国海洋大学《土力学与地基》课件-第4章

中国海洋大擎土木工程系必修课程环境科学与工程学院山东省海洋环境地质工程重点实验室第四章：土的压缩性与地基沉降计算由侧限压缩试验整理得到的三条常用曲线先期固结压力一维压缩性及其指标指标名称定义曲线E₈侧限压缩模量e-p曲线体积压缩系数a压缩系数e-p曲线压缩指数e-lg(p)曲线回弹指数侧限压缩试验指标汇总如土层当前承受的自重■超固结比：OCR=1:正常固结OCR>1:超固结先期固结压力正常固结土的原位压缩曲线：直线正常固结土初始压缩曲线AB:沉积过程，到B点应BC:取样过程，应力减小，先期固结压力为σpCD:压缩试验曲线，开后段趋近原位压缩曲线近发生转折，据此可先期固结压力1.在e-1gp曲线上，找出曲率半径最小点m2.作水平线m13.作m点切线m24.作m1,m2的角分线m35.m3与试验曲线的直线段交于点B6.B点对应于先期固结压原状土的原位压缩曲线：客观存在的，无法直接得到原状土的原位再压缩曲线：p(lg)客观存在的，无法直接得到p(lg)原位压缩及原位再压缩曲线●取样后不回弹，即土样取出后孔隙比保持不●压缩指数Cc和回弹指数Ce为常数●试验曲线上的0.42e₀点不受到扰动影响，未受扰动的原位初始压缩曲线也应相交于该点原位初始压缩曲线的推求①不同扰动程度试样的室内压缩曲线对正常固结土先期固结压力(e₀,σ)位于原位压缩曲线上通过B、C两点的直线即为所求正常固结土原位压缩曲线的推求压缩曲线上以0.42e₀在压缩曲线上确定C压缩曲线超固结土原位再压缩曲线的推求e-p曲线先期固结压力原位压缩曲线及原位再压缩曲线第四章：土的压缩性与地基沉降计算初始瞬时沉降S₄:在不排水条件下，由剪应变引起侧向变形导致压消散导致的沉降，通常是地基变形的主要部分次固结沉降S,:由于土骨架的蠕变特性引起的变形黏性地基的沉降类型可压缩层不可压缩层!为基础的分层总和法地基的最终沉降量计算单一土层一维压缩问题地基最终沉降量分层总和法地基沉降计算的若干问题地基的最终沉降量计算§4.4§4.4地基的最终沉降量计算-单一土层See,H=e,HeKY?xxRRRxKXT*K*1单一土层一维压缩问题■计算公式：e-Igp曲线可使用推定的原位压和再压缩曲线可考虑土层的应力历史，区分正常固结土和超固结土分别进行计算单一土层一维压缩问题§4.4§4.4地基的最终沉降量计算-单一土层可使用推定的原位压缩曲线的C.值进行计算：单一土层一维压缩问题§4.4地基的最终沉降量计算-单一土层§4.4地基的最终沉降量计算-单一土层可使用推定的原位压缩和再压单一土层一维压缩问题§4.4地基的最终沉降量计算-分层总和法■施工步骤基底基底加载，基础底面再压缩基坑回填：基础土层重加载，基础地面再压缩建筑物施工：基础土层压缩沉降地基最终沉降量分层总和法§4.4§4.4地基的最终沉降量计算-分层总和法情况1:不考虑地基回弹情况2:考虑地基回弹 已知：地基各土层的压缩曲线→原状土压缩曲线地基最终沉降量分层总和法§4.4§4.4地基的最终沉降量计算-不考虑回弹1.原地基自重应力分布oSZ·0从地面算起；引起地基最终沉降量分层总和法28§4.4地基的最终沉降量计算-不考虑回弹■计算步骤-情况1地面p4.确定计算深度znpYydi!P₀ydi!P₀0G0S(△Z算深度地基最终沉降量分层总和法29§4.4§4.4地基的最终沉降量计算-不考虑回弹■计算步骤-情况1降量计算方法计算地基最终沉降量分层总和法30§4.4地基的最终沉降量计算-分层总和法■结果修正○参数为常数S导致S的计算误差，如：②侧限压缩使计算值偏小③地基不均匀性导致的误差等软黏土(应力集中)硬黏土(应力扩散)地基最终沉降量分层总和法§4.4§4.4地基的最终沉降量计算-分层总和法基底附加应力EEE、EA,●),Z●Z)fi:地基承载力标准值经验修正系数!