《土力学》第6章地基变形.ppt

6.1 概述 4. 固结度(degree of consolidation) 各种情况下（单面排水、双面排水、不同的α） （2）土层双面排水时固结度的确定 1、求某一时刻t的固结度与沉降量 工程应用说明： 1、一级或多级等速加载的情况。 2、堆载预压法处理地基设置竖向塑料排水带过排水竖井情况。 次固结沉降 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。 初始沉降(瞬时沉降) Sd：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)引起的。 主固结沉降(渗流固结沉降) Sc ：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。 本节内容 本节重点 学习难点 6.4 地基沉降与时间的关系 ·饱和土渗透固结 ·单向固结理论 ·地基沉降与时间关系计算 饱和土渗透固结 固结度的概念 沉降与时间关系简单计算 饱和土渗透固结 固结度的概念 沉降与时间关系简单计算 沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结 不可压缩层 可压缩层 p 一、地基沉降与时间关系计算目的 一般建筑物在施工期间所完成的沉降S’，通常随地基土质不同而不相同，如： (1)碎石土和砂土，S’≈S； (2)低压缩粘性土， S’≈(50~80)%S； (3)中压缩粘性土， S’≈(20~50)%S； (4)高压缩粘性土， S’≈(5~20)%S； 一、地基沉降与时间关系计算目的 沉降随时间如何变化对于土工构筑物能否长期正常使用至关重要，研究地基沉降与时间的关系是土力学计算的重要课题。 在工程设计中，除了要知道地基最终沉降量外，往往还需要知道沉降随时间的变化过程即沉降与时间的关系。 6.4.1 饱和土有效应力原理 土＝ 孔隙水 固体颗粒骨架 + 三相体系 孔隙气体 + 总应力 总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 受外荷载作用 p 静孔隙水压力 超孔隙水压力 二相体系 土＝ 固体颗粒骨架 + 孔隙水 饱和土 PS PSV a a PS A为土单元的断面积； Aw为孔隙水的断面积； As为颗粒接触点的面积且非常小 a-a断面竖向力平衡： ∴ 因为 其中 所以 且令有效应力σ′=∑Psv/A 得出有效应力原理为： 表达式 饱和土的有效应力原理要点 （1）饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分σ’ 和u，即 （2）土的变形与强度取决于有效应力。 求得有效应力 总应力已知或易知 孔隙水压测定或算定 通常, 通过 静水条件下的有效应力 带孔活塞 圆筒 水 弹簧 u 6.4.2 一维固结模型 物理模型 饱和土的渗透固结——饱和粘土在压力作用下，随时间的增长，孔隙水逐渐被排出、孔隙体积随之缩小的过程。 σ σ σ 总应力: σ 孔隙水压力: u = σ 有效应力: σ＇=0 渗流固结过程 总应力: σ 孔隙水压力: u σ 有效应力:σ＇0 总应力: σ 孔隙水压力: u =0 有效应力:σ＇= σ 一维渗透固结力学模型 实质：超静孔隙水压力逐渐消散，附加有效应力相应增长的过程； 或超静孔隙水压力逐渐转化为附加有效应力的过程。 或 饱和土的渗透固结 (1 土层是均质、各向同性和完全饱和的； (2 土的压缩完全由孔隙体积减小引起，土粒和水不可压缩； (3 土的压缩和排水仅在一个方向发生； (4 土中水的渗流服从达西定律; (5 在渗透固结过程中，土的渗透系数k 和压缩系数a 视为常数; (6 外荷一次瞬时施加. 1.基本假定 6.5.3 太沙基一维固结理论 单向固结——土中孔隙水只沿一个方向渗透，同时土颗粒也只有同一方向位移的固结。 孔隙体积的变化＝流出的水量 土的压缩特性 有效应力原理 达西定律 孔隙水压力的时空分布 孔隙水压力 孔隙水压力 土骨架的体积变化＝ 固结系数 2.微分方程的建立 3.微分方程的求解 初始条件： t=0，0≤z≤H 时，u＝σz t=∞，0≤z≤H时，u＝0 边界条件： 0＜t≤∞，z＝0时，u=0 0＜t≤∞ ，z＝H时,? u/ ? z=0 用分离变量法得其特解为： 孔隙水压力 有效应力 其中: =排水面的附加应力/不排水面的附加应力 (1)土层单面排水 在实用中常取第一项，即m=1得： 式中：TV——时间因数（time factor） m——正奇整数1，3，5…； H——压缩土层最长排水距离(m)，单面排水土层取土层厚度。 当α=1时 (2)土层双面排水 令土层厚度为2H 初