/此时固结度0.5/0.9=0.556

1.686/0.8=2.11扰动使竖井区地基的总沉降增大扰动及其对沉降的影响次固结沉降(Ss)3.3地基沉降组成瞬时沉降

(Ss)

不排水条件下，地基土体侧向变形形成的沉降主固结沉降(Sc) 孔压消散，有效应力增加，地基固结产生的沉降次固结沉降(Ss)

土骨架上有效应力不变情况下，土体蠕变引起的沉降总沉降：S=Ss+Sc+Ss固结沉降和次固结沉降与时间有关3.4沉降随时间的变化（固结理论，Sc）有效应力小于结构屈服应力时，结构性软土的固结系数基本为一常数；当有效应力接近屈服应力时，固结系数迅速降低；当有效应力大于结构屈服应力时，固结系数又趋于一常数。结构性软土大面积荷载一维固结理论结构破坏结构未破坏Z0Zm底面不排水固结系数和渗透系数简化模型和Terzaghi固结理论比较地基有效应力随时间变化地基中的孔压及其消散T＝3年t＝10年结构性软土砂井地基固结理论径向和竖向组合排水条件下，地基中平均超静孔隙水压力分布当；取结构性软土砂井地基固结理论设和分别为土体达到其结构屈服应力时的临界固结度和临界固结时间，则

当：①ott£,pctzoPUss£+，1hhCC=，1vvCC=

)1)(1(1vthttUUU---=，21)(8deDFCBhr+=，tHCTvv21=

②ott>,pctzoPUss>+，2hhCC=，2vvCC=

22111||hhvvhhvvoCCCCtCCCCtUU=====

dtdtdUUUohhvvottttCCCCttò-+==+=1122|=)(1otttU-+

结构性软土砂井地基固结理论结构性软土砂井地基固结算例分析土结构性对砂井地基固结性状的影响明显，不容忽略，在固结过程中可以根据土结构性和加载条件对一定深度范围内的土体固结速率加以控制，使一定深度范围内土体在短期内达到较大的强度增长，起到调控地基承载力和稳定性的作用，某深度土体的固结速率可依据公式进行加载控制。随着加载时间的延长，近地面处固结沉降渐趋于结束，沉降量减少，而下卧层固结还在持续发展，后期沉降中下卧层压缩将占较大比例。因此，准确预测下卧层的沉降发展规律，对以变形控制的深厚软基处理（尤其未打穿处理情况）具有重要的意义。工后沉降施工结束后未完成的沉降包括：部分主固结沉降和大部分次固结沉降工后沉降Spost＝（1－Ut)Sc+SsUt：施工期结束时地基的固结度3.5土体压缩性指标Keywords:clay,undrainedshearstrength,normallyconsolidated,overconsolidatedCPT确定土体压缩模量Keywords