土质软硬有关与基底附加应力地基最终沉降量分层总和法§4.4地基的最终沉降量计算-分层总和法②应力分布③沉降计算④结果修正·建筑基础(形状、大小、重量、埋深)·地基各土层的压缩曲线→原状土压缩曲线确定分层界面分层总和法要点小结§4.4地基的最终沉降量计算-黏性地的沉降计算§4.4地基的最终沉降量计算-黏性地的沉降计算初始瞬时沉降S,取决于剪切变形主固结沉降S,取决于渗透固结过程，通常是地基变形的主要部分次固结沉降Ss,取决于土骨架的蠕变变形黏性地基的沉降量计算§4.4地基的最终沉降量计算-分层总和法评价可计算成层地基可计算不同形状基础-条性、矩形和园形等可计算不同基底压力分布-均匀、三角和梯形分布参数的试验测定方法简单已经积累了几十年应用的经验，适当修正分层总和法的评价①原苏联①欧美②无法确定现场土压缩曲线②可判定原状土压缩曲线③区分不同固结状态③区分不同固结状态④计算结果偏小分层总和法的评价第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性测试方法√一维压缩性及其指标√地基的最终沉降量计算√日本关西国际机场20年后日期平均关西国际机场p可压缩层不可压缩层问题：固结沉降的速度和程度?超静孔隙水压力的大小?S一维渗流固结饱和土体的渗流固结理论饱和土一维渗流固结理论(Terzaghi渗流固结理论)固结度的计算有关沉降-时间的工程问题固结系数的测定饱和土体的渗流固结理论立起来的反映土体变形过程的基本理论。土力学的创始人Terzaghi教授于20世纪20年代提出饱和土的一维渗透固结理论物理模型-太沙基一维渗透固结模型·数学模型-渗透固结微分方程方程求解-理论解答·固结程度一固结度的概念一维渗流固结理论§4.5§4.5饱和土体的渗流固结理论-一维固结理论饱和压缩层不透水岩层侧限状态的简化模型p处于侧限状态，渗流和土体的变处于侧限状态，渗流和土体的变形只沿竖向发生Terzaghi一维渗流固结模型土体的固结物理模型pp弹簧孔隙水水体排水顶面Terzaghi一维渗流固结模型Terzaghi一维渗流固结模型基本假定◆基本变量1.土层是均质且完全饱和2.土颗粒与水不可压缩3.水的渗出和土层压缩只沿竖向发生4.渗流符合达西定律且渗透系数保持不变6.荷载均布，瞬时施加，总应力不随时间变化已知已知超静孔隙水压 土层超静孔压是z和t的函数，渗流固结的过程取决于土层可压缩性(总排水量)和渗透性(渗透速度)OOU§4.5§4.5饱和土体的渗流固结理论-一维固结理论微小单元(1×1×dz)土骨架的体积变化=流入流出水量差渗流固结基本方程孔隙体积的变化=流出的水量孔隙体积的变化=流出的水量孔隙体积的变化=流出的水量孔隙体积的变化=流出的水量达西定律：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a土的压缩性：a有效应力原理：§4.5饱和土体的渗流固结理论-一维固结理论§4.5饱和土体的渗流固结理论-一维固结理论U◆C,反映土的固结特性：孔压消散的快慢一固结速度◆C,数k成正比，与压缩系数a成反比；◆单位：cm²/s;m²/year,黏性土一般在10⁴cm²/s量级§4.5§4.5饱和土体的渗流固结理论-一维固结理论·反映了超静孔压的消散速度与孔压沿竖向的分布有关·是一线性齐次抛物型偏微分方程式，与热传导扩散方程形式方程求解-解题思路§4.5§4.5饱和土体的渗流固结理论-一维固结理论初始条件人人m七m2H为无量纲数，称为时间因数，反映超静孔压消散的程度也即固结的程度方程求解-方程的解●方程的解：排水面思考：两面排水时如何计算?方程求解-固结过程解完全相同◆下半部和上半部对称排水面方程求解-固结过程§4.5§4.5饱和土体的渗流固结理论-固结度计算其有效应力σ#*KKrxRT层土的平均固结度§4.5饱和土体的渗流固结理论-固结度计算§4.5饱和土体的渗流固结理论-固结度计算固结度等于t时刻的沉隆量与最终沉降量之比固结度的概念§4.5§4.5饱和土体的渗流固结理论-固结度计算均布荷载单向排水§4.5饱和土体的渗流固结理论-固结度计算§4.5饱和土体的渗流固结理论-固结度计算■U;土层固结的快慢→T,的单值函数k土层厚度(最大渗径),平方地基的平均固结度计算§4.5§4.5饱和土体的渗流固结理论-工程问题求某一时刻t的固结度与沉降量求达到某一固结度所需要的时间根据前一阶段测定的沉降-时间曲线，推算以后的沉降一时间关系有关沉降一时间的工程问题§4.5§4.5饱和土体的渗流固结理论-工程问题固结度与沉降量tte有关沉降一时间的工程问题§4.5饱和土体的渗流固结理论-工程问题■求达到某一沉降量(固结度)所需要的时间从U,查表(计算)确定T,tt有关沉降一时间的工程问题公式计算a,β§4.5饱和土体的渗流固结理论-工程问题■根据前一阶段测定的沉降-时间曲线，推算以后的沉降一时间关系有关沉降一时间的工程问题大，固结越快，确定方法有四种：直接测量法·时间平方根法—经验方法·时间对数法—经验方法固结系数确定方法C,在较大的应力范围内接近常数精度较低